Паяние, лужение, сварка

Пайкой называется процесс соединения деталей в нагретом состоянии с помощью сравнительно легкоплавкого металла, называемого припоем. Пайка предназначается для создания неразъёмных соединений различных заготовок и деталей из стали, цветных металлов и их сплавов, а также разнородных металлов. Пайку применяют для изготовления радио – и электроприборов, резервуаров, радиаторов и т. п. Сущность пайки состоит в том, что

расплавленный припой под действием капиллярных сил заполняет зазор между паяемыми поверхностями деталей, смачивает их и диффундирует ( проникает ) в металл.

После остывания припоя в зоне соприкасания деталей образуется плотное и достаточно прочное соединение, называемое паяльным швом.

Для очистки поверхностей применяют зачистку напильниками, металлическими щётками, шлифовальной шкуркой т. п. Если при механической ли слесарной обработке применяли масло или эмульсию, то их перед пайкой удаляют обезжириванием в бензине, ацетоне и в других веществах. Перед пайкой детали плотно подгоняют одну к другой. При нагреве соединяемых пайкой деталей их поверхности окисляются ( покрываются тонкой плёнкой ), в результате чего припой не пристаёт к металлу. Для удаления окисной плёнки применяют паяльные флюсы, которые растворяют окислы, образуют легко удаляемые шлаки, способствуют лучшему смачиванию паяемых поверхностей расплавленным припоем и затеканию его в зазоры. Для легкоплавких припоев применяются следующие флюсы: хлористый цинк, нашатырь и канифоль. Для тугоплавких припоев применяют буру и борную кислоту.

Наиболее распространенные инструменты для выполнения пайки – паяльники периодического и постоянного подогрева. Паяльники периодического подогрева молоткового и тоцового типов ( рис. а ) изготовляют из куска высококачественной красной меди призматической клиновидной формы, закреплённого на стальном стержне с деревянной рукояткой на конце. Такой паяльник периодически подогревают от постороннего источника теплоты. К паяльникам непрерывного подогрева (рис. б) относятся электрические паяльники, позволяющие осуществлять пайку непрерывно.

Лужением называется процесс покрытия поверхностей металлических деталей тонким слоем расплавленного олова или оловянно – свинцовыми сплавами (припоями). Лужение производят в целях в целях защиты деталей от коррозии и окисления, подготовки поверхностей соединяемых деталей к пайке легкоплавкими припоями, перед заливкой подшипников баббитом и в тех случаях, когда от изготовления сосуда требуется гермитичность.

Лужение поверхностей производят горячим и электролитическим способами. Лужение горячим способом благодаря своей простоте, лёгкости выполнения и несложному оборудованию находит широкое применение при слесарной обработке.

Сваркой называют технологический процесс получения неразъёмных соединений заготовок посредством установления межатомных и межмолекулярных связей между свариваемыми частями, что возможно при сближении атомов на расстояние, близкое к параметру кристаллической решётки.

Сварочные процессы применяют для изготовления сваных конструкций, исправления брака литья и восстановления поломанных и изношенных изделий.

Новые виды сварки: сварка электронным лучом, лазерная сварка, холодная сварка, ультразвуковая, взрывом и т. д.

ГОСТ 19521 – 74 определяет три класса сварки: термический, механический и термомеханический.

К термомеханическому классу относятся виды сварки плавлением, когда металл кромок свариваемых частей расплавляется, образуя сварочную ванну, а затем затвердевает, образуя сварной шов. К этому классу относятся дуговая, электрошлаковая, плазменная, электронно – лучевая, лазерная, газовая, термитная сварка.

К механическому классу относятся те виды сварки, при которых определяющим фактором является пластическое деформирование, возникающее под влиянием давления в поверхностных слоях соединяемых частей, происходит смятие выступов и заполнение впадин от шероховатости поверхностей, сближение атомов.

К термическому классу относятся те виды сварки, при которых для образования сварного соединения используют тепловую энергию и внешнее давление. К этому классу относятся контактная, газопрессовая, диффузионная и другие виды сварки.

Для изготовления сварных конструкций применяют следующие основные типы соединений: стыковое, внахлёстку, заклёпочное, угловое и тавровое. Стыковые соединения с отбортовкой применяют при толщине листа до 3 мм, листы толщиной 3 – 8 мм сваривают без разделки кромок, при толщине листов до 15 мм применяют V – образную разделку кромок, при толщине более 15 мм – Х – образную разделку, при толщине свыше 20 мм – чашеобразную простую или двусторонюю разделку.

Структур сварных швов термического класса зависит от видасварки и её технологии. При значительной массе проплавляемого металла и соответственно времени формирования шва ( дуговая, электрошлаковая, газовая, термитная сварка ) образуются участки литого металла, перегрева, перекристаллизации, рекристаллизации.

Другие виды сварки ( электонным лучом, лазерная, плазменная) выполняются за доли секунды, дают тонкий и чистый шов, свободный от дефектов.

Дуговая сварка по распространению занимает первое место среди других видов сварки. Её используют при производстве всех видов подвижного состава железнодорожного транспорта, морских и речных судов, котлов, автомобилей. Она была придумана Бенардосом. Ею пользуются для соединения с отбортовкой тонких стальных заготовок. Обычно применяют постоянный ток.

Сварка по способу Славянова. При сварке применяют металлический электрод в виде проволоки. При ручной сварке пользуются электродами, покрытыми обмазкой. Обмазки бывают стабилизирующими, защитными и легирующими.

По толщине покрытия электроды бывают ( ГОСТ 9466 – 75 ) с тон-

кими, средними, толстыми и особо толстыми покрытиями. Тонкие покрытия являются стабилизирующими; если они состоят из мела и жидкого стекла.

Средние, толстые и особо толстые покрытия обеспечивают устойчивость горения дуги, а также защиту и легирование металла.

Типичными пороками сварных швов являются непровар ( местное отсутствие сплавления между наплавленным и основным металлом).

При ручной сварке сварщик должен поддерживать дугу, подавать электрод по мере его расходования и передвигать дугу вдоль шва. Сущность способа автоматической дуговой сварки под флюсом состоит в следующем. Сварочная головка подаёт в зону дуги электродную проволоку из кассеты. Таким образом, сварка проходит под слоем флюса, защищающий наплавляемый металл от воздуха.

Дуговая сварка в среде защитных газов обеспечивает лучшую, чем при сварке покрытыми электродами или под слоем флюса, защиту от воздействия кислорода и азота воздуха, лучшее использование дуги. Такая сварка применяется в машино – и приборостроении там, где эти способы не дают необходимых результатов. Для сварки в струе углекислого газа применяют горелки – держатели. Сварка в инертных газах применяется для коррозионно – стойких сталей, титана, меди и т. д.

Сварка плазменной струёй даёт хорошие результаты как для соединения тугоплавких металлов, коррозионно – стойких сталей, так и для сплавов алюминия и других цветных металлов. Швы полученные плазменной сваркой, отличаются малой зоной термического влияния.

Электрошлаковая сварка – способ бездуговой электрической сварки встык в расплавленном шлаке. Для наведения шлака применяют те же флюсы, что и при электоршлаковом переплаве стали. Электрошлаковая сварка позволяет соединять заготовки практически неограниченной толщины ( чаще всё же сваривают стыки толщиной 150 – 450 мм ). Этот способ даёт возможность заменить трудоёмкие цельнолитные и цельнокованные крупные детали сварнолитными.

При контактной сварке для нагрева свариваемых частей используется тепло, выделяемое при прохождении тока через место сварки. После достижения в зоне сварки определённой температуры, свариваемые части для их соединения сдавливают. Контактная сварка легко автоматизируется и применяется в массовом производстве. Существует три вида контактной сварки: стыковая, точечная и роликовая.

Газовой сваркой выполняют стыковые и бортовые соединения.

Газопрессовая сварка применяется для стыковых соединений труб. Стыки нагревают кольцевой многопламенной горелкой и сдавливают свариваемые части. Этим способом пользуются для сварки рельсов, бурильного оборудования и инструментов.

Электро – лучевую сварку производят в вакууме фокусированным электронным лучом, который формируется в приборе, называемый электронной пушкой.

Сварку лазером можно производить в любой среде, проводящий свет, - на воздухе, в других газах, вакууме. Источником теплоты для сварки является концентрированный монохроматический световой луч, получаемый лазером. Сварка лазером применяется для малогабаритных изделий в приборостроении.

Диффузионная сварка относится к термомеханическому классу, она производится в вакууме при нагреве заготовок с помощью высокочастотных индукторов до температуры рекристаллизации, по достижении заданной температуры заготовки сжимают.

Сварку трением применяют чаще всего для стыковых соединений. Нагрев частей до пластического состояния производится теплом, выделяющимся при их взаимном трении.

Холодная сварка применяется для пластичных металлов; хорошо свариваются металлы с гранецентрированной кубической решёткой. При больших давлениях ( 150 – 1000 МПа ) в зоне контакта свариваемых частей возникает деформация, приводящая к разрушению поверхностных плёнок, дроблению кристаллов, сближению материала частей до размеров атомных радиусов.

Сварка со взрывом успешно свариваются углеродистые и легированные конструкционные стали, медь, алюминий, титан и др. Операция может выполнятся на воздухе, в воде, в вакууме. Сварку взрывом применяют для полу чения листового биметалла, при облицовке и армирования заготовок, прокладке трубопроводов под водой.

Ультразвуковой сваркой соединяют тонкие плёнки с проводниками, присоединяют листы фольги к заготовкам неограниченной толщины, соединяют пластмассы. При ультразвуковой сварке неразъёмное соединение образуется при совместном воздействии на заготовки упругих колебаний ультразвуковой частоты и небольшого сдавливающего усилия от сварочного штифта.

Термитную сварку производят термитом – порошковой смесью алюминия с железной окалиной. Алюминий в окалине сгорает.

Термитную сварку применяют для сварки рельсов, стальных проводов связи и т. д.

Аппаратура для сварки. Дуговая сварка возможна на постоянном и переменном токах. Дуга на постоянном токе устойчивее, но расход электроэнергии выше. Для питания дуги постоянным током применяют генераторы и выпрямители.

Сварочные аппараты и генераторы делят на однопостные и многопостовые – для питания нескольких дуг.

Горелки служат для дозировки и смешивания кислорода и горючего газа, а также для получения устойчивого и концентрированного газового пламени. Они бывают инжекторные ( всасывающие ) – низкого давления и безинжекторные – высокого и среднего давления.