Технології зварювання

Для отримання нероз`ємного з`єднання зварюються деталі необхідно зблизити на відстань (S ~ 4middot-10-10м), при якому між ними відбудеться подолання енергетичного бар`єру потенційної енергії системи атомів поверхневих шарів і утворюються загальні міжатомні, межіонние і металеві зв`язку. Зближенню деталей до потрібного відстані перешкоджають нерівності поверхні, а також знаходяться на ній забруднення і оксидні плівки. Для подолання їх впливу необхідно затратити енергію, яка при зварюванні передається зварюваних поверхонь двома фізичними процесами: нагріванням і тиском.

Малюнок. Співвідношення між температурою і тиском, при яких можливе утворення зварного з`єднання

На малюнку наведено графік, що характеризує співвідношення між температурою і тиском, при яких можливе утворення зварного з`єднання (конкретні чисельні значення залежать від характеристик зварюваного металу). Діапазон співвідношень досить великий. Метал можна із зовні взагалі не нагрівати, а створити в зоні зварювання високий тиск (точка A). При цьому активація поверхонь деталей, що зварюються і освіту зварного з`єднання відбуваються за рахунок значних пластичних деформацій. За цією схемою утворюються сполуки при холодної зварюванні, зварюванні вибухом. Якщо метал нагріти до певної температури, то для утворення зварного з`єднання можна використовувати менший тиск (точка B). Цій точці, наприклад, відповідає зварювання тертям, при якій тепло виділяється за рахунок тертя при обертанні однієї з деталей і одночасному їх стисненні. При подальшому збільшенні температури зусилля стиснення деталей, необхідне для зварювання, продовжує зменшуватися. Наприклад, при відносно невисоких тисках і температурі нагріву Tн = 0,7Tпл здійснюється дифузійна зварювання (крапка C).

При нагріванні металу до температури плавлення (точка D) Для отримання зварного з`єднання застосовувати тиск немає необхідності. Розплавлений рідкий метал розтікається по активованої нагріванням поверхні твердого металу, змочує її і наближається на відстань, достатню для встановлення загальних зв`язків. Після охолодження утворюється нероз`ємне з`єднання.

Таким чином, всі способи зварювання діляться на дві групи: зварювання тиском і зварювання плавленням. Для зварювання тиском (область I на малюнку) характерна наявність зусилля стиснення зварюваних деталей, яке забезпечує пластичне деформування металу в зоні зварювання. Зварювання плавленням (область II на малюнку) виробляється без тиску, а нагрів металу проводиться вище температури його плавлення.

Зварюванням тиском можуть з`єднуватися метали, пластмаси, скло, кераміка (наприклад, дифузійної зварюванням). Зварювання плавленням зазвичай використовується для з`єднання металів.

Технології зварювання плавленням

Способи зварювання плавленням зазвичай класифікуються за трьома ознаками: джерела нагріву металла- способу захисту розплавленого металу від навколишнього атмосфери- ступеня механізації процесу зварювання. Залежно від джерела нагрівання металу способи зварювання плавленням діляться на наступні:

• дугове зварювання (Джерело нагріву металу - вільно горить між електродом і виробом електрична дуга);
• плазмова зварювання (Джерело нагріву металу - стисла електрична дуга, через яку з надзвуковою швидкістю продувається газ, який отримує властивості плазми);
• електрошлакове зварювання (Джерело нагріву металу - розплавлений флюс (шлак), по якому протікає електричний струм);
• електронно-променеве зварювання (Джерело нагріву металу - кінетична енергія електронів, що рухаються у вакуумі під дією потужного електричного поля);
• лазерне зварювання (Джерело нагріву металу - промінь оптичного квантового генератора (лазера) в світловому або інфрачервоному діапазоні);
• газове зварювання (Джерело нагріву металу - високотемпературне полум`я, що утворюється при згоранні газу в суміші з киснем).

Перші п`ять способів іноді називають способами електричного зварювання плавленням. Останній відносять до газополум`яної обробки металів, оскільки електрична енергія для його здійснення не використовується. Найбільш поширеною серед способом зварювання плавленням є дугова зварка.

Для отримання якісного зварного з`єднання розплавлений метал в процесі зварювання необхідно захищати від навколишньої атмосфери. Залежно від застосовуваної захисту розрізняють наступні способи зварювання:

• покритими електродами (роль захисту виконує покриття електрода, що розкладається при нагріванні);
• під флюсом (захист здійснюється за допомогою спеціального порошку (флюсу), який подається в зону зварювання з бункера);
• в захисних газах (захист здійснюється за допомогою газу, який, як правило, подається через сопло зварювального пальника);
• порошковим дротом (функцію захисту виконує попередньо засипаний в трубчасту зварювальний дріт порошок, який при нагріванні розкладається з утворенням газу і шлаку);
• в вакуумі (розплавлений метал ізольований від навколишнього атмосфери вакуумом, який створюється в камері, де здійснюється зварювання).

Для кожного способу зварювання в класифікації по джерелу нагріву застосовується той чи інший спосіб захисту. Для дугового зварювання можуть застосовуватися всі п`ять способів захисту розплавленого металу від атмосфери. Електронно-променеве зварювання виконується тільки в вакуумі, електрошлакове - тільки під флюсом, плазмова - тільки в захисних газах.

Ще однією ознакою класифікації, який найчастіше використовується стосовно дугового зварювання, є ступінь механізації процесу. У процесі зварювання до основних операцій відносяться подача електрода або дроту в зону зварювання і переміщення дуги вздовж зварювальних кромок. Якщо обидві операції виконуються зварником вручну, зварювання називається ручний. Якщо механізована подача дроту, зварювання називають механізованої або напівавтоматичного. Якщо механізовані обидві операції - подача дроту і переміщення дуги, зварювання називають автоматичної.

Таким чином, повна назва відомого способу ручного зварювання буде наступним: ручна дугова зварка покритими електродами. У повна назва включені всі три ознаки класифікації: за ступенем механізації - ручная- за способом захисту - покритими електродамі- за джерелом нагрівання - дугова.