Зварювання ультразвуком 1 страница

Для зварювання ультразвуком використовують ультразвукові механічні коливання і невеликі стискальні зусилля. Ці коливання створюють за до­помогою магнітострикційного ефекту, який полягає в здатності деяких металів і їхніх сплавів перетворювати електромагнітні коливання ультра­звукової частоти (15...100 кГц) у механічні коливання тієї самої частоти. Магнітострикційний ефект мають сплави нікелю з залізом (пермалой), кобальту із залізом (пермендюр) та ін. З них виготовляють магнітострик­ційні перетворювачі. Високочастотні механічні коливання і статичні зу­силля стискання спричинюють руйнування оксидних плівок у місці кон­такту двох виробів і великі пластичні деформації. В результаті між зва­рювальними поверхнями досягається міцне з'єднання. Процес супрово­джується підвищенням температури в місці з'єднання. Залежно від того, який метал зварюється і який використовується режим, температура на­грівання становить 200... 1200 °С.

На ультразвукових зварювальних установках виконують внапусток точкові і шовні з'єднання з різних однорідних і різнорідних металів та їхніх сплавів завтовшки 0,01... 1 мм. Добре зварюються цим методом мідь, алюміній і його сплави, а також титан, цирконій, тантал, нікель і багато інших високопластичних металів та їхніх сплавів; гірше - маловуглецеві, жароміцні та інструментальні сталі, а також магнієві сплави.

Ультразвуком успішно зварюють не тільки метали, а й різні неметалеві матеріали, наприклад хлорвініл, поліетилен, капрон, нейлон, органічне скло тощо.

Схему установки, що використовується для точкового зварювання ультразвуком, показано на рис. V.32. У момент підключення обмотки 2 до джерела струму високої частоти в магнітострикційному перетворюва­чі 1 утворюються пружні механічні коливання, які хвилеводом 3 пере­даються через нижній електрод 7 на зварювані вироби 6. Зусилля, яке стис-

кає деталі, передається на верхній електрод 5 механізмом стискання 4. Обмотка 2, що нагрівається струмами високої частоти, охолоджується проточною водою, яка подається в кожух перетворювача.

Під час точкового зварювання ультразвуком споживається приблизно в 10... 15 разів менше енергії порівняно з точковим контактним зварюванням.

Зварювання вибухом

Для зварювання вибухом (рис. V.33) лист 3, який треба приварити по всій площі до листа 4, встановлюють на відстані 2...З мм і під кутом α до нього. На поверхню листа 3 укладають вибухову речовину 2 (порох, гек­соген тощо), яка займається від запальни­ка 1. Під час спалахування вибухівки потуж­на вибухова хвиля поширюється по всій по­верхні листа 3 і створює на нього величез­ний тиск. При зіткненні зварювальних по­верхонь у поверхневих шарах виникають пластична деформація і розплавлення мі-кроділянок, внаслідок чого і відбувається зварювання. Зварювання вибухом дає мож­ливість з'єднати як однорідні (срібло, алю­міній, титан, мідь, сталь тощо), так і різнорідні (титан і сталь, титан і мідь, алюміній і титан та ін.) метали.

Запитання і завдання для самоконтролю

1. У чому суть холодного зварювання і яке його застосування?

2. Суть і призначення зварювання тертям. У чому його переваги перед інши­ми способами зварювання?

3. У чому суть зварювання ультразвуком і які галузі його застосування?

4. Суть і призначення зварювання вибухом.

Глава 6. ТЕХНОЛОГІЯ ЗВАРЮВАННЯ, ПАЯННЯ І

НАПЛАВЛЕННЯ МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ

29. Структура металу шва і зони термічного впливу

1. Структура металу шва.При зварюванні плавленням під впливом те­плоти дуги або газозварювального полум'я на зварюваному металі утво­рюється ванна рідкого металу - зварювальна ванна, що є сплавом основ­ного і присадного металів. У міру переміщення джерела теплоти, а також внаслідок відведення теплоти з ванни в масу зварюваного металу і тепло­обміну з навколишнім середовищем температура металу зварювальної ванни знижується, і в ній починається процес кристалізації. Центрами

кристалізації є нерозплавлені кристали основного металу на межі зварювальної ванни. Крис­тали ростуть у напрямі, зворот­ному відведенню теплоти, тоб­то від стінок основного мета­лу до центра шва.

При зварюванні сталі пер­винна структура зварного шва крупнокристалічна, дендритна, здебільшого має форму стовп­частих кристалів (рис. V.34). При повторному нагріванні металу шва до температури приблизно 900...950 °С і швидкому охолодженні стовпчаста структура перетворю­ється на дрібнозернисту рівноважну. Тому при багатошаровому електро­дуговому зварюванні структура перших і наступних шарів дрібнозернис­та і рівновісна, а останнього, тобто верхнього, шару - стовпчаста зі зни­женими механічними властивостями.

2. Структура зони термічного впливу.Частина основного металу, яка близько прилягає до металу зварного шва, називається зоною термічного впливу. В процесі зварювання вона піддається нагріванню до високих тем­ператур і наступному охолодженню. Окремі ділянки її нагріваються до різ­них температур і тому мають різну структуру. При зварюванні маловугле-цевої сталі в зоні термічного впливу розрізняють такі ділянки (рис. V.34):

1- вузька смужка зони сплавлення основного металу, нагрітого до тем­ператури плавлення з розплавленим присадним металом. Ця ділянка має крупнокристалічну будову і незначні лінійні розміри;

2 - зона перегріву. Температура нагрівання металу в ній становить 1100...1500 °С. Вона характеризується крупнозернистою і навіть відман-штеттовою, або зернисто-голчастою, структурою, яка має знижені ме­ханічні властивості;

3 - зона нормалізації. Метал у ній нагрівається приблизно до 900... 1100 °С і має дрібнокристалічну будову та підвищені механічні властивості;

4 - зона неповної перекристалізації. Для маловуглецевої сталі це відпові­дає нагріванню до температури між точками А_с1 і А_с3. В інтервалі цих тем­ператур відбувається лише часткова перекристалізація основного металу, яка характеризується тим, що поряд з великими зернами, які ще не перекри-сталізувалися, утворюються нові, дрібніші зерна, які зазнали перекристалі­зації. Механічні властивості металу, що має таку структуру, дещо знижені;

5 - зона рекристалізації (450...727 °С). В цьому інтервалі температур укрупнюються роздріблені зерна, що утворилися під дією попередньої пластичної деформації;

6 - зона синьоламкості. Тут метал нагрівається до температури 200...450 °С і за своєю структурою не відрізняється від структури основного металу, але порівняно з ним він менш пластичний.

Зона термічного впливу, як і структурні зміни на окремих ділянках, залежить від способів та режимів зварювання і типу зварюваного матеріа­лу. В процесі дугового зварювання маловуглецевих сталей зона терміч­ного впливу не перевищує 6...10 мм, у газовому зварюванні її лінійні роз­міри збільшуються до 25...28 мм. Якщо зварюють маловуглецеві сталі, то структурні зміни в зоні термічного впливу майже не знижують механіч­них властивостей зварних з'єднань. Під час зварювання сталей з підви­щеним вмістом вуглецю або легуючих домішок у зоні впливу утворюються гартівні структури, а іноді і гартівні тріщини. Тому, щоб мати оптималь­ні властивості зони термічного впливу цих сталей, суворо дотримуються заданого режиму зварювання, а іноді застосовують попереднє підігріван­ня або наступну термічну обробку. Термічна обробка сприяє також пере­творенню дендритної структури в металі шва і відманштеттової у зоні термічного впливу на зернисту структуру, завдяки чому пластичні влас­тивості зварних з'єднань значно підвищуються.

Зварювання сталей

1. Зварювання вуглецевих сталей.Маловуглецеві сталі (до 0,25 % С) добре зварюються різними способами. Середньовуглецеві сталі (0,26... 0,45 % С) здебільшого зварюються з попереднім підігріванням, а іноді й з наступною термообробкою - нормалізацією або відпусканням чи відпа­люванням. Високовуглецеві сталі (0,46...0,75 % С) погано зварюються, тому їх не рекомендують для виготовлення зварних конструкцій.

2. Зварювання низьколегованих сталей.Низьколеговані сталі з вміс­том до 5 % легуючих елементів зварюються різними способами. Однак на відміну від звичайних маловуглецевих сталей вони, подібно до сталей з підвищеним вмістом вуглецю, мають підвищену схильність до загарту­вання і утворення загартувальних тріщин у зоні термічного впливу. Тому більшість низьколегованих сталей при товщині понад 10 мм зварюють з попереднім підігріванням до температури 150...350 °С, а після зварюван­ня піддають термічній обробці - нормалізації і високотемпературному від­пусканню.

Для виготовлення електродів, що застосовуються для зварювання цих сталей, використовують низьколегований зварювальний дріт. Електрод­ні покриття, як правило, мають фтористо-кальцієву шлакову основу.

3. Зварювання хромистих сталей.Хромисті корозієстійкі сталі з вмістом хрому 13...18 % при наявності вуглецю понад 0,1 % мають різко виражену схильність до загартування на повітрі. Тому зварювання цих сталей, щоб уникнути появлення в зварюваних швах і в навколошовних зонах струк­тури мартенситу, виконують з обов'язковим підігріванням до 200...250 °С і наступним відпалюванням або високотемпературним відпусканням.

У практиці широко застосовують дугове зварювання хромистих сталей електродами з хромонікелевого дроту або дроту того самого складу, що й основний метал, з покриттям типу УОНИ-13.

Хромисті сталі, які містять хрому понад 25 %, наприклад марок 15X25, 13X28, належать до феритного класу.

При зварюванні феритних хромистих сталей у металі шва утворюється крупнозерниста структура з низькими механічними властивостями. В нав­колишній зоні також відбувається інтенсивний ріст зерна, що властиве одно­фазним сталям, які не зазнають фазових змін зі зміною температури.

Структура і механічні властивості швів на цих сталях трохи поліпшать­ся, якщо в електродні покриття ввести титан, алюміній та інші елементи, як'і сприяють подрібненню зерна. Застосовують також проковування звар­них швів. Сталі марок 15X25 і 15X28 зварюють електродами, металевий стрижень яких має такий самий склад, що й основний метал.

4. Зварювання хромонікелевих аустенітних сталей.Хромонікелеві аусте­нітні сталі мають високу корозійну стійкість і широко використовуються для виготовлення хімічної і нафтової апаратури, особливо сталь марки 10Х18Н9Т. Ці сталі зварюються всіма способами і значно краще, ніж хро­мисті.

Основними труднощами при зварюванні хромонікелевих сталей є утво­рення при температурі 500...700 °С карбідів хрому і випадання їх на гра­ницях зерен, що значно погіршує антикорозійні властивості зварних з'єд­нань. Щоб перешкодити цьому явищу, хромонікелеві сталі зварюють при мінімальному розігріванні і великих швидкостях охолодження. Для пов­ного відновлення аустенітної структури після зварювання рекомендуєть­ся вироби піддавати загартуванню від температури 1050... 1100 °С з нас­тупним швидким охолодженням у воді.

Ручне дугове зварювання виконують на малих струмах аустенітними хромонікелевими електродами малого діаметра, що мають покриття типу

УОНИ-13.

Газове зварювання здійснюють із застосовуванням флюсів з бури, бор­ної кислоти і плавикового шпату, а при автоматичному дуговому і електро­шлаковому зварюванні використовують спеціальні марки флюсів.

Зварювальний дріт у всіх випадках застосовують того самого складу, що й основний метал, але з більш низьким вмістом вуглецю і з присадка­ми титану, молібдену, ніобію й інших елементів.

Тонколистові вироби успішно зварюють на точкових і шовних контакт­них машинах, в середовищі вуглекислого газу, аргонодуговим способом.

Зварювання чавуну

1. Особливості зварювання чавуну.Зварювання чавуну застосовують для усунення браку у чавунних виливках, під час ремонтних робіт (на­приклад, при заварюванні тріщин у блоках циліндрів двигунів, у стани­нах верстатів і пресів), при виготовленні зварно-литих конструкцій з ча-

вуну з кулястим графітом. Основні труднощі в таких роботах пов'язані з утворенням у зварному з'єднанні зони відбілювання - структур цементи­ту, які виникають внаслідок швидкого охолодження розплавленого чаву­ну, і появою в зв'язку з цим у зоні термічного впливу структур гартуван­ня (мартенситу, трооститу та ін.), що утворюються через швидке охоло­дження чавуну, нагрітого вище точки А_С1 (727 °С). Чавун з такими струк­турами дуже твердий і крихкий, його важко обробляти звичайним різаль­ним інструментом, до того ж він дуже схильний до утворення тріщин. Тому основним завданням при зварюванні чавуну є виготовлення зварного з'єд­нання з однаковою твердістю металу шва і перехідних зон, яке не мало б тріщин і яке можна було б механічно обробляти.

У практиці застосовують багато способів і прийомів зварювання чаву­ну, які можна поділити на три групи: гаряче, напівгаряче і холодне зва­рювання.

2. Гаряче зварюваннявиконують із попереднім і супровідним підігрі­ванням усього виробу до 400...650 °С у горнах, печах або інших пристро­ях, які опалюють деревним вугіллям, коксом тощо. Найчастіше зварю­ють ацетиленокисневим полум'ям. Як присадний метал застосовують ча­вунні стрижні діаметром 5...15 мм, які містять 3,0...3,5 % вуглецю і 3,0...4,6 % силіцію.

При виправлянні ливарних дефектів у важких товстостінних чавунних виливках або під час ремонту деталей, які потребують наплавлення знач­них об'ємів металу, застосовують також ручне або напівавтоматичне ду­гове і електрошлакове зварювання. У ручному зварюванні використову­ють чавунні електроди з покриттям, яке містить графіт, феросиліцій та інші компоненти. Напівавтоматичне зварювання виконують самозахисним порошковим дротом або із захистом з вуглекислого газу. Для електро­шлакового зварювання застосовують пластинчасті електроди з сірого чавуну. Після зварювання деталь повільно охолоджують разом із піччю або засипають сухим піском чи шлаком. Гаряче зварювання чавуну за­безпечує найкращу якість зварних з'єднань без зон відбілювання і трі­щин. Наплавлений метал після зварювання легко піддається механічній обробці. Цей спосіб застосовують при зварюванні найважливіших дета­лей, що мають складну форму (блоки циліндрів, станини та ін.).

3. Напівгаряче зварювання.При такому зварюванні деталь нагрівають тільки частково до температури 250...450 °С (переважно в місцях зварю­вання). Такий метод застосовують для деталей невеликої товщини і при невеликому об'ємі наплавлюваного металу. Зварюють ацетиленокисне­вим полум'ям і рідше - електродуговим способом вугляними електрода­ми. Зварені деталі, як і при гарячому способі, засипають сухим піском або шлаком для повільного остигання.

4. Холодне зварюваннячавуну здійснюють без попереднього підігрі­вання виробу. Для цього найчастіше використовують дугове зварюван­ня сталевими електродами, електродами з кольорових металів (мідними, мідно-залізними, мідно-нікелевими), порошковим дротом.

Зварювання сталевими електродами застосовують під час ремонту не­важливих деталей, які після зварювання не потребують механічної оброб­ки. Більш складні і більш важливі деталі (станини і рами потужних дизелів, циліндрів газоповітродувних машин, станини верстатів, корпуси електро­двигунів великої потужності тощо) ремонтують з установленням на різь­бі по кромках деталей сталевих шпильок. Спочатку кільцеподібне обва­рюють шпильки, потім короткими валиками наплавляють усю поверхню кромок і, нарешті, заповнюють увесь об'єм, розчищений під шов. Зварю­ють електродами невеликого діаметра при малій силі струму так, щоб основний метал не встигав розігріватися.

Зварювання електродами з монель-металу (70 % нікелю, ЗО % міді) за­стосовують, коли потрібно одержати м'який метал шва, що легко підда­ється механічній обробці.

Мідними, мідно-нікелевими і залізонікелевими електродами зварюють складні виливки з високоміцного чавуну в основному тоді, коли після зварювання потрібна механічна обробка.

32. Зварювання кольорових металів

1. Зварювання міді.Теплопровідність міді майже в шість разів переви­щує теплопровідність сталі, мідь інтенсивно поглинає і розчиняє різні гази, утворюючи з киснем оксиди Си₂О і СІЮ. Оксид II міді з міддю утворює евтектику, температура плавлення якої (1064 °С) нижча за температуру плавлення міді (1083 °С). При затвердіванні рідкої міді евтектика розта­шовується по краях зерен, робить мідь крихкою і схильною до утворення тріщин. Тому основним завданням при зварюванні міді є захист її від окис­лення і активне розкислення зварювальної ванни.

Найбільш поширене газове зварювання міді ацетиленокисневим полу­м'ям з допомогою пальників, які в 1,5...2 рази потужніші за пальники для зварювання сталей. Присадним металом є мідні прутки, що містять як розкислювачі фосфор і силіцій. Якщо товщина виробів більша за 5...6 мм, їх спочатку підігрівають до температури 250...300 °С. Флюсами при зва­рюванні є прожарена бура або суміш, що складається з 70 % бури і ЗО % борної кислоти. Щоб підвищити механічні властивості і поліпшити струк­туру наплавленого металу, мідь після зварювання проковують при тем­пературі близько 200...300 °С. Потім її знову нагрівають до 500...550 °С і охолоджують у воді. Мідь зварюють також електродуговим способом вугляними або металевими електродами, у струмені захисних газів, під шаром флюсу, на конденсаторних машинах, способом тертя.

2.Зварювання латуні.Латунь - це сплав міді з цинком (до 50 %). Основне забруднення при цьому - випаровування цинку, в результаті чого шов втрачає свої властивості, в ньому виникають пори. Крім цього, пари цин­ку отруйні, тому зварники повинні працювати в спеціальних масках. Ла­тунь, як і мідь, в основному зварюють ацетиленокисневим окислюваль­ним полум'ям, при якому на поверхні ванни створюється плівка тугоплав-

кого оксиду цинку, яка зменшує подальше вигоряння і випаровування цинку. Флюси використовують такі самі, як і при зварюванні міді. Вони створюють на поверхні ванни шлаки, які зв'язують оксиди цинку і затруд-нюють вихід парів із зварювальної ванни. Латунь зварюють також в за­хисних газах і на контактних машинах.

3. Зварювання бронзи.В більшості випадків бронза - це ливарний ма­теріал, тому зварювання застосовують при виправленні дефектів або під час ремонту. Найчастіше застосовують зварювання металевим електро­дом. Присадним металом є прутки того самого складу, що й основний метал, а флюсами або електродним покриттям - хлористі та фтористі спо­луки калію і натрію.

4. Зварювання алюмінію.Основними факторами, що утруднюють зва­рювання алюмінію, є низька температура його плавлення (658 °С), вели­ка теплопровідність (приблизно в 3 рази вища від теплопровідності ста­лі), утворення тугоплавких оксидів алюмінію А1₂О₃, які мають темпера­туру плавлення 2050 °С і густину, що значно перевищує густину алюмі­нію. Крім того, ці оксиди слабо реагують як з кислими, так і з основними флюсами, тому погано видаляються зі шва.

Найчастіше використовують газове зварювання алюмінію ацетилено­кисневим полум'ям. Останніми роками значно поширилось також авто­матичне дугове зварювання металевими електродами під флюсом і в се­редовищі аргону.

При всіх способах зварювання, крім аргонодугового, застосовують флюси або електродні покриття, до складу яких входять фтористі і хло­ристі сполуки літію, калію, натрію та інших елементів. Під впливом флю­сів А1₂О₃ переходить у леткий А1С1₃, що має низьку густину і самосублі-мується при температурі 183 °С. Як присадний метал при всіх способах зварювання використовують дріт або стрижні того самого складу, що й основний метал.

Алюміній добре зварюється електронним променем у вакуумі, на кон­тактних машинах, електрошлаковим та іншими способами.

5. Зварювання сплавів алюмінію.Сплави алюмінію з магнієм і цинком зварюють без особливих ускладнень, так само, як і алюміній. Винятком є дуралюміни - сплави алюмінію з міддю. Ці сплави термічне зміцнюються після гартування і наступного старіння. При нагріванні понад 350 °С у них відбувається зниження міцності, яке не відновлюється термічною об­робкою. Тому при зварюванні дуралюміну в зоні термічного впливу міц­ність зменшується на 40...50 %. Якщо дуралюмін зварювати в захисних газах, то таке зниження може бути відновлене термічною обробкою до 80...90 % відносно міцності основного металу.

6. Зварювання магнієвих сплавів.Із магнієвих сплавів для зварних кон­струкцій використовують переважно магнієво-манганові, які краще за інші зварюються за допомогою контактного газового і аргонодугового зва­рювання. При газовому зварюванні обов'язково застосовують фторидні флюси, які на відміну від хлоридних не спричинюють корозії зварних з'єд-

нань. Дугове зварювання магнієвих сплавів металевими електродами че­рез низьку якість зварних швів до цього часу не застосовується.

При зварюванні магнієвих сплавів спостерігається значний ріст зерна у навколошовних ділянках і сильний розвиток стовпчастих кристалів у зварному шві. Тому границя міцності зварних з'єднань становить 55...60 % границі міцності основного металу.

7. Зварювання нікелю.Нікель і деякі його сплави зварюють вольфра­мовим електродом в аргоні, дуговим зварюванням покритими електро­дами під флюсом. Зварювання в аргоні виконують на постійному струмі при прямій полярності. При ручному, як і при автоматичному зварюван­ні під флюсом, як присадний метал використовують дріт того самого скла­ду, що й основний метал. На електродні стрижні наносять покриття типу УОНИ-13/45; автоматичне зварювання здійснюється під фторидними флюсами.

8. Зварювання титану.Титан зварюють вольфрамовими електродами в середовищі інертних газів і плавкими металевими електродами під фто­ридними і хлоридними флюсами, які не містять кисневих сполук. Зварю­вання в середовищі інертних газів ведуть на постійному струмі прямої полярності, а зварювання під флюсом - на постійному струмі зворотної полярності.

Газове зварювання для титану і його сплавів не застосовується.

9. Зварювання свинцю.Свинець зварюють ацетиленокисневим і водне­во-кисневим полум'ям. Зварювання виконують в нижньому положенні із застосуванням присадного металу або без нього.

10. Зварювання цирконію, танталу, ніобію і молібдену.При виготов­ленні конструкцій з цирконію, танталу і ніобію найбільш поширене зва­рювання в аргоні і гелії вольфрамовими і плавкими електродами, а також електронним променем у вакуумі.

Молібден зварюють як електронним променем у вакуумі, так і воль­фрамовими електродами в камерах з контрольованою атмосферою. Як контрольовану атмосферу використовують захисні інертні гази - аргон або гелій, якими заповнюються вакуумні камери.

33. Напруження і деформації при зварюванні

1. Значення напружень і деформацій у зварних конструкціях.Поява в деталях і конструкціях зварювальних, або внутрішніх, напружень, спри­чинених зварюванням, небезпечна, оскільки, додаючись до напружень, що виникають від зовнішніх зусиль, вони можуть досягти значень, біль­ших за допустимі. У такому разі в зварних швах або навколошовних ді­лянках можуть утворитися тріщини, які іноді призводять до руйнування зварної деталі чи конструкції.

Деформації або короблення, більші за допустимі, потребують наступного правлення або механічної обробки, що значною мірою ускладнює процес виготовлення зварних конструкцій і знижує економічність зварювання.

2. Причини виникнення напружень і деформацій такі:нерівномірне нагрі­вання основного металу; ливарна усадка металу зварного шва і зміна об'єму металу в зоні термічного впливу при структурних перетвореннях металу.

Нерівномірне нагрівання основного металу є результатом нагрівання до високих температур лише тієї частини металу, що безпосередньо межує зі зварним швом. Вільній зміні її об'єму перешкоджають сусідні, холодніші ділянки, внаслідок чого в ділянках, що нагріваються, виникають напру­ження стискання, а в холодних - напруження розтягання. При досягненні границі текучості, що, як правило, й відбувається в зварюванні, в нагрі­тих ділянках виникають пластичні деформації. Під час охолодження ме­талу в цих зонах виникають напруження розтягання, які є вже залишко­вими, або внутрішніми, напруженнями, що призводять до появи в звар­них виробах деформацій або короблень.

Ливарна усадка металу шва може бути поздовжньою і поперечною. Прикладом поздовжньої може бути усадка, що виникає при зварюванні в стик двох листів великої довжини. В процесі зварювання внаслідок по­здовжньої усадки зменшується зазор між кромками листів. Коли кромки зійдуться впритул, то при невеликій товщині листів вони почнуть напов­зати один на одного (рис. V.35, а).

Прикладом поперечної усадки може бути зварювання в стик листів із V-подібним розкриттям кромок. Оскільки об'єм наплавленого металу з широкого боку шва більший, то й усадка тут буде більшою. Через це ли­сти після зварювання деформуються так, як це показано на рис. V.35, б.

Зміна об'єму металу внаслідок структурних перетворень відбувається в зоні термічного впливу головним чином при зварюванні металів, схиль-

них до гартування. Напруження, що виникають при цьому, можуть бути настільки значними, що часто саме вони є причиною утворення тріщин при зварюванні деталей з цих металів.

3. Способи зменшення напружень і деформацій- це попереднє підігрі­вання деталі, а після зварювання - відпалювання, або нормалізація. Є й інші способи.

Попереднє підігрівання зменшує різницю температур між ненагрітим і нагрітим до високих температур основним та розплавленим присадним металом і цим сприяє зниженню внутрішніх напружень. Підігрівають ті деталі, метал яких чутливий до термічної обробки. Температура підігріву визначається властивостями металу. Так, при зварюванні різних сталей вона становить 100...600 °С, при зварюванні чавуну - 500...800 °С, алюмі­нію - 250...270 °С, бронзи - 300...400 °С. Підігрівання може бути загаль­ним і місцевим.

Відпалювання після зварювання знімає внутрішні напруження і сприяє підвищенню пластичності зварних швів. Сталі, схильні до гартування, іноді піддають відпусканню після зварювання при температурі 300...400 °С. Цим знімають напруження від структурних перетворень.

Для зменшення деформацій застосовують так званий метод зворотних деформацій, зрівноважування і рівномірне розподілення деформацій, жорстке закріплення та інші заходи.

Метод зворотних деформацій полягає в тому, що деталі перед зварю­ванням установлюють з урахуванням наступної деформації (рис. V.35, в) або деформують у зворотному напрямі (рис. V.35, г) на величину а дефор­мації, яку зумовить зварювання.

Зрівноважування деформацій застосовують у зварюванні Х-подібних (рис. V.35, д) або таврових (рис. V.35, е) з'єднань, а також зварюванні труб, наплавленні валів (рис. V.35, є) та інших деталей. При вказаній (циф­рами) на рисунках послідовності накладання швів наступні шви спри­чинюють деформації, протилежні тим, що виникли у попередніх швах. У результаті такого методу зварювання деформації значно зменшуються. Рівномірного розподілення деформацій досягають поділом довгих швів на окремі короткі ділянки, які зварюють зворотно-ступінчастим методом (рис. V.35, ж). У цьому разі деформація, що її мають при непереривчасто-му зварюванні (рис. V.35, з), рівномірно розподіляється по всій довжині шва і стає зовсім незначною (рис. V.35, і).

Жорстке закріплення звичайно використовують, зварюючи складні де­талі. При цьому застосовують спеціальні пристрої. Жорстке закріплення перешкоджає коробленню деталей, тоді як зусилля, що виникають у про­цесі зварювання, спричинюють утворення пластичної деформації нагрі­того металу. Після закінчення зварювання, незважаючи на великі внутріш­ні напруження, деформація не може значно зрости, оскільки вся система стає досить жорсткою. Для зняття внутрішніх напружень застосовують наступне відпалювання.

34. Паяння металів

1. Фізична суть паяння.Паяння металів - це процес з'єднання метале­вих виробів, який ґрунтується на властивості розплавленого присадного металу (припою), що має меншу, ніж основний метал, температуру плав­лення, проникати в поверхневі шари основного металу, нагрітого до тем­ператури плавлення припою. Після остигання оплавленого припою ство­рюється міцне нерознімне з'єднання. Залежно від температури плавлення припою розрізняють паяння м'якими і твердими припоями.