№2 Сущность и классификация процесса сварки

Сущность и классификация процесса сварки.

Сваркой называется процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагревании и (или) пластическом деформировании (ГОСТ 2601—84).

Определение сварки относится к металлам, неметаллическим материалам (пластмассы, стекло и т. д.) и к их сочетаниям.

Для образования неразъемного соединения одного соприкосновения частей с зачищенными поверхностями недостаточно. Межатомные связи могут установиться между частями (деталями) только тогда, когда соединяемые атомы получат энергию извне. В результате затраченной энергии атомы получат соответствующее смещение (движение), позволяющее им занять в общей атомной решетке устойчивое положение, т. е. достигнуть равновесия между силами притяжения и отталкивания. Энергию извне называют энергией активации. Её при

сварке вводят путем нагрева (термическая активация) или пластического деформирования (механическая активация).

Соприкосновение свариваемых частей и применение при сварке энергии активации являются необходимыми условиями для образования неразъемных сварных соединений из однородных частей. Эти условия совмещаются при выполнении процесса сварки.

По признаку применяемого вида активации в момент образования межатомных связей в неразъемном соединении различают два вида сварки: сварку плавлением и сварку давлением.

Сущность сварки плавлением (рис.1) состоит в том, что образующийся от нагрева посторонним источником жидкий металл одной оплавленной кромки самопроизвольно соединяется (в какой-то мере перемешивается) с жидким металлом второй оплавленной кромки, создается общий объем жидкого металла, который называется сварочной ванной. После охлаждения металла сварочной ванны получается металл шва. Металл шва может образоваться только за счет переплавления металла по кромкам или дополнительного присадочного металла, введенного в сварочную ванну.

Рис. 1. Соединение деталей сваркой плавлением: а — перед сваркой, б — после сварки; 1, 3—свариваемые детали, 2 — оплавляемые кромки, 4 - сварной шов.

Источниками местного нагрева при сварке плавлением могут быть электрическая дуга, газовое пламя, химическая реакция с выделением теплоты, расплавленный шлак, энергия электронного излучения, плазма, энергия лазерного излучения.

Образование межатомных связей в кромках соединяемых деталей при сварке плавлением достигается благодаря тому, что металл по кромкам (каждый в отдельности) первоначально расплавляется, а потом вновь оплавленные кромки смачиваются и заполняются расплавленным металлом из сварочной ванны.

Зона вблизи границы оплавленной кромки свариваемой детали и шва называется зоной сплавления. В ней содержатся, прежде всего, образовавшиеся межатомные связи. В поперечном сечении сварного соединения она измеряется микрометрами, но роль ее в прочности металла очень велика.

Сущность сварки давлением (рис.2) состоит в пластическом деформировании металла по кромкам свариваемых частей. Пластическое деформирование по кромкам свариваемых частей достигается статической или ударной нагрузкой. Для ускорения получения пластически деформированного состояния металла по кромкам свариваемых частей обычно сварку давлением выполняют с местным нагревом. Благодаря пластической деформации металл по кромкам подвергается трению между собой, что ускоряет процесс установления межатомных связей между соединяемыми частями. Зона, где образовались межатомные связи соединяемых частей при сварке давлением, называется зоной соединения.

Источником теплоты при сварке давлением с нагревом служат: печь, электрический ток, химическая реакция, индукционный ток, вращающаяся электрическая дуга и др.

Характер процесса сварки давлением с нагревом может быть и другим. Например, при стыковой контактной сварке оплавлением свариваемые кромки первоначально оплавляются, а затем пластически деформируются. При этом часть пластически деформированного металла совместно с некоторыми загрязнениями выдавливаются наружу, образуя грат.

Рис. 2. Соединение деталей сваркой давлением без внешнего нагрева:

а - детали перед сваркой, б — после сварки (макро-структура соединения алюминия), в - оптимальная зависимость между температурой нагрева и давлением для железа.

Распределение деформаций по сечению сварного соединения в зоне сварки является неравномерным (рис. б), в результате чего происходит скольжение у частиц металла в зоне соединения. Все это приводит к получению повышенных механических свойств сварных соединений. Оптимальная зависимость между температурой нагрева и давлением для железа дана на (рис. 2, в).

Согласно ГОСТ 19521 —74, предусматривается три класса сварки: термический, термомеханический и механический.

Термический класс объединяет виды сварки, осуществляемые местным плавлением металла. К термическому классу относят дуговую, газовую, термитную, электрошлаковую, электронно-лучевую, плазменно-лучевую, лазерную и другие виды сварки.

Термомеханический класс объединяет виды сварки, осуществляемые давлением (механической энергией) с использованием тепловой энергии общего или местного характера. К этому классу относят печную, кузнечную, прокаткой, выдавливанием (у этих видов сварки общий нагрев свариваемых частей), контактную, термитно-прессовую, индукционно-прессовую, газопрессовую, диффузионную и дугопрессовую (эти виды сварки выполняют с местным нагревом свариваемых частей). Каждый вид сварки термомеханического класса выполняется по схеме сварки давлением без оплавления или с оплавлением металла кромок деталей.

Механический класс сварки объединяет виды сварки, выполняемые давлением (механической энергией). К этому классу относят холодную, трением, ультразвуковую, взрывом и магнитно-импульсную сварки.