Сварка. Преимущества. Сборка

Сварочное производство - одна из важных отраслей техники.
Объем изготовленных сварных конструкция за последние 50 лет вырос более чем в 50 раз. Наибольший удельный вес в России занимает сварка плавлением.
Масса сварных конструкций составляет 50% от массы конструкций в автомобиле.
Трудоемкость сварных работ равна 20% от трудоемкости изготовления автомобиля.
Преимущества (по сравнению с болтовыми и заклепочными соединениями):
1) экономия металла до 30%;
2) повышение производительности труда на 20-25%;
3) автоматизация процесса;
4) возможность применения:
для наплавки изношенных поверхностей деталей;
для устранения дефектов (трещины, раковины и др.);
5) близкие к сварке процессы используются при резке металлов (плазменная резка и др.)

Преимущества
- простота конструкции сварного шва и меньшая трудоемкость в изго­товлении, обусловленной сравнительной простотой технологического процесса сварки.
- значительное снижение массы конструкции при тех же габаритах. При замене заклепочных соединении сварными экономия в весе получается за счет отказа от применения различных накладок, необходимых в заклепочных соединениях, а также части веса са­мих заклепок;
- возможность соединения деталей любых форм;
- герметичность и плотность соединения;
- бесшумность технологического процесса сварки;
- возможность автоматизации сварочного процесса;
- сварное соединение дешевле заклепочного.
- соединение деталей может выполняться встык без накладок.
- возможность сварки толстых профилей.

Недостатки
- возникновение остаточных напряжений в свариваемых элементах;
- коробление деталей из-за неравномерного нагрева в процессе сварки;
- зависимость качества шва от исполнителя и труд­ность контроля; применение автоматической сварки устраняет этот недостаток.
- склонность к образованию трещин в местах перехо­да от шва к цельному металлу вследствие термических напряже­ний, возникающих при остывании. Трещины особенно опасны при динамических нагрузках (вибрационных и ударных), поэтому в таких случаях сварные швы стараются не применять, заменяя их заклепочными соединениями. Термические напряжения могут быть частично или полностью устранены термообработкой сварного соединения (низкотемпера­турным отжигом). Термическая обработка исключает также последующее коробление сварных конструкций.

Основные виды электросварки — дуговая, газовая и контактная.
Разновидности дуговой сварки:
- ручная сварка; этот метод сварки отличается низкой производитель­ностью, но легко доступен для применения;
- полуавтоматическая сварка под слоем флюса; применяется для конструкций с короткими прерывистыми швами;
- автоматическая сварка под слоем флюса; этот метод сварки высоко­производителен и экономичен, дает хорошее качество шва, применя­ется в крупносерийном и массовом производстве.
Газовая сварка применяется в основном там, где нет источников электроэнергии, например, при ремонте в полевых условиях.
Контактная сварка применяется в серийном и массовом производстве при нахлесточном соединении тонкого листового металла (точечная, роли­ковая) или при стыковом соединении круглого и полосового (стыковая сварка).

Применение
Сварка применяется для соединения элементов сосудов, испытывающих дав­ление (резервуары, котлы); для изготовления турбин, до­менных печей, мостов, химической аппаратуры; с помо­щью сварки изготовляют станины, рамы и основания машин, корпуса редукторов, зубчатые колеса шкивы, звездочки, маховики, барабаны и т. д. Сварку широко применяют как способ получения заготовок деталей из проката в мелкосерийном и единичном производстве, а также в ремонтном деле.

Возбуждение (возникновение) и горение дуги
ВПРИТЫК
ЧИРКАНЬЕМ

Возбуждение (возникновение) и горение дуги
1. КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ
2. ОБРАЗОВАНИЕ ПРОСЛОЙКИ ИЗ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА
3. ОБРАЗОВАНИЕ ШЕЙКИ
4. ВОЗНИКНОВЕНИЕ ДУГИ И СВАРОЧНОЙ ВАННЫ

При всех способах электрической дуговой сварки для плавления сварочной проволоки и свариваемого металла используется тепловая энергия сварочной дуги.
Сварочной дугой называется мощный устойчивый электрический разряд в ионизированной, токопроводящей газовой среде между электродом и свариваемым металлом.

СТРОЕНИЕ СВАРОЧНОЙ ДУГИ
При всех способах электрической дуговой сварки для плавления сварочной проволоки и свариваемого металла используется тепловая энергия сварочной дуги.
Сварочной дугой называется мощный устойчивый электрический разряд в ионизированной, токопроводящей газовой среде между электродом и свариваемым металлом.
1 – КАТОДНОЕ ПЯТНО t=2000-2500˚c.
2 – КАТОДНАЯ ЗОНА. ОБЪЕМНЫЙ ЗАРЯД ПОЛОЖИТЕЛЬНО ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ.
3 – ИОНИЗИРОВАННАЯ ГАЗОВАЯ СРЕДА.
4 – СТОЛБ ДУГИ t=7000-7500˚C.
5 – АНОДНАЯ ЗОНА. ОБЪЕМНЫЙ ЗАРЯД ОТРИЦАТЕЛЬНО ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ.
6 – АНОДНОЕ НАГРЕТОЕ ПЯТНО t=2500-3000˚C.

Сварочная ванна образуется из расплавленного основного и электродного металла.
При остывании металла сварочной ванны происходит его первичная и вслед за ней вторичная кристаллизация.
Кристаллизация – это образование кристаллов металла из жидкого расплава.
При изменении температуры в затвердевшем металле кристаллы теряют свою первоначальную форму, превращаясь в зерна. Этот процесс называют вторичной кристаллизацией (перекристаллизацией)

Перенос расплавленного металла

Выделяющееся при сварке тепло уходит в свариваемый металл через околошовные участки, называемые зоной термического влияния.
От обычной термической обработки нагрев и охлаждение металла сварного соединения в зоне термического влияния отличается мощностью и кратковременностью теплового воздействия вызывающего различные структурные изменения в околошовной зоне.
Свойства сварного соединения определяются свойствами металла шва и зоны термического влияния. Разрушения сварного соединения чаще всего происходят по этой зоне, где металл неоднороден и зачастую потерял пластичность.

В процессе сварки плавлением металл сварного соединения плавится под действием мощного концентрированного источника тепла (сварочной дуги или газового пламени)
Металлургические процессы в сварочной ванне протекают в условиях, значительно отличающихся от условий, протекающих при выплавке стали.
Это объясняется малым объемом расплавленного металла и быстротой происходящих в нем явлений

Форма подготовки кромок зависит от
толщины свариваемых деталей
способа сварки
Подготовка кромок

Конструктивные элементы разделки кромок под сварку
в- зазор; с – притупление;
β – угол скоса кромок;
α – угол разделки кромок.
1 – без разделки;
2 – с разделкой кромок одной детали;
3 – V-образная разделка;
4 – X-образная разделка;
5 – U-образная разделка;
К-образная разделка.
(см. след. страницу)

Форма подготовленных кромок под сварку стыковых изделий

Подготовка кромок деталей разной толщины
β = (15 ± 2) ̊
L = 5 (S1 – S)
L1 = 2,5 (S1 – S)

Допустимая наибольшая разность толщин стыкуемых деталей , свариваемых без скоса кромок
При разности в толщине
свариваемых деталей
(см. таблицу) можно
производить сварку с плавным переходом шва от одной детали к другой.

Формы подготовки кромок стыковых соединений

Формы подготовки кромок стыковых соединений

Формы подготовки кромок
угловых соединений

Формы подготовки кромок
тавровых соединений

Формы подготовки кромок
нахлесточных соединений
Р – ручная сварка, А – автоматическая,
Г – сварка в среде СО2

Параметры подготовки кромок
β ≈ (25±2) ̊ - при разделке двух кромок;
β ≈ (45±2) ̊ - при разделке одной кромки;
b ≈ (2 ±1) мм
с ≈ (2 ±1) мм;
кромки должны быть прямолинейны и параллельны;
на кромках не должно быть зарезов глубиной более 1,5 мм

Подготовку кромок производят тепловой (кислородной или плазменной) или механической резкой. В первом случае подготовку кромок стремятся совместить с разделительной резкой заготовки. С этой целью резку выполняют двумя (для получения V – образной разделки) или тремя (для получения Х – образной разделки) резаками, перемещающимися друг за другом
Для механической резки используется как универсальное оборудование (карусельные, токарные, фрезерные станки), так и специализированное (кромкострогальные станки).

Сборка изделий под сварку

Способы сборки
Сборка обеспечивает точность пригонки и совпадения кромок элементов.
Сборка в целом.
Сборка путем наращивания отдельных элементов.
Поузловая сборка и сварка.

Проверка качества сборки
при сборке учитывают возможность деформации при нагреве изделия и усадке металла шва.