Физическая сущность и классификация способов сварки

1. Физическая сущность сварки. Сваркой металлов называется процесс получения неразъемных соединений металлических изде­лий, осуществляемый за счет использования межмолекулярных и межатомных сил сцепления. Для приведения этих сил в дейст­вие необходимо сблизить атомы соединяемых металлов на рас­стояния порядка 10^{-8 см, т. е. на такие, которые примерно равны параметрам кристаллических решеток этих металлов. Указанному процессу сближения атомов и молекул способствует нагрев сва­риваемых поверхностей до расплавленного или пластического состояния и приложение механического усилия сжатия.}

Сварку широко применяют для соединения однородных и раз­нородных металлов и их сплавов, металлов с некоторыми неме­таллическими материалами (керамикой, графитом, стеклом и пр.), а также при изготовлении изделий из пластмасс, некоторых горных пород, смол и пр. Однако наиболее важное значение имеет сварка металлов, которая, как и другие способы обработки металлов, ши­роко применяется в современном машиностроении и в строительстве.

2. Классификация способов сварки. Современные способы свар­ки классифицируют по двум основным признакам: по состоянию металла в процессе сварки и по виду энергии, используемой для нагрева свариваемых частей. По первому признаку различают сварку плавлением и сварку давлением.

При сварке плавлением кромки соединяемых деталей, или так называемый основной металл, и в большинстве случаев дополни­тельный, или так называемый присадочный, металл нагревают до расплавленного состояния, образуя общую сварочную ванну. После удаления источника нагрева металл ванны охлаждается и затвер­девает, образуя наплавленный металл или сварной шов, соединя­ющий свариваемые поверхности в одно целое.

При сварке давлением сварное соединение образуется нагревом свариваемых поверхностей до пластического состояния или до на­чала плавления и дополнительным приложением механических усилий сжатия. Такие весьма пластические металлы, как свинец, алюминий, медь, никель и др., можно сваривать и в холодном состоянии за счет только давления.

По виду энергии, используемой для нагрева металла, все спо­собы сварки можно разделить на основные группы: электрические, химические, механические и лучевые.

Наиболее важной является группа электрических способов, при которых для нагрева металла используется электрический ток. В зависимости от принципа превращения электрической энер­гии в тепловую, используемую в процессе сварки, различают сле­дующие основные виды электрической сварки: дуговую, контакт­ную, электрошлаковую, индукционную, плазменную.

К группе химических способов сварки принадлежат газовая и тер­митная. Нагрев металла при этих способах сварки осуществляется за счет тепла экзотермических реакций окисления различных ве­ществ, находящихся в газообразном или твердом состоянии.

К механическим способам сварки относятся: горновая или кузнечная, холодная давлением, трением, взрывом и ультразву­ком. При этих методах сварки для соединения металлов исполь­зуют соответствующие виды механической энергии. Группа луче­вых способов сварки объединяет: электронно-лучевую, лазерным лучом, гелиосварку (сварку солнечными лучами).

Из перечисленных способов сварки наиболее важное значение имеют электрическая дуговая, контактная и газовая.

3. Значение сварки металлов для машиностроения и перспекти­вы ее развития. В настоящее время сварка металлов, как и обра­ботка металлов давлением, резанием или литье, является основ­ным технологическим процессом изготовления различных метал­лических конструкций и изделий. Она находит широкое примене­ние при строительстве новых заводов и предприятий, в транспорт­ном машиностроении при изготовлении цельносварных железно­дорожных вагонов и цистерн, в судостроении, котлотурбостроении, при монтаже доменных и мартеновских печей, прокладке нефте- и газопроводов, в мостостроении, восстановлении изношенных и по­ломанных деталей механизмов и машин и т. п. Особенно большой экономический эффект дает применение сварки при изготовлении тяжелых сварно-литых и сварно-кованых конструкций, использо­вании износостойкой наплавки в производстве валков прокатных станов, упрочнении рабочих поверхностей землеройных и строи­тельно-дорожных машин, кузнечно-прессового и дробильно-раз­мольного оборудования, металлорежущего инструмента и пр.

Широкое внедрение в различные отрасли промышленности современных методов сварки и наплавки дает нашей стране ежегодно сотни миллионов рублей экономии.