Общие сведения
Сварка - это процесс получения неразъемного соединения путем установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном нагреве или пластическом деформировании или совместном действии того и другого.
Преимущества сварных соединений по сравнению с заклепочными:
1) снижение массы конструкции,
2) герметичность соединения (кроме точечной),
3) возможность механизации и автоматизации.
Недостатки:
1) снижение прочности шва по сравнению с основным материалом (у большинства видов),
2) наличие внутренних остаточных напряжений,
3) сложность исправления дефектов.
Виды швов:
 |  |
встык угловой тавровый тавровый
плавлением диффузионный
Внахлест:
лобовой фланговый
комбинированный
Лист с профилем:
Классификация методов сварки:
2.3.2. Сварка плавлением.
Осуществляется в результате разогрева металла деталей и присадочной проволоки (не всегда) в зоне шва до перехода в жидкое состояние, перемешивания и последующего охлаждения и его затвердения.
I. Газовая – КАС (кислородно-ацетиленовая сварка). Применяется ограниченно.
tпл = 3000 °С
Область применения: баки, патрубки, кронштейны управления.
Материал: легкие сплавы, стали, d = 0.5...10 мм.
+ простота оборудования и независимость от источников тока.
- низкое качество шва, прожоги, коробление.
II. Дуговая электросварка (ДЭС).
1. Ручная (плавящимся и неплавящимся вольфрамовым (W) электродом).
tдуги = 6000 °С
J = 50...400 А, U = 15...40 В.
Скорость сварки V =10 см/мин.
Область применения: мелкие кронштейны, прихватка, ремонт.
Материал: стали, d = 2...10 мм
+ простота оборудования и удобство подхода.
- низкое качество шва.
2. Аргонодуговая.
а) ручная (ДЭСАр)
PАr = 1,1 ... 1,2 aтм;
J = 10...600 A;
U = 10...80 B.
Область применения: баллоны, емкости, патрубки, мелкие узлы, прихватка.
Материал: стали, Al- сплавы, Ti- сплавы, d = 0.8...10 мм.
Оборудование:
горелки АР-9, камеры с контролируемой средой (УСКС-17).
+ 1) отсутствие флюсов;
2) высокое качество шва;
3) коррозионная стойкость шва;
4) возможность сварки тонких листов;
5) малое коробление.
- дефицитность Ar и W.
б) автоматическая (ДЭСААр) (плавящимся и неплавящимся электродом)
Материал: легированные и высоколегированные стали, Al-сплавы, Ti-сплавы, d = 0.1 ... 100 мм.
Оборудование:
для плавящегося электрода: автоматы АРК-1, АДСП; для неплавящегося электрода: автоматы АДСВ, ПШВ.
Имеются компоновки из сварочных головок, манипуляторов; камеры с контролируемой средой.
+ высокая производительность: V = 150 см/мин, более высокое качество шва, сварка более тонких листов.
3. Автоматическая под флюсом (ДЭСФА)
J = 200 ... 2000 А;
U = 20 ... 50 В.
Материал: стали, d = 2...100 мм.
Область применения: узлы шасси, баллоны.
+ 1) высокое качество шва: отсутствие пор, чистая поверхность, плавные переходы;
2) глубокий провар из-за более глубокой температуры и избыточного давления дуги, что позволяет сваривать материалы с d = 15...20 мм за один проход без разделки кромок;
3) высокая производительность: V = 300 см/мин.
- 1) невозможность наблюдения за процессом сварки;
2) необходимость очистки швов от флюсов, вызывающих коррозию;
3) плохая свариваемость Al- и Ti-сплавов.
Основные операции ДЭС
1. Разделка кромок
 |  |
для d = 1...2 мм d свыше 2 ...4 мм
d свыше 4 ... 20 мм d свыше 20 мм
Применяют кромкострогальные станки или фрезерные. Контроль шаблонами.
2. Подготовка поверхностей кромок.
На ширине 50...60 мм от шва - очистка от ржавчины, окислов, масла, влаги механическим способом: металлическими щетками или на пескоструйных аппаратах с последующим обезжириванием и промывкой в воде или химическим способом: травлением в щелочах или кислотах.
3. Сборка-прихватка.
Выдерживается зазор по ГОСТу.
Используются универсальные СП:
столы, стяжки, манипуляторы; и специальные СП.
Контроль.
4. Доработка после прихватки: устранение прожогов, правка.
5. Сварка в свободном состоянии или в СП.
Здесь важно подобрать режимы сварки и оборудование.
6. Правка после сварки.
Перед правкой - промежуточная термообработка (низкий или неполный обжиг). Рихтовка осуществляется на специальных станках.
7. Контроль сварки: визуальный осмотр; магнитопорошковый, УЗ, Re или гаммаграфический контроль; металлографический анализ; испытания на герметичность и прочность.
8. Термообработка.
Для ответственных узлов из материалов с пределом прочности не менее 120 кгс/см - закалка с отпуском.
9. Нанесение антикоррозионных покрытий.
Подготовка поверхности и оксидирование или покрытие эмалями и др.
 |
III. Плазменная сварка.
Бывает двух видов:
- сварка плазменной струей, выделенной из дуги
- сварка плазменной струей, совмещенной с дугой
tструи > 10000 °С … 40000 °С
Газ: Ar, He, H, N, ацетилен
Материал: стали, сплавы тугоплавких металлов: Ti, Mo, W, стекло, керамика, d = 0,1...25 мм.
Применение пока ограничено. Например, на ДС-10 - трубопроводы из нержавеющей стали.
Оборудование:
плазматроны ГЗД – стационарные и переносные пистолеты.
+ 1) возможность сварки тугоплавких материалов,
2) высокая производительность Vсв = 40...130 см/мин.
 |
IV. Электронно-лучевая сварка.
Установка представляет собой электронную пушку. Ускоряющее напряжение между катодом и анодом Uк-а = 10...15 В, J = 50...500 mА, sпятна = 0,1 кв. мм, tпятна = 6000 °С.
Область применения: узлы шасси, сотовые блоки, трубопроводы.
Материалы: сплавы Al, Fe, Ti, Mg, Cu, Mo, Ni, W, разнородные материалы (Cu- сплав + Al-сплав, сталь + Al-сплав и др.). d = 0,01...200 мм.
Оборудование: ЭЛУ-22 (сварка шасси), У-101, У-68 (трубы).
+ 1) возможность сварки разнородных материалов, для этого пятно располагают так, чтобы большая часть приходилась на более тугоплавкий материал,
2) возможность сварки тугоплавких материалов,
3) большая глубина проплавления,
4) малое коробление из-за малой площади пятна,
5) высокая производительность Vсв = 40...150 см/мин.
- 1) высокая стоимость оборудования,
2) большой цикл создания вакуума,
3) высокая точность подгонки деталей по кромкам,
4) высокая точность ведения луча по шву.
V. Лазерная сварка
1 – защитный газ;
2 – луч лазера;
3 – объектив;
4 – защитный кожух (сопло);
5 – деталь.
Используются твердотельные лазеры, работающие в непрерывном и импульсном режимах.
Мощность импульса Wимп = 10 ... 15 МВт, время tимп = 10 нсек, sпятна = l2, для сварки используется sпятна = 0,05 ... 0,2 мм, tпятна = 20 х 106 К.
Применяются, в основном в приборостроении. В СС - в стадии промышленного опробования.
Материалы - все, и разнородные.
Оборудование: установки СУ-1, Искра-8, Свет-30 и др.
+ 1) сварка любых и разнородных материалов
2) малое коробление из-за малой площади пятна и малого времени импульса
3) высокая производительность.
Сравнение мощности различных видов сварки плавлением
| Источник нагрева | Удельная мощность, т/см2 |
| Ацетиленокислородное пламя | 4 х 104 |
| Электрическая дуга | 105 |
| Плазменная струя | 107 |
| Электронный луч | 104 … 109 |
| Луч лазера | 1011 … 1013 |
2.3.3. Сварка давлением.
I. Контактная электросварка.
Осуществляется за счет местного расплавления деталей в местах их контакта проходящим через них током при одновременном обжатии их электродами.
Количество выделяемого тепла Q = 0.24 х J2 х R х t – закон Джоуля-Ленца.
1. Точечная электросварка (ТЭС).
iстали = 500...1000 А/мм2;
iАl-сплав = 1000...2000 А/мм2;
U = 0,5 ... 10 В, P = 50 ... 1500 кгс;
tимп = 0,04 ... 2 с.
Область применения: панели, нервюры, шпангоуты, сотовые блоки, лонжероны.
Материал: стали, сплавы Al, Mg, Ti, d = 0,1 … 6 мм.
Оборудование:
машины точечной сварки: МПТ-300 (сталь) и др., установка УТС с ЧПУ, "клещи".
+ 1) высокая производительность: 250...6000 точек/час,
2) малый расход энергии,
3) малое коробление,
4) возможность сварки тонких листов,
- 1) трудность осуществления антикоррозийной защиты,
2) снижение прочности на срез сварной точкой по сравнению с основным материалом на 10...40%,
3) плохая работа на отрыв (в 2...3 раза хуже, чем на срез),
4) вмятины поверхности (0.15...0.25)
5) пониженная выносливость из-за концентрации напряжений.
2. Роликовая электросварка (РЭС).
J = 10 ... 50 кА, U и P тоже;
Vсв = 50 ... 200 см/мин.
Область применения та же, еще баллоны.
Материалы – те же, d = 0.2...3.5 мм.
Преимущества те же, еще герметичность.
Недостатки те же, кроме п.5.
Технология ТЭС и РЭС
I) Жаропрочные и нержавеющие стали
1) Подготовка поверхности
Кромки деталей на 20...30 мм от края с 2-х сторон очищают от грязи и окисных пленок. Существуют 2 способа:
а) механический: очистка наждачными кругами на полировочных машинах, обдувка сжатым воздухом, обезжиривание в растворе трихлорэтилена;
б) химический: травление в HCl или серной кислоте.
Допускается наличие таких покрытий: цинковое, фосфатное, кадмиевое.
2) Сборка-прихватка
Узлы собирают в СП. Прихватка малых узлов - на машинах, крупногабаритных - "клещами".
3) Контроль прихватки: диаметр отпечатка, отсутствие трещин, глубина вмятины, шаг, зазоры между листами (<0.2...0.5 мм).
4) Сварка. Осуществляется на стационарных точечных и роликовых машинах и автоматах в СП и без, с применением ковочного давления (увеличение прочности шва на 50%) и без него.
5) Правка после сварки.
6) Контроль сварки - 100%.
Этапы контроля:
а) пооперационный контроль,
б) визуальный осмотр,
в) испытание на герметичность (РЭС),
г) магнитопорошковый, Re и гаммаграфический, УЗ контроль,
д) испытания на прочность выборочно.
7) ТО ответственных узлов для снятия внутренних напряжений.
8) Нанесение антикоррозионных покрытий (для жаропрочных).
II) Легкие сплавы
1) Предварительная сборка
Требования к чистоте поверхности изделий из легких сплавов выше, чем для сталей. Поэтому детали устанавливают в СП, размечают, обрезают припуски и разбирают.
2) Подготовка поверхности
Механическим путем: зачистка металлической щеткой, обезжиривание бензином, ацетоном.
Химическим путем - травление в растворе ортофосфорной кислоты, с последующей промывкой в горячей и холодной воде.
3) Контроль электросопротивления.
Пакет зажимают между двумя электродами на прессе и с помощью микрометра измеряется электросопротивление, которое должно быть не более 40...200 мкОм.
4) Окончательная сборка в СП.
При этом для улучшения коррозионной защиты кромки деталей окрашивают грунтом АЛГ-1.
5) Прихватка, контроль. Необходимо измерить зазор между деталями (0,2...0,3 мм).
6) Сварка с обязательной проковкой шва.
Циклограмма сварки
7) Правка.
8) Контроль сварки.
9) Грунтовка и окраска: анодирование.
3. Стыковая сварка.
а) оплавлением
Подводим детали близко, но не соприкасаем. Включаем ток. Торцы деталей плавятся. Происходит осадка силами Р.
iст = 2,5 ...15 А/мм2;
iАl = 80 ... 130 А/мм2;
Pст = 2 ... 12 кгс/мм2;
PAl = 12 ... 20 кгc/мм2;
Pзаж = 6 ... 10 тс;
Sсеч = (10 ... 40) х 103 мм2;
Припуск 6 ... 20 мм на каждую деталь.
Область применения: цилиндры, профили, трубы, листы.
Материал: стали, Al-сплавы, Cu-сплавы.
Оборудование: машины, автоматы стыковой сварки.
+ 1) отсутствие присадочного материала,
2) высокая прочность, равная 0.9 прочности основного материала,
3) возможность сварки сечений сложной формы,
4) отсутствие обработки кромок.
- потеря материала из-за припуска.
б) сопротивлением
Тщательно подогнанные торцы сближаются, дают давление Р = 1 ... 2 кг/мм2, включают ток, после прогревания и достижения нужной температуры дают осадочное давление Р = 1,5 ... 3 кгс/мм2.
i = 40 ... 50 А/мм2;
Sсеч = 0,03 ... 200.
Область применения: листы, проволока.
Материалы - те же, только простого сечения.
Оборудование: машины, автоматы.
Преимущества те же.
Недостатки: 1) необходимость точной подгонки торцов,
2) деформирование в месте стыка.
II. Сварка взрывом.
 |
Образование соединения за счет сил молекулярного сцепления в результате метания одной детали к другой посредством взрывной волны.
Область применения: листы, трубы, профиль с листом, сотовые блоки.
Материал: стали, сплавы Al, Ni, Cu, Ti, пластмассы, разнородные материалы, d = 0,2 ... 25 мм, d = 6мм.
Параметры: P = 10 ... 3000 кгс/мм2, t = 900 °С (в контакте), зазор 0,1 ... 0,4 мм, Vсв = (2,5 ... 5) х 103 см/мин.
Выгорающие ВВ: черный и бездымный порох.
Детонирующие ВВ: динамит, тетрил, тринитротолуол.
+ 1) высокая производительность,
2) отсутствие спец. оборудования,
3) возможность сварки тугоплавких и разнородных материалов,
4) возможность сварки листов больших габаритов,
5) высокая прочность соединения, равная прочности основного материала,
6) малая ширина литой зоны: 5...100 мкм.
- строгая Техника Безопасности.
III. Сварка трением.
Pнагр = 1 ... 20 кгс/мм2;
Pсв = 20 ... 40 кгс/мм2;
n = 300 ... 3000 об/мин;
tнагр = 100 с, tсв = 10 с.
Область прим.: трубы, прутки, фланцы. dсплош = 5 ... 100 мм, dтруб. < 400 мм.
Материал: стали, сплавы, чугун и разнородные.
Оборудование: машины МСТ и ее модификации.
+ 1) возможность сварки тугоплавких и разнородных материалов,
2) высокая прочность, иногда равна 1,1 прочности основного материала,
3) отсутствие термообработки,
4) малое потребление энергии.
- 1) ограниченность форм сечений,
2) точная подгонка торцов.
IV. Диффузионная сварка.
tо = 0,8 tпл;
P = 0,5 ... 2,5 кгс/мм2;
Pвак = 10-3 ... 10-6 мм рт. ст.;
tсв = 50 ... 120 мин.
Область прим.: узлы стыка, сотовые блоки, листы.
Материал: стали, сплавы Al, Cu, Ni, керамика, разнородные материалы.
Способы нагрева: индукционный, контактный, радиационный, электронно-лучевой, лучом лазера.
Оборудование: машины СДВУ-50 и их модификации.
+ 1) сварка тугоплавких и разнородных материалов,
2) получение деталей сложной конфигурации,
3) высокая прочность,
4) стабильность качества, что позволяет осуществить выборочный контроль,
5) не нужна термообработка.
- 1) низкая производительность,
2) точная подгонка по стыку.
 |
V. Ультразвуковая сварка.
fузг = 17 ... 45 кГц; P = 20 ... 200 кгс; tо = 200 ... 800 °С; tсв = 0,1 ... 5 с.
Материалы: сплавы Al, Cu, Ti, Ni, Mo, некоторые нержавеющие стали, полимерные пленки, пластмассы, разнородные материалы, d = 0,1 ... 2 мм.
Оборудование: МТУ-, МШУ-, УЗПС – пистолет.
+ 1) сварка тугоплавких и разнородных материалов,
2) сварка разнотолщинных материалов,
3) прочность соединения равна прочности основного материала,
4) локальный характер нагрева.
Дата: 2019-12-09, просмотров: 187.
