Характеристика методов и способов сварки плавлением

Введение.

Сварочная металлургия отличается от других металлургических процессов высокими температурами термического цикла и малым временем существования сварочной ванны в жидком состоянии, т.е. в состоянии, доступном для металлургической обработки металла сварного шва. Кроме того, специфичны процессы кристаллизации сварочной ванны, начинающиеся от границы сплавления, и образования изменённого по своим свойствам металла зоны термического влияния.

В своей работе я отразил сущность лишь основных и наиболее общих процессов, происходящих в металле при сварке, хотя постарался изложить их как можно подробней и интересней.

Основные вопросы сварки.

Сварка сопровождается комплексом одновременно протекающих процессов, основными из которых являются: тепловое воздействие на металл в зоне термического влияния, термодеформационные плавления, металлургической обработки и кристаллизации металла в объёме сварочной ванны.

Физическая свариваемость характеризует принципиальную возможность получения монолитных сварных соединений и главным образом относится к разнородным металлам.

В процессе сварки имеет место непрерывное охлаждение. Характер структурных превращений при изотермической выдержке. При непрерывном охлаждении, значение инкубационного периода в 1.5 раза больше, чем при изотермическом. С увеличением скорости охлаждения получаемая структура в зоне изотермического влияния измельчается, твёрдость её повышается. Если скорость охлаждения превышает критическую скорость, образование структур закалки неизбежно.

Сварка.

Сваркой называется процесс получения неразъемного соединения посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, пластическом деформировании или при совместном действии того и другого.

Сваркой соединяют детали из металлов, керамических материалов, пластмасс, стекла и др. в однородных и разнородных сочетаниях.

Существует свыше 60 способов сварки, при которых материал в месте соединения деформируется без нагрева ¾ сварка давлением (холодная, взрывом и др.), нагревается и пластически деформируется ¾ сварка с применением давления (контактная, высокочастотная, газопрессовая и др.) или расплавляется ¾ сварка плавлением (дуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая, плазменная, газовая и др.).

Простейшие виды сварки плавлением известны с глубокой древности, например литейная сварка. Современная схема сварки плавлением показана на рис. 1

Рис. 1. Схема сварки плавлением.

К соединяемым деталям в месте сварки подводят сварочное пламя; производят местное расплавление деталей до образования общей сварочной ванны жидкого металла. После удаления сварочного пламени металл ванны быстро охлаждается и затвердевает, в результате детали оказываются соединёнными в одно целое. Перемещая пламя по линии сварки, можно получить сварной шов любой длины.

Классификация методов сварки

Существующие методы сварки плавлением могут быть классифицированы по виду источников теплоты, способы сварки – по типу защиты ванны и свариваемого металла от взаимодействия с атмосферой воздуха, особенности введения теплоты, степени автоматизации процессов и другим признакам. По виду источника теплоты могут быть выделены методы сварки плавлением: дуговая электрошлаковая; электронно-лучевая; лазерная; свето-лучевая; газовая; плазменная; термитная.

По виду защиты свариваемого металла и сварочной ванны от окружающей атмосферы могут быть выделены способы сварки со шлаковой, газошлаковой и газовой защитой.

По особенностям нагрева различают способы сварки с непрерывным нагревом и импульсным.

По степени автоматизации процесса существующие способы сварки могут быть разделены на ручную, полуавтоматическую и автоматическую.

Характеристика наиболее широко применяемых в промышленности методов и способов сварки плавлением, учитывающая отмеченные технологические признаки, приведена в табл.

Дуговая сварка.

Способы дуговой сварки.

В настоящее время существует большое число различных способов дуговой сварки, отличающихся принятыми при сварке средствами защиты металла от воздуха, типом электрода, особенностями горения дуги и степенью автоматизации процесса.

По виду защиты металла от окружающей атмосферы существующие способы дуговой сварки можно разделить на две группы: со шлаковой и газошлаковой защитой; с газовой защитой. Последние можно разделить на несколько подгрупп: по виду применяемого газа ¾ на способы с защитой инертными и активными газами; по виду защиты ¾ на способы с местной защитой ванны и общей защитой изделия (сварка в камерах); по давлению газа в реакционной зоне ¾ на способы сварки при нормальном внешнем давлении, в разреженном пространстве и при повышенном внешнем давлении.

По типу применяемого электрода различают способы дуговой сварки плавящимся и неплавящимся электродом.

По особенностям горения дуги могут быть выделены способы однодуговой и многодуговой сварки, трехфазной, расщепленным электродом, с непрерывным и импульсным режимами горения дуги, свободногорящей и сжатой дугой.

Отличительные признаки способов сварки	Дуговая сварка	Электрошла-ковая сварка	Электронно-лучевая сварка	Лазерная сварка	Ствето-лучевая сварка	Газовая сварка	Плазменная сварка	Термитная сварка
Источник нагрева	Теплота,выделя-ющаяся при бомбардировке поверхности нагрева заряженными частицами, и теплота плазмы столба дуги	Теплота, выделяющаяся при прохождении тока через расплавленный шлак	Теплота, выделяющаяся при бомбардировке поверхности нагрева электронами, получившими ускорение в поле высокого напряжения	Теплота, выделяющаяся при поглощении поверхностью нагрева индуцированного излучения с определенной длиной волны	Теплота, выделяющаяся при поглощении светового потока с широким диапазоном длины волн	Теплота, полученная при сжигании горючего газа в кислороде	Теплота, содержащаяся в ионизированном газовом потоке, выделенном из столба дуги	Теплота, содержащаяся в перегретом жидком расплаве
Вид защиты	Газошлаковая и газовая инертными и активными газами. Местная и общая. При нормальном внешнем и повышенном давлениях и в вакууме	Шлаковая	Общая в вакууме	Газовая инертными газами. Местная и общая. При нормальном и повышенном давлениях и вакууме	Газовая и газошлаковая	Газовая инертными и активными газами. Местная и общая	Шлаковая
Характер нагрева	Непрерывный, импульсный	Непрерывный	Непрерывный, импульсный	Непрерывный, импульсный	Непрерывный, импульсный	Непрерывный, периодический	Непрерывный	Непрерывный
Вид процесса по степени автоматизации	Ручной, полуавтомати-ческий и автоматический	Автоматиче-ский и полуавтома-тический	Автомати-ческий	Автоматический	Автоматический	Ручной	Ручной и автоматический	Ручной

По степени механизации различают сварку ручную, полуавтоматическую и автоматическую.

Характеристика методов и способов сварки плавлением

В результате различного сочетания указанных технологических особенностей получено большое число способов дуговой сварки.

Параметры режима дуговой сварки и их влияние на форму ванны и размеры швов.

Основныепараметрыдуговойсварки.

К основным параметрам относятся сила тока I_д , напряжение дуги U_д и скорость сварки v_св. Полная мощность сварочной дуги:

Тепловложение на единицу длины шва определяется погонной энергией (q_оh_и/v_св) и условиями сварки, оказывающими влияние на h_и. Величина h_и в зависимости от условий сварки может меняться от 0,3 до 0,95.

Ток дуги. Этот параметр в наибольшей степени определяет тепловую мощность. При постоянном диаметре электрода с увеличением силы тока дуги возрастает концентрация тепловой энергии в пятне нагрева. Повышается температура плазмы столба дуги. Стабилизируется положение активных пятен на электроде и изделии. С увеличением силы тока дуги возрастает длина сварочной ванны, ее ширина и глубина проплавления. Особенно интенсивно растет глубина проплавления. Это обусловлено не только увеличением тепловой мощности и сосредоточенности энергии в пятне нагрева, но и значительным повышением давления дуги на ванну, которое пропорционально квадрату силы сварочного тока. В определенных пределах изменения тока глубина проплавления ванны приближенно может быть оценена зависимостью, близкой к линейной:

где k ¾ коэффициент, зависящий от рода тока, полярности, диаметра электрода, степени сжатия дуги и др.

Напряжение дуги. С увеличением напряжения также возрастает тепловая мощность дуги, а, следовательно, и размеры сварочной ванны. Особенно интенсивно возрастают ширина и длина ванны. Ширина ванны связана с напряжением практически прямой зависимостью:

,

где S ¾ толщина свариваемого металла.

При постоянной величине сварочного тока повышение напряжения дуги незначительно сказывается на глубине проплавления ванны. По-видимому, это обусловлено некоторым снижением эффективного КПД дуги и большими возможностями для блуждания активного пятна в сварочной ванне.

Путем медленного уменьшения длины дуги и соответственно напряжения дуги можно перейти к сварке погруженной дугой

Скорость сварки. При постоянной погонной энергии увеличение скорости сварки вызывает повышение термического КПД процесса, а это, в свою очередь, приводит к возрастанию глубины проплавления и снижению ширины шва. Изменение скорости сварки при постоянной тепловой мощности дуги заметно сказывается на размерах сварочной ванны и шва. Это можно видеть из уравнений для определения ширины e и длины L сварочной ванны: