Серийность производства на сварочном оборудовании. Виды сварки. Развитие сварки

Чаще всего сварка неплавящимся электродом в инертных газах применяется при изготовлении изделий из алюминия, магния и их сплавов, сплавов на основе никеля, некоторых специальных сталей. [2]

При сварке плавящимся электродом дуга возбуждается между изделием и электродом, который по мере расплавления подается в зону дуги специальными подающими роликами. Область использования плавящегося электрода в защитном инертном газе примерно такая же, что и при сварке вольфрамовым электродом, — получение швов различной протяженности и конфигурации на изделиях из цветных металлов, высоколегированных сталей, титановых сплавов и др.

Сварка в защитных газах позволяет:

успешно выполнять швы  в любом пространственном положении, что дает возможность использовать сварочные работы;

выполнять стыковые швы  «на весу», т.е. без каких-либо предварительных  подварок или применения подкладок;

непосредственно наблюдать  и контролировать движение дуги по свариваемому участку, образование  шва, так как зона сварки открыта.

Кроме того, отсутствует  шлаковая корка на шве, а значит и  затраты времени на ее удаление.

К недостаткам этого  процесса следует отнести следующие:

при выполнении больших  по размерам швов производительность примерно вдвое меньше, чем при  сварке под флюсом;

затруднена сварка на открытом воздухе при ветре — из-за сдувания защитного газа;

при сварке в углекислом газе в общем случае наблюдается  разбрызгивание металла, требующее  по окончании сварки удаления брызг  с поверхности металла;

необходимость применения защитных средств против светового и теплового излучения дуги.

Наиболее рационально  использовать сварку в защитных газах  при изготовлении изделий из металла  небольшой толщины (до 10 мм), когда  применение сварки под флюсом оказывается  невыгодным или невозможным.[3]

Сварка самозащитной проволокой

Особое место среди  способов дуговой сварки занимает сварка самозащитной проволокой. При этом способе защита металла шва от вредного воздействия воздуха и его легирование достигаются только за счет процессов, сопровождающих плавление специальной электродной проволоки, без дополнительного использования флюса или какого-либо защитного газа.[6]

Плазменная  сварка

При плазменной сварке и  резке источником нагрева служит дуга, столб которой принудительно  обжат по диаметру, что приводит к резкой концентрации удельной тепловой мощности и повышению температуры плазмы дуги.

В отличие от обычной  дуги, горящей свободно, когда для  плавления металла используется главным образом тепло, выделяемое в активных пятнах (анодное и катодное пятна), в сжатой дуге роль активных пятен несущественна; основным источником тепла для сварки (или резки) служит искусственно удлиняемый и сжатый столб дуги, превращаемый в ярко светящуюся струю плазмы или поток плазмы — с высокой плотностью энергии. Чрезвычайно перспективно применение сжатой дуги в наплавочных работах и в процессах напыления.[5]

Электрошлаковая сварка

Известно, что при расплавлении флюса образуется шлак, который является проводником электрического тока. При  пропускании электрического тока через шлак в нем будет выделяться, в соответствии с законом Джоуля— Ленца, теплота. Этот принцип и лежит в основе электрошлаковой сварки.

В зависимости от вида электрода и характера его  подачи в шлаковую ванну, существует несколько разновидностей электрошлаковой сварки (ЭШС): сварка одной электродной проволокой (без колебаний или с колебаниями), сварка несколькими электродными проволоками, сварка электродами большого сечения — в виде пластин и др.

К несомненным достоинствам электрошлаковой сварки можно отнести следующие:

возможность сварки за один проход изделий практически неограниченной толщины;

высокую производительность сварки толстостенных деталей (толщиной 60 мм и более), превышающую производительность многослойной сварки под флюсом тех  же деталей в 5 — 6 раз, а ручной — в 20 — 25 раз;

незначительный расход флюса, в 15 — 20 раз меньший, чем при  автоматической сварке;

меньшая (в 1,5 — 2 раза) энергоемкость  процесса по сравнению с автоматической сваркой под флюсом;

невысокая, в сравнении  с многопроходной автоматической сваркой под флюсом, стоимость сварного соединения, обусловленная малым расходом флюса, электроэнергии, упрощением подготовки кромок под сварку;

возможность изготовления уникальных по размерам и массе деталей  и получения таким путем сварнолитых, сварнокованых изделий (например, сварнолитые станины тяжелых прессов и прокатных станов, толстостенные сварнокованые цилиндры и др.);

возможность получения  сварных соединений высокого качества, лишенных пор, шлаковых включений, трещин, подрезов.

Однако электрошлаковая сварка не лишена и недостатков, к их числу относятся следующие:

применение малой скорости сварки (менее 1 м/ч) при значительном тепловложении приводит к длительному  тепловому воздействию на металл и медленному его охлаждению, следствием чего является перегрев металла околошовной зоны с формированием в ней весьма крупного зерна, обладающего сниженными пластическими свойствами и хрупкостью. Крупнозернистая, литая структура образуется и в металле шва. В связи с этим возникает необходимость (особенно при изготовлении ответственных конструкций) после электрошлаковой сварки подвергать изделие специальной термообработке с целью уменьшения размера зерен;

необходимость устанавливать свариваемое  соединение в вертикальном положении  или близком к этому;

недопустимость остановки сварочного аппарата в процессе выполнения шва, так как тогда неизбежно появление дефектов в месте остановки после сварки этого участка;

необходимость изготовления специальных  технологических деталей (планок, формирующих  устройств, «стартовых карманов» для наведения шлаковой ванны и др.), требуемых при сборке изделия под сварку.

Электрошлаковая сварка легла в основу разработки ряда новых  технологий, выходящих за рамки сварочного производства, которые впоследствии получили общее название — электрошлаковая  технология, включающая сегодня около 20 технологических процессов.[5]

Контактная и прессовая сварка

Контактная сварка – наиболее старый и высокопроизводительный процесс получения неразъемных соединений металлов.

Образование "неразъемного соединения при контактной сварке происходит в  результате нагрева металла проходящим электрическим током и пластической деформации зоны соединения под действием сжимающего усилия.

Количество тепла, выделяемое в  металле при протекании через  него электрического тока, определяется законом Джоуля – Ленца:

По форме выполняемых сварных  соединений существуют три основных вида контактной сварки: стыковая, точечная и шовная.

Стыковая контактная сварка имеет две разновидности: сварка сопротивлением и сварка оплавлением.

К достоинствам стыковой сварки сопротивлением следует отнести:

простоту устройства машины;

незначительный расход энергии на нагрев деталей, при высокой  производительности сварки;

уменьшенный расход металла (только на осадку).

Вместе с тем, процесс  имеет и недостатки:

значительное давление осадки, вследствие чего машина должна иметь высокие силовые характеристики;

трудность обеспечения  высокого качества сварных соединений (особенно при сварке больших сечений) из-за неравномерного прогрева стыка и возможного присутствия в нем не удаленных окисных пленок.

Сварка оплавлением  может быть прерывистой и непрерывной.

Сварка оплавлением  имеет ряд преимуществ:

возможность получения соединений из различных сталей цветных металлов и их сплавов весьма развитого сечения (углеродистых сталей — более 100 000 мм2, алюминиевых сплавов - до 30 000 мм2 и др.);

высокая производительность машин (больше чем при электродуговой и электрошлаковой сварке встык таких же сечений);

не требуется особая подготовка и очистка соединяемых  поверхностей деталей, качество сварных  соединений высокое.

Однако у этого вида сварки есть и недостатки: значительный расход металла на оплавление и осадку; необходимость удаления после сварки грата, а иногда и самого усиления;

усложненная схема привода  машин и узлов автоматического  управления.

Стыковая сварка оплавлением  применяется для соединения трубных  стыков, фасонных профилей (например, стыков рельс), стержней массивного сечения, различных деталей машин и т.д.

Одним из наиболее распространенных способов контактной сварки является точечная сварка. При этом процессе соединяемые детали зажимают между  электродами машины, имеющими форму усеченных конусов, и через них пропускают ток.

Протекающий через детали ток более всего разогревает  металл в месте их соприкосновения, так как здесь сопротивление  току наиболее значительное.

Давление, оказываемое  на электроды, должно быть таким, чтобы  не только преодолеть жесткость деталей, но и осуществить нужную пластическую деформацию разогретого участка металла. В итоге, в зоне сварки создается своеобразное ядро сварной точки, имеющей чечевицеобразную форму.

Для точечной сварки характерна высокая производительность, намного  превышающая производительность автоматической дуговой сварки. Вместе с тем этот процесс высокоэкономичен, так как отсутствует расход сварочных материалов, а расход электроэнергии небольшой. Кроме того, деформации сваренных деталей очень незначительны. К достоинствам точечной сварки следует отнести простоту конструкции машины в сравнении со стыковыми и шовными, возможность полной автоматизации процесса, комплексной автоматизации производства в целом. Но и точечная контактная сварка имеет недостатки:

возможность выполнения соединения только внахлестку;

отсутствие герметичности  сварных швов;

зависимость качества сварной  точки от чистоты поверхности  металла и степени сопряженности  их друг с другом и др.

Наиболее эффективно применение точечной сварки в серийном и массовом производстве однотипных деталей – в автомобилестроении, с/х машиностроении, вагоностроении, угольном машиностроении, электротехнической и радиотехнической промышленности, самолетостроении и др.

Шовная контактная сварка близка точечной, но в отличие от нее, машина, выполняющая этот процесс, имеет вместо конических электродов ролики, катящиеся по линии сварки и дающее сплошной, непрерывный плотнопрочный шов.

Обычно при шовной сварке применяется прерывистый  режим работы, тогда сварной шов  состоит из отдельных сварных точек, взаимно перекрывающих друг друга. Такой режим работы осуществляется либо за счет подачи тока в виде отдельных импульсов при непрерывном перемещении роликов, либо за счет «шагового», т.е. прерывистого движения роликов, когда ток дается в момент краткой остановки роликов. Более распространены машины, работающие на режиме непрерывного вращения роликов, имеющие не столь сложную конструкцию механической части. Шовная сварка обладает рядом существенных достоинств. К их числу относятся:

герметичность сварного соединения;

экономичность процесса, вследствие отсутствия расхода сварочных  материалов и небольшого расхода  электроэнергии;

возможность полной автоматизации  технологического процесса.

Наиболее же существенные недостатки — необходимость очистки свариваемых поверхностей от окалины, ржавчины, окислов и различных загрязнений, сравнительно невысокая скорость сварки и др.

Шовная сварка используется для соединения листов малой толщины (до 2 — 3 мм) в производстве автомобилей, цельносварных тонкостенных труб, тонкостенных изделий электротехнической и радиотехнической промышленности, различных металлических изделий и т.д. [5]

Холодная сварка

 

Одним из наиболее древних  способов сварки в твердой фазе является холодная. Первые систематические исследования процесса холодной сварки были начаты в 1948 г. в Англии. Позднее этот способ сварки быстро распространился во многих промышленно развитых странах и в настоящее время она успешно применяется для сварки изделий из пластичных металлов, таких как медь, алюминий, свинец, олово, никель и др.

Существуют многочисленные способы холодной сварки, но наиболее широко используются точечная и шовная для нахлесточных соединений и стыковая для получения соединений встык.

Наиболее широкое применение холодная сварка находит в производстве изделий домашнего обихода из алюминия и его сплавов (чайники, кастрюли и т.п.), в электротехнической промышленности и транспорте для соединения алюминиевых и медных проводов, а также при приварке медных наконечников к алюминиевым проводам и т.д.

Несомненные достоинства  холодной сварки, такие как простота процесса, высокая производительность, возможность использования стандартного прессового и прокатного оборудования и другие, ставят этот вид сварки в ряд важных процессов. Следует, однако, иметь в виду и ограничения по использованию холодной сварки, которые связаны, в основном, с невозможностью осуществления большой пластической деформации многих металлов и сплавов (например, углеродистой стали, алюминиево-магниевых сплавов и других материалов). [5]