Сварка как технологический процесс

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ведение

Сварка - технологический процесс получения неразъемных соединений материалов посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или пластическом деформировании, или совместным действием того и другого. Сваркой соединяют однородные и разнородные металлы и их сплавы, металлы с некоторыми неметаллическими материалами (керамикой, графитом, стеклом и др.) , а также пластмассы.

Сварка - экономически выгодный, высокопроизводительный и в значительной степени механизированный технологический процесс, широко применяемый практически во всех отраслях машиностроения.

Физическая сущность процесса сварки заключается в образовании прочных связей между атомами и молекулами на соединяемых поверхностях заготовок. Для образования соединений необходимо выполнение следующих условий: освобождение свариваемых поверхностей от загрязнений, оксидов и адсорбированных на них инородных атомов; энергетическая активация поверхностных атомов, облегчающая их взаимодействие друг с другом; сближение свариваемых поверхностей на расcтояния, сопоставимые с межатомным расстоянием в свариваемых заготовках.

В зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного соединения, все виды сварки разделяют на три класса: термический, термомеханический и механический.

К термическому классу относятся виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии (дуговая, плазменная, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерная, газовая и др.).

К термомеханическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления (контактная, диффузионная и др.).

К механическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления (ультразвуковая, взрывом, трением, холодная и др.)

Свариваемость - свойство металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.
Дуга - мощный стабильный разряд электричества в ионизированной атмосфере газов и паров металла. Ионизация дугового промежутка происходит во время зажигания дуги и непрерывно поддерживается в процессе ее горения. Процесс зажигания дуги в большинстве случаев включает в себя три этапа: короткое замыкание электрода на заготовку, отвод электрода на расстояние 3-6 мм и возникновение устойчивого дугового разряда. Короткое замыкание выполняется для разогрева торца электрода и заготовки в зоне контакта с электродом. После отвода электрода с его разогретого торца (катода) под действием электрического поля начинается термоэлектронная эмиссия электронов. Столкновение быстродвижущихся по направлению к аноду электронов с молекулами газов и паров металла приводит к их ионизации. По мере разогрева столбца дуги и повышение кинетической энергии атомов и молекул происходит дополнительная ионизация за счет их соударения. Отдельные атомы также ионизируются в результате поглощения энергии, выделяемой при соударении других частиц. В результате дуговой промежуток становится электропроводным и через него начинается разряд электричества. Процесс зажигания дуги заканчивается возникновением устойчивого дугового разряда. Источником теплоты при дуговой сварке служит электрическая дуга, которая горит между электродом и заготовкой. В зависимости от материала и числом электродов, а также способа включения электродов и заготовки в цепь электрического тока различают следующие способы дуговой сварки: а) Сварка неплавящимся (графитным или вольфрамовым) электродом, дугой прямого действия, при которой соединение выполняется путем расплавления только основного металла, либо с применением присадочного металла.

1. Описание конструкции изделия

Портативный газосварочный аппарат (рисунок 1) предназначен для газовой сварки, пайки, резки металлов толщиной до 10 мм в полевых условиях и в помещениях. Аппарат укомплектован сверхлегкими баллонами для кислорода и ацетилена.

Рисунок 1- Газосварочный аппарат

В состав аппарата входят: тележка для транспортировки баллонов, баллон кислородный, баллон ацетиленовый, рукав кислородный, два хомута, редуктор кислородный, редуктор ацетиленовый, горелка сварочная, ящик инструментальный, предохранительные устройства. Основной задачей в изготовлении портативного газосварочного аппарата является изготовление кислородного и ацетиленового баллонов.

1.1 Характеристика основного металла

Материал изделия сталь 03Х11Н10М2Т. Она относится к классу мартенситно-стареющих сталей. Этот класс отличается особый механизм упрочнения, основанный на выделениях иитерметаллидов типа Ni (Ti, AI),Ni3Ti, Ni3Mo при нагреве 400-550°C твердых растворов железа с никелем и добавками различных элементов замещения. При этом обеспечивается ?в = 1500?2000 МПа, а для ряда композиций до 2800 МПа. Максимальное упрочнение при старении достигается в без углеродистых сплавах, как необходимом условии предотвращение связывания легирующих элементов в карбиды. Поэтому образующийся при закалке таких сталей мартенсит сравнительно мягок (?в = 700?1100 МПа) и пластичен. Мартенситно-стареющие стали -- это без углеродистые комплексно легированные сплавы на железной основе, у которых определенное сочетание легирующих элементов обеспечивает формирование в процессе соответствующей термической обработки, пластичной матричной фазы - мартенсита замещения армированной дисперсными высокопрочными, равномерно распределенными частицами интерметаллидных фаз.

Таблица 1- Химический состав 03Х11Н10М2Т

Таблица 2- Механические свойства

1.2 Особенности свариваемости основного металла

Свариваемость сталей--это собирательное понятие. Обобщенно под свариваемостью понимают возможность получения на данной стали сварного соединения с высокими свойствами, не уступающими свойствам основного свариваемого металла и высокого качества --отсутствия различного рода сварочных дефектов (пор, трещин, шлаков и др.). Чем лучше свариваемость стали, тем шире технологический диапазон разных видов сварки этой стали и тем проще сам процесс. Плохо свариваемая с таль то же может быть сварена, однако для этого должны быть приняты специальные технологические меры для избежания сварочных дефектов и получения хороших свойств сварного соединения

Влияние марганца на свариваемость связано с содержанием углерода в стали -- чем выше содержание углерода в стали, тем отрицательнее влияние марганца на свариваемость. При содержании в сталях 0,1% С хорошей можно признать свариваемость сталей, содержащих до 2,5% Мn. При более высоком содержании углерода (0,25%) хорошую свариваемость сохраняют стали при меньшем содержании марганца (1,7--1,8%)

Влияние хрома на свариваемость также связано с содержанием в стали углерода. В стали с 0,1--0,12% С содержание до 3% Cr сохраняет хорошую свариваемость стали. При содержании 5% Сr сталь сваривается удовлетворительно. При повышении содержания углерода (до 0,25%) со держание хрома до 2% сохраняет у стали достаточно хорошую свариваемость. При большем содержании и хрома свариваемость стали значительно ухудшается, никель при содержании до 1 % встали, со держащей до 0,2% С, существенно свариваемость не ухудшает. При повышении содержания никеля свариваемость ухудшается, но до 1,5% Ni остается удовлетворительной. При более высоком содержании никеля либо должно быть снижено содержание углерода в стали либо приняты специальные технологические меры для обеспечения надлежащего качества сварных соединений

Высоколегированные стали марки 03Х11Н10М2Т и сплавы составляют значительную группу конструкционных материалов. К числу основных трудностей, которые возникают при сварке указанного материала, относится обеспечение стойкости металла шва и около шовной зоны против образования трещин, коррозионной стойкости сварных соединений, получение и сохранение в процессе эксплуатации требуемых свойств сварного соединения, получение плотных швов. При сварке высоколегированных сталей могут возникать горячие и холодные трещины в шве и около шовной зоне.

1.3 Способ сварки изделия

Аргон практически не вступает в химические взаимодействия с расплавленным металлом и другими газами в зоне горения дуги. Будучи на 38% тяжелее воздуха, аргон вытесняет его из зоны сварки и надежно изолирует сварочную ванну от контакта с атмосферой.

При аргонодуговой сварке возможен крупнокапельный или струйный перенос электродного металла. При крупнокапельном переносе процесс сварки неустойчивый, с большим разбрызгиванием. Его технологические характеристики хуже, чем при полуавтоматической сварке в углекислом газе, так как вследствие меньшего давления в дуге капли вырастают до больших размеров. Диапазон токов для крупнокапельного переноса достаточно велик, например для проволоки диаметром d = 1,6 мм Iсв = 120-240А. При силе тока Iсв больше 260А происходит резкий переход к струйному переносу, стабильность процесса сварки улучшается, разбрызгивание уменьшается. Однако такие токи не всегда соответствуют технологическим требованиям. Поэтому более рационально для обеспечения стабильности процесса использовать импульсные источники питания дуги, которые обеспечивают переход к струйному переносу на токах около Iсв ? 100А.

кромка шов аргонодуговой деформация

Рисунок 2- Аргонодуговая сварка неплавящимся электродом

Аргонная сварка может быть ручной, когда горелка и присадочный пруток находятся в руках сварщика, и автоматической, когда горелка и присадочная проволока перемещаются без непосредственного участия сварщика.

При этом способе сварки зажигание дуги, в отличие от сварки плавящимся электродом, не может быть выполнено путем касания электродом изделия по двум причинам. Во-первых, аргон обладает достаточно высоким потенциалом ионизации, поэтому ионизировать дуговой промежуток за счет искры между изделием и электродом достаточно сложно (при аргонной сварке плавящимся электродом после того, как проволока коснется изделия, в зоне дуги появляются пары железа, которые имеют потенциал ионизации в 2,5 раза ниже, чем аргона, что позволяет зажечь дугу). Во-вторых, касание изделия вольфрамовым электродом приводит к его загрязнению и интенсивному оплавлению. Поэтому при аргонной сварке неплавящимся электродом для зажигания дуги параллельно источнику питания подключается устройство, которое называется «осциллятор».

Осциллятор для зажигания дуги подает на электрод высокочастотные высоковольтные импульсы, которые ионизируют дуговой промежуток и обеспечивают зажигание дуги после включения сварочного тока. Если аргонная сварка производится на переменном токе, осциллятор после зажигания дуги переходит в режим стабилизатора и подает импульсы на дугу в момент смены полярности, чтобы предотвратить деионизацию дугового промежутка и обеспечить устойчивое горение дуги.

При сварке на постоянном токе на аноде и катоде выделяется неодинаковое количество тепла. При токах до 300А 70% тепла выделяется на аноде и 30% на катоде, поэтому практически всегда используется прямая полярность, чтобы максимально проплавлять изделие и минимально разогревать электрод. Все стали, титан и другие материалы, за исключением алюминия, свариваются на прямой полярности. Алюминий обычно сваривается на переменном токе для улучшения разрушения оксидной пленки.

Для улучшения борьбы с пористостью к аргону иногда добавляют кислород в количестве 3-5%. При этом защита металла становится более активной. Чистый аргон не защищает металл от загрязнений, влаги и других включений, попавших в зону сварки из свариваемых кромок или присадочного металла. Кислород же, вступая в химические реакции с вредными примесями, обеспечивает их выгорание или превращение в соединения, всплывающие на поверхность сварочной ванны. Это предотвращает пористость.

Область применения и преимущества аргонодуговой сварки

Основная область применения аргонодуговой сварки неплавящимся электродом - соединения из легированных сталей и цветных металлов. При малых толщинах аргонная сварка может выполняться без присадки. Способ сварки обеспечивает хорошее качество и формирование сварных швов, позволяет точно поддерживать глубину проплавления металла, что очень важно при сварке тонкого металла при одностороннем доступе к поверхности изделия. Он получил широкое распространение при сварке неповоротных стыков труб, для чего разработаны различные конструкции сварочных автоматов. В этом виде сварку иногда называют орбитальной. Сварка неплавящимся электродом - один из основных способов соединения титановых и алюминиевых сплавов.

Аргоновая сварка плавящимся электродом используется при сварке нержавеющих сталей и алюминия. Однако объем ее применения относительно невелик.

Недостатки аргонодуговой сварки

Недостатками аргонодуговой сварки являются невысокая производительность при использовании ручного варианта. Применение же автоматической сварки не всегда возможно для коротких и разноориентированных швов.

Размещено на Allbest.ur