Методы соединения сборочных элементов. Сущность процессов сварки и их сравнительная оценка
Все соединения деталей и узлов в изделиях в зависимости от их конструкции могут быть подразделены на две группы: подвижные и неподвижные. Неподвижные соединения с точки зрения возможности разборки делят на разъемные (разбираемые) и неразъемные (неразбираемые).
Разъемные соединения могут быть разобраны без повреждений сопряженных и крепежных деталей. Эти соединения выполняются глухой, тугой, напряженной или плотной посадками, винтовыми соединениями (винтами, болтами, шпильками и т.п.), штифтовыми соединениями и др.
К неразъемным соединениям относятся такие, разборка которых при эксплуатации не предусмотрена и сопровождается повреждением сопряженных элементов. Эти
соединения получают методами сварки, пайки, клепки, склеиванием, посадкой с натягом. Сварка является одним из прогрессивных способов получения неразъемных соединения, обеспечивающим значительную экономию металла, снижение массы изделия и трудоемкости по сравнению с пайкой, клепкой и т.п.
Сваркой называется технологический, процесс получения неразъемных соединений металлов; сплавов и других материалов, осуществляемый на основе сил межатомного сцепления свариваемых материалов. Сварка широко применяется в машиностроении, приборостроении, судостроении, мостостроении, авиации, при создании трубопроводов в строительстве и других отраслях народного хозяйства. Сваркой соединяют как однородные, так и неоднородные металлы и сплавы, металлы с неметаллами (керамикой, стеклом, графитом и др.), а также пластмассы.
Сварку можно производить в холодном состоянии и с нагревом свариваемых деталей. При сварке в холодном состоянии необходимым условием получения качественного сварного соединения является давление, превышавшее предел текучести материала свариваемых деталей. При сварке в горячем состоянии давление не является обязательным условием.
Все методы сварки можно классифицировать по многим признакам: физическим, по виду используемой энергии, способу образования сварного соединения, степени автоматизации.
По виду энергии, используемой для нагрева материала в зоне сварки, все методы сварки можно разделить на шесть групп: 1) электрическая, 2) химическая, 3} механическая, 4) лучевая, 5) электромеханическая, 6) химико-механическая сварка.
В зависимости от степени автоматизации процесса различают ручную полуавтоматическую и автоматическую сварку. По способу образования сварного соединения все виды сварки делятся на две группы: плавления и давления.
Сварке плавлением можно подвергать все металлы и сплавы, в том числе и такие, которые обладают низкой пластичностью (чугун, литейные алюминиевые сплавы, сплавы магния и др.). Сварной шов (неразъемное соединение) образуется в результате взаимного растворения расплавленного металла свариваемых деталей в зоне сварки без приложения внешних сил.
Сварка давлением подразделяется на холодную и горячую. Холодной сварке подвергают только очень пластичные металлы (алюминий, медь, свинец и сплавы на их основе); горячей сварке давлением — металлы и сплавы, обладающие хорошей пластичностью при повышенных температурах. Образование неразъемного соединения в данном случае основано на процессах диффузии и обмена атомами кристаллических решеток свариваемых металлов.
Способность материала образовывать надёжное и прочное сварное соединение называется свариваемостью. Хорошей свариваемостью обладают низкоуглеродистые и низколегированные стали, технически чистый алюминий. Низкую свариваемость имеют чугуны, высокохромистые стали алюминиевые сплавы, латуни, тугоплавкие металлы.
Наибольшее применение среди различных методов сварки плавлением имеет электродуговая сварка, при которой для расплавления кромок свариваемых деталей используется электрическая дуга. Электрическая дуга обладает мощным световым и тепловым излучением (температура в зоне сварки составляет 5000—6004 °С). Дуга горит между двумя электродами, одним из которых, как правило, является свариваемая деталь, другим — металлический пруток или графитовый стержень (угольный).
При использовании неплавящегося электрода в дугу для заполнения шва вводят присадочную проволоку.
Плавящиеся электроды в зависимости от назначения могут быть наготовлены из алюминия, стали, титана, меди и других металлов и сплавов. Для обеспечения устойчивого горения дуги, защиты сварного шва и повышения его прочностных свойств на стержень электрода наносят покрытие (обмазку). Улучшение качества сварного шва достигается также созданием защитной атмосферы, которая исключает взаимодействие расплавленного металла при сварке с окружающей средой. Защита обеспечивается путем применения флюса, расплавленного шлака, инертных газов (аргона, гелия), активных газов (азота, углекислого газа).
Электродуговая сварка подразделяется на ручную и автоматическую. При автоматической электроду-г о вой сварке под слоем флюса основные операции — подача электрода в дугу и перемещение дуги по направлению сварки — механизированы. Сварка осуществляется на сварочном автомате. Одновременно в зону сварки подается флюс, который обладает не только защитными, но и легирующими свойствами. Кроме того, флюс устраняет разбрызгивание металла и позволяет повысить сварочный ток, получить большую глубину проплавления материала.
К преимуществам автоматической электродуговой сварки под слоем флюса относятся: высокое качество сварного шва,- более плавная и высокая скорость сварки (автоматическая сварка в 20 раз производительнее ручной); меньше слой наплавленного металла; возможность сваривать швы большого сечения за один проход, а следовательно, экономить электроэнергию; сварку можно вести непокрытой электродной проволокой.
Разновидностью автоматической сварки под слоем флюса является электрошлаковая сварка. Процесс сварки начинается е возбуждения дуги под слоем флюса. После расплавления флюса и образования достаточного количества жидкого шлака дуговой процесс прекращается и начинается электрошлаковый.
Металл электродов, опущенных в жидкий шлак, плавится и каплями стекает в сварной шов. Проходя через шлак, металл очищается от вредных примесей, т.е. рафинируется. Таким образом, полученный сварной шов обладает высокими механическими свойствами и почти не отличается по прочности и пластичности, от основного металла. Сварной шов формируется между двумя медными ползунами. Этот метод позволяет сваривать заготовки практически неограниченной толщины и применяется для изготовления крупногабаритных конструкций, таких как станины прессов, детали прокатных станов и др. Электрошлаковая сварка обеспечивает высокое качество сварного соединения, высокую производительность процесса и является одним из прогрессивных методов сварки.
Для получения плотных и прочных сварных соединений деталей, изготовленных из меди, нержавеющих сталей, алюминиевых сплавов, обладающих плохой свариваемостью, применяется атомноводородная сварка.
Эту сварку, как правило, осуществляют дугой независимого действия, горящей между двумя вольфрамовыми электродами. В зону сварки по специальным каналам электродержателей подается водород, оказывающий защитное действие и переносящий теплоту от горящей дуги к свариваемому металлу. Благодаря этому дуга независимого действия обеспечивает высокие температуры (до 4000 °С). Для устранения возможности взрыва при атомно-водородной сварке применяют не чистый водород, а азотоводородную смесь.
К сварке плавлением относится также и газовая сварка, основанная на использовании энергии газового пламени, которое получают при сгорании газа (ацетилена водорода, пропана, природного газа и др.). В кислороде, чаще всего при газовой сварке, используют ацетилен, обладающий высокой теплотой сгорания и обеспечивающий наибольшую температуру пламени (3150 °С). Для смешивания кислорода и ацетилена в заданном соотношении и получения устойчивого газового пламени применяют газовые горелки.
Различные соотношения горючего газа и кислорода в смеси изменяют и условия сварки. Так, нормальным, или восстановительным, пламеней (соотношение
объемов кислорода и ацетилена 1,1:1,2) сваривают большинство
сталей, окислительным пламенем (с избытком кислорода) — латуни.
При сварке алюминиевых сплавов применяют защитные флюсы. Газовую сварку применяют, как правило, для стыковых соединений деталей толщиной до 5 мм. Для заполнения сварного шва используют присадочную проволоку.
К специальным методам сварки плавлением относятся: электронно-лучевая, лазерная и плазменная. Электронно-лучевую сварку применяют для соединений тугоплавких металлов и сплавов. Она ведется в вакууме узким электронным лучом, который получают в установке, называемой электронной пушкой.
Электронный луч обладает высокой проникающей способностью, является, управляем источником теплоты, что позволяет точно и в довольно широких пределах регулировать температуру в зоне сварки. Электронно-лучевой сваркой можно сваривать как однородные, так и разнородные металлы и сплавы, а также металлы с неметаллами.
Для сварки деталей, изготовленных из разнородных металлов и сплавов и значительно различающихся по толщине или диаметру, а также по температуре плавления применяют лазерную сварку. Источником тепла при лазерной сварке служит лазерный луч. Лазерный луч — это световой луч высокой плотности и концентрации энергии. Он может быть сфокусирован до пятна диаметром 1 мКм.
Такая концентрация энергии позволяет достигать на поверхности материала температуры в несколько тысяч градусов. Преломляя световой луч лазера с помощью оптических систем (линз), можно производить сварку в труднодоступных местах деталей, получать сварные соединения в виде микроточек. Лазерная сварка нашла широкое применение в радиоэлектронной промышленности.
Плазме иная сварка применяется для соединения тугоплавких металлов и сплавов, нержавеющих сталей и многих неметаллических материалов. Источником тепла для расплавления кромок свариваемых деталей служит плазменная струя, получаемая в специальных устройствах — плазмотронах.
К сварке давлением относится электрическая контактная сварка, газопрессовая сварка, диффузионная сварка в вакууме, холодная сварка и др. Электрическая контактная сварка подразделяется на три вида: точечную, шовную и стыковую. Суть сварки состоит в том, что свариваемые детали доводят до контакта друг с другом, затем пропускают через них электрический ток, теплота которого нагревает место контакта до пластического состояния. Затем на свариваемые детали подается давление, формирующее сварной шов, после чего ток отключается и давление снимается.
Надежность и высокое качество сварного соединения, высокий уровень механизации и автоматизации процесса, высокая производительность труда позволяют широко использовать электроконтактную сварку в промышленности; Этим методом получают более 30% сварных соединений, он уступает лишь электродуговой сварке.
При газопрессовой сварке заготовки соединяются встык. Этот метод сварки аналогичен электроконтактной стыковой сварке, но отличается источником тепла: заготонки нагреваются многопламенными газовыми горелками. Газопрессовая сварка уступает электроконтактной по производительности и качеству сварного соединения, однако незаменима в полевых условиях, когда отсутствует источник электрического тока. Этот способ широко применяется для сварки трубопроводов, рельсов, арматуры железобетона, труб.
Диффузионную сварку применяют для тех материалов, которые другими методами сварить трудно иди невозможно (сталь с чугуном, титаном, ниобием, вольфрамом, стеклом, графитом, керамикой), для жаропрочных, тугоплавких и химически активных металлов, а также для получения многослойных (биметаллических, три металлических) изделии.
Сварка осуществляется в вакуумной камере под небольшим давлением при повышенной температуре. При этом методе метала находится в твердом состоянии, но температура нагрева близка к температуре плавления свариваемых металлов. Сварное соединение образуется в результате взаимной диффузии атомов в поверхностные слои контактируемых материалов.
При холодной сварке неразъемное соединение образуется в результате пластической деформации и возникновения межатомных связей между свариваемыми поверхностями при сжатий свариваемых деталей. Удельное давление выбирается в зависимости от химического состава и толщины свариваемых заготовок.
Процесс сварки сопровождается упрочнением поверхностей в месте приложения силы. Этим методом сваривают внахлестку листовой материал толщиной 0,2 —15 мм, а также встык тонкую проволоку и по контуру — полые заготовки. Преимуществами этого вида сварки являются высокая производительность, малый расход энергии, высокое качество сварного соединения, широкие возможности автоматизации. Однако холодную сварку можно применять только для пластичных материалов.
Дата добавления: 2016-05-05; просмотров: 1100;