Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Зварювання - метод з'єднання деталей з однорідного матеріалу: пластика з пластиком, металу з металом. При зварюванні контактують поверхні розплавляються або щільно стискаються. У зоні контакту відбувається сплавом двох матеріалів в один. В результаті утворюється міцне щільне з'єднання двох поверхонь.

Сварка - це з'єднання деталей, зроблених з однакового матеріалу, для отримання єдиної конструкції.

Зварювання металів розплавленням використовується для якісного герметичного з'єднання відповідальних деталей: елементи трубопроводу, корпус автомобіля (автобуса, літака), стінки металевого гаража і ворота, опори спортивного турніка, з'єднання арматури всередині бетонної стіни і багато іншого. Які види зварювання використовують сучасні зварювальні технології? Як правильно виконується зварювання металу?

Види зварювання металевих поверхонь

Зварювання металів може здійснюватися з розплавленням контактних поверхонь або з їх стисненням. При цьому процеси зварювання називаються:

  • зварювання плавленням (або розплавленням);
  • зварювання пластичним деформуванням.

Класифікація основних видів зварювання.

З'єднання деформацією може виконуватися із застосуванням підігріву або без нього. Деформування поверхонь без підігріву називається холодної зварюванням. При щільному стисненні атоми різних матеріалів виявляються на близькій відстані і утворюють міжатомні зв'язку. Відбувається з'єднання поверхонь.

При зварюванні плавленням сполучаються поверхні локально нагріваються і розплавляються. Часто використовується третій (присадний) матеріал, який плавиться і заповнює зазор між двома металами. При цьому в рідкому розплаві утворюються міжатомні зв'язку між основним матеріалом і присадкою (розплавленим електродом). Після охолодження і затвердіння утворюється суцільне зварене з'єднання.

Місцевий нагрів деталей для зварювання може здійснюватися електричним струмом або палаючим газом. Відповідно, за способом локального нагріву зварювання ділиться на два види:

  • електрична (в тому числі електрошлакове, електропроменеву, лазерна);
  • газова.

Найменування визначаються використовуваним джерелом тепла. Електрика може працювати як безпосередньо, так і опосередковано. При прямому використанні електроенергія нагріває метал і присадочний електрод завдяки проходженню по ним струму або виникнення дуги. У непрямому використанні працює різна енергія, отримана від впливу електрики: енергія розплавленого шлаку, через який проходить струм, енергія електронів в електричному полі, промінь лазера, що виникає при подачі електрики.

Класифікація видів електричного зварювання.

Сварка металевих поверхонь може виконуватися в ручному або автоматичному режимі. Деякі види зварних з'єднань можливі тільки із застосуванням автоматики (наприклад, електрошлакове або шовна), інші доступні для виконання ручними зварювальними пристроями.

Електричне зварювання представлена двома методами:

  • електродугової;
  • електроконтактні.

Розберемо докладніше, як відбувається з'єднання поверхонь при дуговому і контактному способі зварювання.

Електродугове зварювання металів і електроконтактна

Робота електричної дуги

Даний вид зварювання використовує для нагрівання теплоту електричної дуги. Дуга, що утворюється між металевими поверхнями, являє собою плазму. Взаємодія металевих поверхонь з плазмою викликає їх нагрівання і розплавлення.

Принцип роботи зварки.

Електродугове зварювання може виконуватися з використанням плавиться електрода або не плавиться його виду (графітового, вугільного, вольфрамового). Плавиться одночасно є збудником електродуги і постачальником присадочного металу. При неплавким електроді для збудження дуги використовується стрижень, яка не розплавляється. Присадний матеріал вводять в зону зварювання окремо. При горінні дуги відбувається плавлення присадки і кромки деталей, що утворилася рідка ванночка після затвердіння утворює шов.

У деяких технологічних процесах з'єднання поверхонь відбувається без подачі присадочного матеріалу, тільки перемішуванням двох основних металів. Так роблять зварювання вольфрамовим електродом.

Якщо електрична дуга горить не вільно, а стискається плазмотроном, при цьому через неї продувається плазма іонізованого газу, то такий вид зварювання називається плазмовим. Температура і потужність плазмового зварювання вище, оскільки при стисканні дуги досягається більш висока температура її горіння, що дозволяє виконувати зварювання тугоплавких металів (ніобій, молібден, тантал). Плазмообразующий газ є також захисною середовищем для металів, що сполучаються.

Захист розплавленого металу і сплавом електричним контактом

Схема електроконтактного зварювання.

Якщо при горінні дуги металеві поверхні захищають від окислення газом або вакуумом, то таке з'єднання називають зварюванням в захисному середовищі. Захист необхідна для зварювання хімічно активних металів (цирконій, алюміній), відповідальних деталей з легованих сплавів. Можлива захист зварювання іншими речовинами: флюсом, шлаком, порошковим дротом. Відповідно, використовувані методи зварювання отримали найменування: зварювання під флюсом, електрошлакове зварювання, вакуумна. Все це - різновиди електродугового методу, що використовують різну захисну середу для попередження окислення розплаву, зміни його хімічного складу і втрати властивостей зварного з'єднання.

Електроконтакта зварювання використовує тепло, що виділяється в місці зіткнення двох поверхонь, що зварюються. Так виконується точкове зварювання: деталі із зусиллям притискають один до одного до зіткнення в декількох точках. Точки дотику будуть місцями максимального опору і найбільшого розігріву поверхні. За рахунок цього нагріву і відбувається оплавлення і з'єднання металевих елементів в точках дотику.

Технологія електродугового зварювання металів

Принцип підключення і роботи зварки.

Технологія зварювання металу з використанням електричної дуги складається в послідовності дій по організації роботи зварювального апарату і безпосередньому виконанні зварювання.

Підготовка полягає в установці зварювального інвертора, виборі електродів і виконанні необхідного скоса кромки (підготовці поверхонь).

Після установки зварювального апарату в місці зварювання контактний провід за допомогою «крокодила» (конструкція приєднується клеми) кріплять на одній з контактних металевих поверхонь. Включають зварювальний апарат та виставляють регулятором струму його силу. Сила струму регламентується розміром електрода і товщиною деталей, що зварюються. Для електрода діаметром 3 мм сила струму повинна відповідати 80-100 А.

Якщо поверхню металу забарвлена або окислена з утворенням шару іржі, його необхідно подряпати металевою щіткою для забезпечення повноцінного контакту в поєднанні.

Визначається вид з'єднання контактних поверхонь:

  • стикове;
  • внахлест;
  • кутовий;
  • Таврове;
  • торцеве.

Типи зварних з'єднань і швів.

Розглянемо докладніше особливості зварювання різних типів з'єднань. Стикове з'єднання часто вимагає попередньої підготовки кромок зварювальних поверхонь: по їхніх краях виконуються скоси. V-подібні скоси роблять по краях листів товщиною від 5 до 15 мм, Х-подібні скоси - на аркушах товщиною більше 15 мм. Зняття V-подібної кромки при стику поверхонь дозволяє отримати поглиблення, за яким виконується зварювання. Х-образні кромки припускають наявність поглиблення і виконання зварних швів з двох сторін з'єднання.

Кутові і таврові з'єднання теж можуть виконуватися зі скосом кромок (з обробленням поверхні) або без скосів і оброблення (в залежності від товщини зварного перетину).

Таврове і кутове з'єднання дозволяють з'єднувати деталі різної товщини. При цьому положення електрода має бути більш вертикальним до тієї поверхні, яка має більше товщина.

Електроди для зварювання: види і вибір

Електрод для зварювання являє собою металевий стрижень, покритий обмазкой. Склад обмазувального покриття призначений для захисту металу зварного шва від вигорання при окисленні. Флюс витісняє з розплавленого металу кисень, ніж запобігає окисленню, і виділяє захисний газ, що також попереджає окислення. До складу обмазки входять наступні компоненти:

Схема електрода для зварювання: 1 - стрижень; 2 - ділянка переходу; 3 - покриття; 4 - контактний край без покриття; L - довжина електрода; D - діаметр покриття; d - номінальний діаметр стрижня; l - довжина зачищеного від покриття кінця

  • стабілізатори запалювання і горіння (калій, натрій, кальцій);
  • шлакоутворювальні захист (шпат, кремнезем);
  • газообразующие (деревне борошно і крохмаль);
  • рафинирующие з'єднання (для виведення і зв'язування сірки і фосфору, шкідливих для зварювання металу домішок);
  • легуючі елементи (якщо шву необхідні особливі властивості);
  • сполучні (рідке скло).

Випускаються промисловістю електроди мають діаметр від 2, 5 до 12 мм, для ручного зварювання найбільше застосування отримали 3-міліметрові електроди.

Вибір діаметра електрода визначається товщиною зварювальних поверхонь, необхідної глибиною проплавлення. Існують таблиці, що призводять рекомендовані значення діаметрів електродів в залежності від товщини проплавляющей поверхонь. Треба знати, що невелике зменшення діаметра електрода можливо, при цьому збільшується час виконання процесу. Електрод меншого діаметра дає можливість краще контролювати процес, що важливо для початківця зварника. Більш тонкий електрод можна пересувати повільніше, що важливо в процесі навчання.

Характеристики дугового зварювання: визначення і значення

Перед початком зварювання визначаються оптимальні характеристики процесу зварювання:

Таблиця вибору сили струму для зварювання.

  1. Сила струму (регулюється на зварювальному апараті). Сила струму визначається діаметром електрода і матеріалом його покриття, розташуванням шва (вертикально або горизонтально), товщиною матеріалу. Чим товще матеріал, тим більша сила струму буде потрібно для його прогріву проплавления. Недостатня сила струму не розплавляє перетин шва повністю, в результаті присутні непровари. Занадто великий струм призведе до надмірно швидкому розплавлення електрода, коли основний метал ще буде не розплавлений. Рекомендоване значення струму вказується на упаковці електродів.
  2. Властивості струму (полярність і рід). У більшості зварювальних приладів використовується прямий струм, він перетворюється з струму вбудованим в апарат випрямлячем. При постійному струмі потік електронів рухається в одному (заданому полярністю) напрямку. Полярність при зварюванні визначає напрямок руху потоку електронів. Існуючі полярності виражаються в підключенні електрода і деталі:
  • пряма - деталь до «+», а електрод до «-»;
  • зворотна - деталь до «-», електрод до «+». Завдяки руху електронів від «мінуса» до «плюса» на позитивному полюсі «+» виділяється більше тепла, ніж на негативному «-». Тому позитивний полюс розташовують на елементі, що вимагає більш значного прогріву: чавун, сталь товщиною 5 мм і більше. Таким чином, пряма полярність забезпечує глибоке проплавлення. При з'єднанні тонкостінних деталей і листів застосовується зворотна полярність.
  1. Напруга дуги (або довжина зварювальної дуги) - це відстань, витримується між кінцем електрода і поверхнею металу. Для електрода діаметром 3 мм рекомендована довжина дуги складає 3, 5 мм.

Як виконується дугова зварка: технологія

Початок зварювання: послідовність розпалювання дуги

Способи розпалювання зварювальної дуги.

Для виникнення дуги новий електрод вставляють в затиск і обстукують про тверду поверхню для видалення обмазки на його робочому кінці. Під шлаком знаходиться металева присадка, сам шлак служить ізоляцією і закриває присадку від розпалювання. Після цього електродний стержень наближають до металевої поверхні на мінімально можливу відстань, 3-5 мм, не допускаючи дотику. При цьому електрод тримають під кутом до поверхні зварюваного металу. Технологія зварювання металів електродом регламентує кут нахилу електрода в розмірі 60-70ºC. Візуально такий кут сприймається як майже вертикальний, з невеликим ухилом.

Для розпалювання дуги електродом чиркають об поверхню металу на зразок запалювання сірника об коробку з сіркою.

Якщо електрод дуже наблизити до зварюваної поверхні металу, виникне прилипання і коротке замикання. У тих, хто починає варити, електрод прилипає часто. У міру набуття досвіду правильного розташування електрода над металом, підтримки оптимального відстані прилипання відбуватися не повинно. Прилип електрод можна відірвати, нахиливши його в іншу сторону або вимкнувши зварювальний апарат.

Якщо електрод прилипає дуже часто, можливо, що сила струму недостатньо велика, її необхідно збільшити.

При оптимальної правильної віддаленості електрода від місця зварювання (близько 3 мм), відбувається утворення дуги з температурою близько 5000-6000ºC. Після загоряння дуги електрод можна злегка підняти від робочої поверхні, на кілька міліметрів.

Переміщення електрода і зварна ванна

Схема зварювальної ванни.

При плавленні електрода і основного матеріалу утворюється зварна ванна (калюжка розплавленого металу).

Електрод і дуга разом зі зварною ванною (зоною розплавленого металу) плавно переміщаються уздовж лінії з'єднання. Швидкість переміщення електрода визначається швидкістю розплавлення металу і зміни його кольору. Швидке пересування електрода здійснюється при роботі з тонкими листами, швидко нагріваються і легко утворюють зварену ванну. Уповільнене переміщення електрода застосовується на товстих масивних з'єднаннях.

Форма переміщення електрода (прямо, зигзагом, петлями) визначається шириною зварного шва і глибиною проплавлення. Електрод може переміщатися прямолінійно (рівно) при невеликій зварювальної ширині. Він може рухатися петлями, зигзагом, якщо необхідно проварити достатню ширину і глибину з'єднання. Варіанти руху електрода наведені на рисунку 1.

Малюнок 1. Способи руху електрода.

Опуклість шва після застигання зварної ванни визначається положенням електрода під час зварювання. Якщо електрод розташований майже вертикально, шов буде рівним, а проплавление - глибоким. Більш похиле розташування електрода формує опуклу поверхню зварного з'єднання і зменшення глибини проплавлення. Занадто великий нахил електрода має дугу в напрямку шва, роблячи процес зварювання дуже поганого.

Для якісного з'єднання розплавлена ванна повинна мати тонкі краю, бути досить рідкою і слухняно переміщатися за електродом.

Ванна в світофільтрі (крізь темне скло) виглядає як помаранчева поверхню з брижами. Поява оранжевого кольору ванни (краплі рідкого розплаву) може розцінюватися як індикатор для подальшого переміщення електрода. Тобто якщо з'явився помаранчевий колір, то зрушуємо електрод далі на кілька міліметрів.

Схема пристрою і основних показників зварювальної ванни.

У місці закінчення проплавления необхідно збільшити розмір зварної ванни. Для цього електрод повинен утримуватися над цією точкою на кілька секунд довше.

Якщо відбувається наскрізне проплавлення матеріалу, необхідно зменшити величину струму і взяти інший електрод (меншого діаметра). Пропаленим дірок дають охолонути, збивають з них шлак і після цього заварюють.

Після зварювання необхідно постукати молотком по зварному шву. Це дозволить видалити з нього окалину і візуально перевірити зварене з'єднання на відсутність несплошностей або непровари.

Технологія контактної, шовного і газового зварювання металів

Технологія зварювання металу по контактам має деякі особливості. Струм підключають до зварюваних деталей, після чого їх зближують до зіткнення. Уздовж поверхні стику виникають контактні точки, в них за кілька секунд відбувається розігрів металу до початку його плавлення. Після цього струм вимикають і стикові поверхні притискають один до одного, забезпечуючи щільний контакт точкам розплавлення.

Технологія шовного зварювання.

При шовного зварювання працює зварювальний автомат. Даний вид зварювання дозволяє отримати рівний суцільний шов на довгих листових поверхнях. В апараті для шовного зварювання електроди являють собою обертові ролики. Між ними пропускаються сполучаються металеві листи.

Газове зварювання використовує для утворення тепла окислення горючого газу з високою теплотворною здатністю, наприклад, ацетилену, пропан або бутан. Газ і кисень перемішується всередині пальника, з якої виходить полум'я.

Електрошлакове зварювання є видом зварювання в захисному середовищі. В даній технологічній операції шлак є захисним матеріалом, огороджувальних розплавлений метал від контакту з повітрям. Цей вид зварювання здійснюється в автоматичному режимі.

Устаткування: вибір зварювального апарату і засобів захисту

Для захисту очей від опіку при зварюванні необхідно використовувати маску зі світлофільтром.

Для виконання зварювання необхідний електричний струм великої величини, що надходить на електрод. Сучасний прилад, що забезпечує постійне надходження струму до місця зварювання, називається інвертором. Більш старі моделі зварювальних апаратів мали громіздкі розміри і значну вагу, нові інвертори легко переносяться, не викликають просажіванія мережі (це стан виражається у втраті напруги і миганні лампочок у всьому багатоквартирному будинку або по всій вулиці приватного сектора). У багатьох сучасних инверторах встановлений захист від короткого замикання. При залипання електрода інверторний апарат автоматично вимикається.

Захисний інвентар: маска з світлофільтром (темним склом). Світлофільтр оберігає очі від опіку. Без нього можна отримати опіки рогівки різного ступеня: від легких, коли в очах зберігається відчуття присутності піску, до важких, коли відновити зір неможливо.

Якість захисту світлофільтру визначається номером. Чим товщі електрод і більше зварювальний струм, тим потужніший світлофільтр необхідний для захисту зору.

Освоєння тонкощів роботи зі зварювальним апаратом, витримування правильного відстані дуги, нахилу електрода формує майстерність зварника. Професіоналізм визначається вмінням керувати процесом, отримувати якісне з'єднання поверхонь.

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Категорія:

Металообробка