Сварка

         Сварка — процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого. Обычно применяется для соединения металлов, их сплавов или термопластов.

         Для производства сварки используются различные  источники энергии: электрическая  дуга, газовое пламя, лазерное излучение, электронный луч, трение, ультразвук.  

         Свариваемость — свойство металлов или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. В сварочной практике существуют такие понятия, как физическая и технологическая свариваемость.

         Понятия свариваемости

         Физическая  свариваемость подразумевает возможность получения монолитных сварных соединений с химической связью. Такой свариваемостью обладают практически все технические сплавы и чистые металлы, а также ряд сочетаний металлов с неметаллами.

         Технологическая свариваемость — это характеристика металла, определяющая его реакцию на воздействие сварки и способность образовывать сварное соединение с заданными эксплуатационными свойствами. В этом случае свариваемость рассматривается как степень соответствия свойств сварных соединений одноименным свойствам основного металла или их нормативным значениям. 

         Сварочный флюс — материал, используемый при сварке для защиты зоны сварки, химической очистки соединяемых поверхностей и улучшения качества шва. Например, при газовой и кузнечной сварке металлов широко используют такие компоненты, как бура, борная кислота, хлориды и фториды. Они образуют жидкий защитный слой, в котором растворяются оксиды, образующиеся на свариваемых поверхностях.

         При электрошлаковой  сварке используют измельчённые композиции сложного состава, через них, кроме того, должен проходить электрический ток, с выделением тепла для нагрева свариваемых деталей. 

         Горячие трещины при сварке — хрупкие межкристаллические разрушения металла шва и зоны термического влияния, возникающие в твёрдо-жидком состоянии при завершении кристаллизации, а также в твёрдом состоянии при высоких температурах на этапе преимущественного развития межзёренной деформации. Они могут возникать при неблагоприятном сочетании некоторых факторов, связанных с понижением деформационной способности металла вследствие наличия в структуре легкоплавких эвтектик, дефектов кристаллического строения, выделения хрупких фаз, включения водорода (водородная болезнь) и т. д.

         Причины образования

         Трещины различают по внешним и внутренним причинам их образования.

         Внешними  причинами образования трещин является сегрегация таких примесей, как сера, фосфор или кислород и окислы, то есть элементов, которые не вводятся специально в металл сварного шва, а попадают в него как сопутствующие элементы или в результате неоптимальных металлургических реакций. Они могут также попадать в металл сварного шва из переплавленного основного металла.

         Внутренние  причины возникают в результате реакций элементов, специально вводимых в металл сварного шва. Имеется в виду сегрегация ниобия, хрома, молибдена, бора и т. д. Так же причинами образования горячих трещин являются напряжения как внутренние, так и внешние.

         Виды  трещин

         Выделяют  два вида горячих трещин:

         кристаллизационные

         полигонизационные (подсолидусные)

         Кристаллизационные трещины образуются при температурах, превышающих температуру солидуса.

         Полигонизационные трещины образуются после завершения первичной кристаллизации вследствие возникновения в структуре вторичных полигонизационных границ. Дефекты типа горячих трещин обнаруживаются как в металле шва, так и в металле околошовного участка ЗТВ, вблизи линии сплавления. 

         Холодные  трещины — локальное межкристаллическое разрушение металла сварных соединений, возникающие под действием собственных сварочных напряжений. Формальными признаками холодных трещин, отличающими их от горячих, являются факт обнаружения трещин при визуальном наблюдении, как правило, после полного охлаждения сварного соединения и блестящий излом без следов высокотемпературного окисления.

         Основными параметрами оценки склонности сталей к образованию холодных трещин являются эквивалент углерода (Сэкв) и параметр трещинообразования Pсм

         Для определения значения эквивалента  углерода в мировой практике используется несколько различных параметрических уравнений, наиболее полное из них 

         С экв=C + Mn / 6 + Cr / 5 + Mo / 4 + V / 14 + Ni / 15 + Cu / 15 + Nb / 4 + Ti / 4 + P / 2 + 5 * B

         при Сэкв>0.45 — cталь трудно свариваемая

         при Сэкв<0.25 — сталь не склонна к  образованию холодных трещин 

         Однако  для современных феррито-бейнитных  и бейнитных сталей образования  холодных трещин не происходит при  значениях С экв>0.45 

         Параметр  Рсм определеяется по параметрическому уравнению Ито-Бессио 

         Pсм= C + Si / 30 + Mn / 20 + Cr / 20 + Cu / 20 + Ni / 60 + Mo / 15 + V / 15 + 5 * B 

         Классификация сварки металлов

         ГОСТ 19521-74[2] устанавливает классификацию  сварки металлов по основным физическим, техническим и технологическим  признакам. 

         Физические  признаки, в зависимости от формы  энергии, используемой для образования сварного соединения, подразделяются на три класса:

         Термический класс: виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии.

         Термомеханический класс: виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления.

         Механический  класс: виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления. 

         К техническим признакам относятся: способ защиты металла в зоне сварки, непрерывность сварки, степень механизации  сварки. 

         Термический класс 

         Электрическая дуговая сварка

         Описание  процесса

         К электроду и свариваемому изделию  для образования и поддержания  электрической дуги от сварочного трансформатора подводится электроэнергия. Под действием  теплоты электрической дуги кромки свариваемых деталей и электродный металл расплавляются, образуя сварочную ванну, которая некоторое время находится в расплавленном состоянии. В сварочной ванне металл электрода смешивается с расплавленным металлом изделия (основным металлом), а расплавленный шлак всплывает на поверхность, образуя защитную плёнку. При затвердевании металла образуется сварное соединение. Энергия, необходимая для образования и поддержания электрической дуги, получается от специальных источников питания постоянного или переменного тока. 

         В процессе электросварки могут быть использованы плавящиеся и неплавящиеся электроды. В первом случае формирование сварного шва происходит при расплавлении самого электрода, во втором случае — при расплавлении присадочной проволоки (прутков и т. п.), которую вводят непосредственно в сварочную ванну. 

         Для защиты от окисления металла сварного шва применяются защитные газы (аргон, гелий, углекислый газ и их смеси), подающиеся из сварочной головки  в процессе электросварки. 

         Различают электросварку переменным током и электросварку постоянным током. При сварке постоянным током шов получается с меньшим количеством брызг металла, поскольку нет перехода через нуль и смены полярности тока. 

         В аппаратах для электросварки  постоянным током применяются выпрямители.

         Классификация

         Классификация дуговой сварки производится в зависимости от степени механизации процесса, рода тока и полярности, типа сварочной дуги, свойств сварочного электрода, вида защиты зоны сварки от атмосферного воздуха и др. 

         По  степени механизации  различают:

         -ручную дуговую сварку

         -полуавтоматическую дуговую сварку

         -автоматическую дуговую сварку 

         Отнесение процессов к тому или иному  способу зависит от того, как выполняются  зажигание и поддержание определённой длины дуги, манипуляция электродом для придания шву нужной формы, перемещение электрода по линии наложения шва и прекращения процесса сварки. 

         При ручной дуговой сварке указанные  операции, необходимые для образования  шва, выполняются человеком вручную  без применения механизмов. 

         При полуавтоматической дуговой сварке (MIG/MAG) плавящимся электродом механизируются операции по подаче электродной проволоки в сварочную зону, а остальные операции процесса сварки осуществляются вручную. 

         При автоматической дуговой сварке под  флюсом механизируются операции по возбуждению  дуги, поддержанию определённой длины дуги, перемещению дуги по линии наложения шва. Автоматическая сварка плавящимся электродом ведётся сварочной проволокой диаметром 1-6 мм; при этом режим сварки (ток, напряжение, скорость перемещения дуги и др.) более стабилен, что обеспечивает однородность качества шва по его длине, в то же время требуется большая точность в подготовке и сборке деталей под сварку. 

         По  роду тока различают:

         -электрическая дуга, питаемая постоянным током прямой полярности (минус на электроде)

         -электрическая дуга, питаемая постоянным током обратной (плюс на электроде) полярности

         -электрическая дуга, питаемая переменным током 

         По  типу дуги различают

         -дугу прямого действия (зависимую дугу)

         -Дугу косвенного действия (независимую дугу) 

         В первом случае дуга горит между электродом и основным металлом, который также является частью сварочной цепи, и для сварки используется теплота, выделяемая в столбе дуги и на электродах; во втором — дуга горит между двумя электродами. 

         По  свойствам сварочного электрода различают

         -способы сварки плавящимся электродом

         -способы сварки неплавящимся электродом (угольным, графитовым и вольфрамовым) 

         Сварка  плавящимся электродом является самым  распространённым способом сварки; при  этом дуга горит между основным металлом и металлическим стержнем, подаваемым в зону сварки по мере плавления. Этот вид сварки можно производить одним или несколькими электродами. Если два электрода подсоединены к одному полюсу источника питания дуги, то такой метод называют двухэлектродной сваркой, а если больше — многоэлектродной сваркой пучком электродов. Если каждый из электродов получает независимое питание — сварку называют двухдуговой (многодуговой) сваркой. При дуговой сварке плавлением КПД дуги достигает 0,7-0,9. 

         По  условиям наблюдения за процессом горения дуги различают:

         -открытую

         -закрытую

         -полуоткрытую дугу 

         При открытой дуге визуальное наблюдение за процессом горения дуги производится через специальные защитные стёкла — светофильтры. Открытая дуга применяется  при многих способах сварки: при  ручной сварке металлическим и угольным электродом и сварке в защитных газах. Закрытая дуга располагается полностью в расплавленном флюсе — шлаке, основном металле и под гранулированным флюсом, и она невидима. Полуоткрытая дуга характерна тем, что одна её часть находится в основном металле и расплавленном флюсе, а другая над ним. Наблюдение за процессом производится через светофильтры. Используется при автоматической сварке алюминия по флюсу. 

         По  роду защиты зоны сварки от окружающего воздуха  различают: