Термические виды сварки: электрошлаковая, газовая и дуговая сварка под флюсом

Московский Государственный Вечерний Металлургический Институт Реферат по курсу Технология материалов и покрытий Тема Термические виды сварки электрошлаковая, газовая и дуговая сварка под флюсом Группа МВ-01 Студент Русенцов И. Г. Преподаватель Гузенкова А. С. Москва 2004 Аннотация. В данной работе описаны три вида термической сварки электрошлаковая, газовая

и автоматическая дуговая сварка под флюсом. В начале работы глава Введение рассказывается о том, что такое сварка как таковая, какие существуют на данный момент е разновидности, также рассказаны некоторые особенности процесса сварки. Далее по тексту более подробно, в соответствующих главах, описываются процессы электрошлаковой, газовой и автоматической дуговой сварки под флюсом. Содержание 1.

Введение 2. Электрошлаковая сварка 3. Газовая сварка 4. Техника газовой сварки 5. Автоматическая дуговая сварка под флюсом 6. Список использованной литературы 14 Введение. Сваркой называется технологический процесс получения неразъмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместным действием того и другого.

Сварное соединение металлов характеризует непрерывность структур. Для получения сварного соединения нужно осуществить межмолекулярное сцепление между свариваемыми деталями, которое приводит к установлению атомарной связи в пограничном слое. Если зачищенные поверхности двух соединяемых металлических деталей при сжатии под большим давлением сблизить так, чтобы могло возникнуть общее, электронное облако, взаимодействующее с ионизированными

атомами обоих металлических поверхностей, то получаем прочное сварное соединение. На этом принципе основана холодная сварка пластичных металлов. При повышении температуры в месте соединения деталей, амплитуды колебания атомов относительно постоянных точек их равновесного состояния увеличиваются, и тем самым создаются условия более легкого получения связи между соединяемыми деталями. Чем выше температура нагрева, тем меньшее давление требуется для

осуществления сварки, а при нагреве до температур плавления необходимое давление становится равным нулю. Кусок тврдого металла можно рассматривать как гигантскую молекулу, состоящую из атомов, размещнных в строго определнном, зачастую очень сложном порядке и прочно связанных в одно целое силами межатомного взаимодействия. Принципиальная сущность процесса сварки очень проста. Поверхностные атомы куска металла имеют свободные, ненасыщенные связи, которые захватывают всякий атом

или молекулу, приблизившуюся на расстояние действия межатомных сил. Сблизив поверхности двух кусков металла на расстояние действия межатомных сил или, говоря проще, до соприкосновения поверхностных атомов, получим по поверхности соприкосновения сращивание обоих кусков в одно монолитное целое с прочностью соединения цельного металла, поскольку внутри металла и по поверхности соединения действуют те же межатомные силы. Процесс соединения после соприкосновения протекает самопроизвольно

спонтанно, без затрат энергии и весьма быстро, практически мгновенно. Объединение отдельных объмов конденсированной тврдой или жидкой фазы в один общий объм сопровождается уменьшением свободной поверхности и запаса энергии в системе, а потому термодинамический процесс объединения должен идти самопроизвольно, без подведения энергии извне. Свободный атом имеет избыток энергии по сравнению с атомом конденсированной системы, и присоединение

свободного атома сопровождается освобождением энергии. Такое самопроизвольное объединение наблюдается на объмах однородной жидкости. Гораздо труднее происходит объединение объмов тврдого вещества. Приходится затрачивать значительные количества энергии и применять сложные технические примы для сближения соединяемых атомов. При комнатной температуре обычные металлы не соединяются не только при простом соприкосновении,

но и при сжатии значительными усилиями. Две стальные пластинки, тщательно отшлифованные и пригнанные, подвергнутые длительному сдавливанию усилием в несколько тысяч килограммов, при снятии давления легко разъединяются, не обнаруживая никаких признаков соединения. Если соединения возникают в отдельных точках, они разрушаются действием упругих сил при снятии давления. Соединению тврдых металлов мешает, прежде всего, их тврдость, при их сближении действительное соприкосновение

происходит лишь в немногих физических точках, и расширение площади действительного соприкосновения достаточно затруднительно. Металлы с малой тврдостью, например, свинец, достаточно прочно соединяются уже при незначительном сдавливании. У более важных для техники металлов тврдость настолько велика, что поверхность действительного соприкосновения очень мала по сравнению с общей кажущейся поверхностью соприкосновения, даже на тщательно обработанных и пригнанных поверхностях. На процесс соединения сильно влияют загрязнения поверхности

металла - окислы, жировые плнки и пр а также слои адсорбированных молекул газов, образующиеся на свежезачищенной поверхности металла под действием атмосферы почти мгновенно. Поэтому чистую поверхность металла, лишенную слоя адсорбированных газов, можно сколько-нибудь длительно сохранить лишь в высоком вакууме. Такие естественные условия имеются в космическом пространстве, где металлы получают способность довольно прочно свариваться или схватываться при случайных соприкосновениях.

В обычных же, земных условиях приходится сталкиваться с отрицательным действием, как тврдости металлов, так и слоя адсорбированных газов на поверхности. Для борьбы с этими затруднениями техника использует два основных средства нагрев и давление. Все существующие способы сварки, как уже упоминалось выше, можно разделить на две основные группы 1. Сварку давлением контактная, газопрессовая трением, холодная ультразвуком, 2. Сварку плавлением газовая, термитная, электродуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая,

лазерная. Самое широкое распространение получили различные способы электрической сварки плавлением, а ведущее место занимает дуговая сварка, при которой источником теплоты служит электрическая дуга. Электрическую сварку плавлением в зависимости от характера источников нагрева и расплавления свариваемых кромок можно разделить на следующие основные виды сварки 1. электрическая дуговая, где источником тепла является электрическая дуга 2. электрошлаковая, где основным источником теплоты является расплавленный

шлак, через который протекает электрический ток 3. электронно-лучевая, при которой нагрев и расплавление кромок соединяемых деталей производят направленным потоком электронов, излучаемых раскалнным катодом лазерная, при которой нагрев и расплавление кромок соединяемых деталей производят направленным сфокусированным мощным световым лучом микрочастиц-фотонов. Электрошлаковая сварка. При электрошлаковой сварке основной и электродный металл расплавляется теплотой, выделяющейся при прохождении

электрического тока через шлаковую ванну. Перед сваркой между соединяемыми деталями насыпается флюс. Применяемый в этом процессе флюс способен проводить ток. Для начала сварки между одним или более электродами и основным металлом под слоем флюса возбуждается дуга. В зону сварки электрод постоянно подается специальным механизмом, который также обеспечивает колебания электрода вперед назад при сварке изделий большой толщины.

Кроме того, механизм поднимается вверх по мере выполнения соединения. При горении дуги флюс плавится и горение дуги прекращается, но электрический ток продолжает проходить от электрода к основному металлу. Расплавленный флюс плавит основной металл и постоянно подающийся электрод, являющийся присадочным материалом. Кроме того, флюс защищает металл от воздействия воздуха. Для того, чтобы жидкий металл и флюс не вытекали за пределы требуемой зоны сварки, используются специальные

накладки с каждой стороны соединения. Накладки выполнены из меди с водяным охлаждением, которое не дает им расплавиться. Обычно накладки подвижны и поднимаются вслед за электродом. При прохождении тока через расплавленный шлак, являющийся электропроводящим электролитом, в нем выделяется теплота, достаточная для поддержания высокой температуры шлака до 2000С и расплавления кромок основного металла и электродной проволоки. Проволока вводится в зазор и подается в шлаковую ванну с помощью мундштука.

Проволока служит для подвода тока и пополнения сварочной ванны расплавленным металлом. Как правило, электрошлаковую сварку выполняют при вертикальном положении свариваемых заготовок. По мере заполнения зазора между ними мундштук для подачи проволоки и формирующие ползуны передвигаются в вертикальном направлении, оставляя после себя затвердевший сварной шов. В начальном и конечном участках шва образуются дефекты.

В начале шва непровар кромок, в конце шва - усадочная раковина и неметаллические включения. Поэтому сварку начинают на вводной, а заканчивают на выходной планках, которые затем удаляют газовой резкой. Шлаковая ванна более распределенный источник теплоты, чем электрическая дуга. Основной металл расплавляется одновременно по всему периметру шлаковой ванны, что позволяет вести сварку металла большой толщины за один проход. Заготовки толщиной до 150 мм можно сваривать одним электродом,

совершающим поперечные колебания в зазоре для обеспечения равномерного разогрева шлаковой ванны по всей толщине. Металл толщиной более 150 мм сваривают тремя проволоками, а иногда и большим числом проволок, исходя из использования одного электрода на 45 60 мм толщины металла. Специальные автоматы обеспечивают подачу электродных проволок и их поперчной перемещение в зазоре. Электрошлаковая сварка имеет ряд преимуществ по сравнению с автоматической сваркой под флюсом повышенную

производительность, лучшую макроструктуру шва и меньшие затраты на выполнение 1 м сварного шва. К недостаткам электрошлаковой сварки следует отнести образование крупного зерна в шве и околошовной зоне вследствие замедленного нагрева и охлаждения. После сварки необходима термическая обработка отжиг или нормализация для измельчения зерна в металле сварного соединения. Электрошлаковую сварку широко применяют в тяжелом машиностроении для изготовления

ковано сварных и лито сварных конструкций, таких, как станины и детали мощных прессов и станков, коленчатые валы судовых дизелей, роторы и валы гидротурбин, котлы высокого давления и т. п. Толщина свариваемого металла составляет 50 2000 мм. Схема электрошлаковой сварки Газовая сварка. При газопламенной обработке металлов в качестве источника теплоты используется газовое пламя пламя горючего газа, сжигаемого для этой цели в специальных горелках.

В качестве горючих газов используют ацетилен, водород, природные газы, нефтяной газ, пары бензина, керосина и др. Наиболее высокую температуру по сравнению с пламенем других газов имеет ацетиленокислородное пламя, поэтому оно нашло наибольшее применение. Газовая сварка - это сварка плавлением, при которой метал в зоне соединения нагревается до расплавления газовым пламенем см. рис 8. При нагреве газовым пламенем 4 кромки свариваемых заготовок 1 расплавляются вместе с присадочным металлом 2,который

может дополнительно вводиться в пламя горелки 3. После затвердевания жидкого металла образуется сварной шов 5. К преимуществам газовой сварки относятся простота способа, несложность оборудования, отсутствие источника электрической энергии. К недостаткам газовой сварки относятся меньшая производительность, сложность механизации, большая зона нагрева и более низкие механические свойства сварных соединений, чем при дуговой сварке. Газовую сварку используют при изготовлении и ремонте изделий из тонколистовой

стали толщиной 1-3 мм, сварке чугуна, алюминия, меди, латуни, наплавке тврдых сплавов, исправлении дефектов литья и др. При сварке место соединения нагревают до расплавления высокотемпературным газовым пламенем. При нагреве газосварочным пламенем кромки свариваемых заготовок расплавляются, а зазор между ними заполняется присадочным металлом, который вводят в пламя горелки извне. Газовое пламя получают при сгорании горючего газа в атмосфере технически чистого кислорода.

Кислородный баллон представляет собой стальной цилиндр со сферическим днищем и горловиной для крепления запорного вентиля. На нижнюю часть баллона насаживается башмак, позволяющий ставить баллон вертикально. На горловине имеется кольцо с резьбой для навертывания защитного колпака. Средняя жидкостная вместимость баллона 40 дм3. При давлении 15 МПа он вмещает 6000дм3 кислорода. Конструкция ацетиленовых баллонов аналогична конструкции кислородных

баллонов. Давление ацетилена в баллоне 1,5 МПа. В баллоне находится пористая масса активизированный уголь и ацетон. Растворения ацетилена в ацетоне позволяет поместить в малом объеме большое количество ацетилена. Растворенный в ацетоне ацетилен пропитывает пористую массу и становится безопасным. При газовой сварке заготовки нагреваются более плавно, чем при дуговой это и определяет основные области ее применения для сварки металлов малой толщины 0,2 3 мм легкоплавких цветных металлов и сплавов, требующих

постепенного нагрева и охлаждения, например инструментальных сталей, чугуна, латуней для пайки а наплавочных работ для подварки дефектов в чугунных и бронзовых отливках. При увеличении толщины металла производительность газовой сварки резко снижается. При этом за счет медленного нагрева свариваемые изделия значительно деформируются. Это ограничивает применение газовой сварки. Техника газовой сварки.

В практике применяют два способа сварки - правый и левый см. рис.8 При правом способе сварку ведут слева на право, сварочное пламя направляют на сваренный участок шва, а присадочную проволоку перемещают вслед за горелкой. Так как при правом способе пламя направлено на сваренный шов, то обеспечивается лучшая защита сварочной ванны от кислорода и азота воздуха, большая глубина плавления, замедленное охлаждение металла шва в

процессе кристаллизации. Теплота пламени рассеивается меньше, чем при левом способе, поэтому угол разделки кромок делается не 90 , а 60-70, что уменьшает количество наплавленного металла и коробление. При правом способе производительность на 20-25 выше, а расход газов на 15-20 меньше, чем при левом. Правый способ целесообразно применять при сварке металла толщиной боле 5 мм и металлов с большой теплопроводностью. При левом способе сварку ведут справа налево, сварочное пламя направляют на ещ не сваренные кромки

металла, а присадочную проволоку перемещают впереди пламени. При левом способе сварщик хорошо видит свариваемый металл, поэтому внешний вид шва лучше, чем при правом способе предварительный подогрев кромок свариваемого металла обеспечивает хорошее перемешивание сварочной ванны. Благодаря этим свойствам левый способ наиболее распространн и применяется для сварки тонколистовых материалов и легкоплавких металлов. Мощность сварочной горелки при правом способе выбирают из расчта 120-150

дм3ч ацетилена, а при левом -100-130 дм3ч на 1 мм толщина свариваемого металла. Диаметр присадочной проволоки выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла и способа сварки. При правом способе сварки диаметр присадочной проволоки мм но не более 6 мм, при левом мм, где - толщина свариваемого металла, мм Скорость нагрева регулируют изменением угла наклона мундштука к поверхности свариваемого металла рис. 9, а. Чем толще металл и больше его теплопроводность, тем больше угол наклона

мундштука к поверхности свариваемого металла. В процессе сварки газосварщик концом мундштука горелки совершает одновременно два движения поперечное перпендикулярно оси шва и продольное вдоль оси шва рис. 9 Основным является продольное движение. Поперечное движение служит для равномерного прогрева кромок основного металла и получения шва необходимой ширины. Газовой сваркой можно выполнять нижние, горизонтальные на вертикальной плоскости, вертикальные и потолочные

швы. Горизонтальные и потолочные швы обычно выполняют правым способом сварки, вертикальные снизу вверх - левым способом. Автоматическая дуговая сварка под флюсом. Для автоматической дуговой сварки под флюсом используют непокрытую электродную проволоку и флюс для защиты дуги и сварочной ванны от воздуха. Подача и перемещение электродной проволоки, а также процессы зажигания дуги и заварки кратера в конце шва автоматизированы

В процессе автоматической сварки под флюсом дуга горит между проволокой и основным металлом. Столб дуги и металлическая ванна жидкого металла со всех сторон плотно закрыты слоем флюса толщиной 30 35 мм. Часть флюса расплавляется, в результате чего вокруг дуги образуется газовая полость, а на поверхности расплавленного металла ванна жидкого шлака. Для сварки под флюсом характерно глубокое проплавление основного металла. Действие мощной дуги и весьма быстрое движение электрода вдоль заготовки обусловливают оттеснение

расплавленного металла в сторону, противоположную направлению сварки. По мере поступательного движения электрода происходит затвердевание металлической и шлаковой ванн с образованием сварного шва, покрытого твердой шлаковой коркой. Проволоку подают в дугу и перемещают ее вдоль шва с помощью механизмов подачи и перемещения. Ток к электроду поступает через токопровод. Дуговую сварку под флюсом выполняют сварочными автоматами,

сварочными головками или самоходными тракторами, перемещающимися непосредственно по изделию. Назначение сварочных автоматов подача электродной проволоки в дугу и поддержание постоянного режима сварки в течение всего процесса. Автоматическую сварку под флюсом применяют в серийном и массовом производствах для выполнения длинных прямолинейных и кольцевых швов в нижнем положении на металле толщиной 2 100 мм. Под флюсом сваривают металлы различных классов. Автоматическую сварку широко применяют при изготовлении

котлов, резервуаров для хранения жидкостей и газов, корпусов судов, мостовых балок и других изделий. Она является одним из основных звеньев автоматической линий для изготовления сварных автомобильных колес и станов для производства сварных прямошовных и спиральных труб. На рисунке 93 представлена схема сварки под флюсом. Список использованной литературы 1. Сварка в машиностроении т.

1 , Ольшанский Н. А. 2. Теория сварочных процессов , Фролов В. В. 3. Технология металлов и конструкционные материалы, Сучков О. К Пятигорский М. Г Чернышев Н. А Мурашкин С. У Сорокина Л. И