Введение

Сваркой называют технологический процесс получения механически неразъемных соединений, характеризующихся непрерывностью структур – непрерывной структурной связью.

Это технологический процесс, с помощью которого изготавливаются все основные конструкции гидротехнических сооружений, паровых и атомных электростанций, автодорожные, городские и железнодорожные мосты, вагоны, наводные и подводные корабли, строительные металлоконструкции, всевозможные подъемные краны и многие другие изделия. Если некоторое время тому назад конструкции изготавливались в основном из относительно просто сваривающихся материалов, то в настоящее время, наряду с традиционными, для сварных конструкций применяются материалы с весьма различными физическими характеристиками: коррозионно-стойкие и жаропрочные стали и сплавы, никелевые и медные сплавы с особыми свойствами, лёгкие сплавы на алюминиевой о магниевой основах, титановые сплавы, ниобий, тантал и другие металлы и сплавы.

Многообразие свариваемых конструкций и свойств материалов, используемых для изготовления, заставляют применять различные способы сварки, разнообразные сварочные источники теплоты. Для сварочного нагрева и формирования сварного соединения используются: энергия, преобразованная в тепловую посредством дугового разряда, электронного луча, квантовых генераторов; джоулево тепло, выделяемое протекающим током по твёрдому или жидкому проводнику; химическая энергия горения, механическая энергия, энергия ультразвука и других источников.

Все эти способы требуют разработки, производства и правильной эксплуатации разнообразного оборудования, в ряде случаев с применением аппаратуры, точно дозирующей энергию, со сложными схемами, иногда с использованием технической электроники и кибернетики. Разнообразие способов сварки, отраслей промышленности, в которых её используют, свариваемых материалов, видов конструкций и огромные объёмы применения позволяют охарактеризовать технологический процесс сварки, как один из важнейших в металлообработке.

1.Электродуговая сварка

1.1.Общие сведения

В 1802 г. русский физик В. В. Петров первым в мире открыл явление дугового разряда и возможность исполь­зовать его для расплавления металла. В 1882 г. русский инженер Н. Н. Бенардос изобрел способ дуговой сварки . с применени­ем угольного электрода (рис. 1). Один провод электросварочной цепи присоединяется к свариваемому металлу 5, другой — к держа­телю 4 с угольным неплавящимся электродом 3. Чтобы образовать сварной шов или наплавленный слой, в дугу 1 вводят присадочный металлический пруток 2. Для сварки угольным электродом требует­ся только постоянный ток и применение присадочного прутка. Это усложняет процесс, и особенно широкого распространения такой вид сварки не получил. Его применяют при сварке чугуна, цветных металлов, при наплавке твердыми сплавами и электродуговой резке.

В 1888 г. русский инженер Н. Г. Славянов изобрел дуговую сварку плавящимся металлическим электродом. Процесс значитель­но упростился, его начали применять более широко. Для получе­ния электросварочной дуги используют постоянный и переменный ток. Этим способом можно сваривать и наплавлять углеродистые и легированные стали всех марок толщиной от 1 м и выше, чугун и цветные металлы, а также наплавлять твердые сплавы. Горение любой сварочной дуги сопровождается выделением большого количества теплоты. Температура дуги на оси газового столба достигает 6000 .7500°С, на участках поверхности угольных электродов (пятнах электродов) — 3000 . 4000°С, стальных — 22ОО .25ОО°С. При сварке на постоянном токе угольными электродами температура дуги на аноде достигает 4000°С и на катоде 3200°С, при использовании стальных электро­дов — на аноде 2600°С, на катоде 2400°С. Поэтому при. сварке тон­кого или легкоплавкого металла, а также чувствительных к пере­греву высокоуглеродистых, нержавеющих и легированных сталей электрическую дугу питают током обратной полярности, то есть ми­нус источника тока подключают к изделию.

Температура дуги зависит от силы тока, приходящейся на едини­цу площади поперечного сечения электрода, — плотности тока. Чем она больше, тем выше температура дуги. При ручной дуговой сварке плавящимся электродом плотность тока от 10 до 20 А/мм2 и напряжение 18 .20 В.

В ремонтной практике для сварочных работ используют пере­менный к постоянный ток. Сварочная дуга на переменном токе малой плотности горит неустойчиво. Чтобы повысить стабильность дуги, увеличивают плотность тока. По этой причине при сварке мелких деталей возрастает опасность их прожигания, однако из-за простоты источников питания сварку на переменном токе приме­няют достаточно широко. При сварке на постоянном токе дуга го­рит стабильно. Это позволяет использовать малые токи и сваривать тонкие детали, а кроме того, можно изменять полярность тока. Поэтому, несмотря на более сложное и дорогое оборудование ис­точников питания, постоянный ток применяют в практике все шире.

Производительность сварки характеризуют количеством рас­плавленного электродного металла в единицу времени, которое определяют по формуле

,

где — количество расплавленного металла электрода, г; Кн — коэффициент наплавки, г/(А- ч); I — сварочный ток, А.

Коэффициент наплавки зависит от присадочного материала, материала электродов и состава их покрытия, рода и полярности тока, а также от потерь при сварке. Для различных условий коэф­фициент наплавки находят опытным путем. При ручной сварке он колеблется в пределах от 6 до 18 г/ (А • ч) или составляет в сред­нем 8 .12 г/(А • ч).

Под действием высокой температуры в зоне сварки молекулы кислорода и азота, попадающие из воздуха, частично распадаются на атомы. Кислород образует оксиды железа и способствует вы­горанию ценных легирующих элементов (марганца, кремния и др.), тем самым резко ухудшая свойства наплавленного слоя. Азот об­разует нитриды, которые увеличивают твердость, снижают пластич­ность и способствуют образованию коробления и трещин. Водород, попадающий в зону сварки из влаги и ржавчины, способствует об­разованию пор и трещин. Чтобы уменьшить вредное воздействие этих элементов, место сварки зачищают, а зону сварки защищают нейтральными газами и шлаками.