Druhy zvárania a čo to je. Čo je zváranie
Čo je zváranie.
Zváranie
proces získavania trvalých spojov vytvorením medziatómových väzieb medzi časťami, ktoré sa majú zvárať počas ich lokálneho alebo všeobecného zahrievania, alebo plastickej deformácie, alebo kombinovaného pôsobenia oboch.
Definícia zvárania sa vzťahuje na kovy a nekovové materiály (plasty, sklo, guma atď.).
Vlastnosti materiálu určuje jeho vnútorná štruktúra – štruktúra atómov. Všetky kovy v pevnom stave sú telesá s kryštalickou štruktúrou. Amorfné telesá (sklo a pod.) majú chaotické usporiadanie atómov. Na spojenie zváraných dielov do jedného celku je potrebné priblížiť ich elementárne častice (ióny, atómy), pokiaľ medzi nimi začnú pôsobiť medziatómové väzby, čo sa dosiahne lokálnou plastickou deformáciou.
V závislosti od podmienok, za ktorých sa vykonáva zváranie (tvorba medziatómových väzieb) kovových častíc, sa rozlišuje tavné zváranie a tlakové zváranie.
Podstatou tavného zvárania je, že kov pozdĺž okrajov častí 1 a 2, ktoré sa majú zvárať, je vystavený taveniu zohrievaním silným koncentrovaným zdrojom tepla: elektrickým oblúkom, plynovým plameňom, chemickou reakciou, roztavenou troskou, energiou elektrónového lúča, plazma, energia laserového lúča. Vo všetkých týchto prípadoch sa tekutý kov jednej hrany vytvorený zahrievaním spontánne spája s tekutým kovom druhej hrany. Vznikne celkový objem tekutého kovu, ktorý sa nazýva zvarový kúpeľ. Po stuhnutí kovu zvarového kúpeľa sa získa zvarový kov. Zvarový kov môže byť vytvorený len prepravou kovu po okrajoch alebo dodatočným prídavným materiálom zavedeným do zvarového kúpeľa.
Zóna čiastočne roztavených kovových zŕn na hranici okraja zváranej časti a švu sa nazýva zóna tavenia; v tejto zóne sa dosiahne medziatómová väzba. V tomto prípade je zvarový kov v tesnom kontakte s kovom dielov, ktoré sa majú zvárať, a nečistoty, ktoré boli na povrchoch dielov, ktoré sa majú zvárať, plávajú smerom von a vytvárajú trosku.
Podstatou tlakového zvárania je plastická deformácia kovu v mieste spojenia pôsobením sily P. Rôzne nečistoty nachádzajúce sa na povrchoch, ktoré sa majú spojiť, sa vytlačia smerom von a povrchy častí, ktoré sa majú zvárať, budú čisté, dokonca a blízko cez celý prierez do vzdialenosti atómovej adhézie, zóna, v ktorej bola vytvorená medziatómová väzba, sa nazýva spojovacia zóna. Šírka spojovacej zóny sa meria v desiatkach mikrónov.
Plastická deformácia okrajov dielov sa ľahšie vykoná, ak sa spoj zahreje. Zdrojom tepla (pri zváraní s lokálnym ohrevom) je elektrický prúd, plameň plynu, chemická reakcia, mechanické trenie; pri zváraní so všeobecným ohrevom - kováčska, vykurovacia pec.
Proces zvárania je rozdelený do troch tried: tepelné, termomechanické a mechanické.
Tepelná trieda kombinuje druhy zvárania vykonávané tavením kovu.
Termomechanická trieda druhy zvárania vykonávané tlakom pomocou tepelnej energie. TO mechanická trieda zahŕňajú druhy zvárania vykonávané tlakom pomocou tepelnej energie. Mechanická trieda zahŕňa typy zvárania vykonávané tlakom s dodatočnou mechanickou energiou.
Zváranie podľa druhu použitej energie je rozdelené do nasledujúcich hlavných typov
:
. Tlak so všeobecným ohrevom: kovanie, valcovanie, vytláčanie;
. Tlakový s lokálnym ohrevom: kontaktný, indukčný - lis, termitový - lis, plynový lis, difúzny, oblúkový - lis;
. Tlak bez ohrevu kovu s vonkajším zdrojom tepla: ultrazvuk, chlad, trenie, výbuch, magnetický impulz;
. Tavenie: oblúk, plyn, termit, elektrotroska, elektrónový lúč, laserový lúč, plazma.
Zváranie nazývaný proces získavania jednodielnych spojov lokálnym ohrevom a tavením hrán, spojených povrchov kovových častí. Termoplastické plasty je možné spájať aj zváraním (takéto zváranie sa vykonáva horúcim vzduchom alebo vyhrievaným nástrojom).
Zváranie má oproti nitovaným spojom niekoľko výhod:
1. Úspora kovu. V zváraných konštrukciách sa spoje vyrábajú bez pomocných prvkov, ktoré robia konštrukciu ťažšou, v nitovaných konštrukciách - pomocou presahov (pozri obr. 92, II a 93). Pri zváraných konštrukciách je hmotnosť naneseného kovu spravidla 1 ... 1,5% a zriedka presahuje 2% hmotnosti produktu, zatiaľ čo v nitovaných konštrukciách dosahuje hmotnosť nitov 3,5 ... 4%;
2. Zníženie zložitosti výroby. Pre nitované spojenie je potrebné vyvŕtať otvory, ktoré zoslabujú spájané diely, presne označiť stredy otvorov, zahĺbiť pre slepé nity, použiť širokú škálu zariadení atď. Pri zváraných konštrukciách nie je potrebné vykonávať uvedené predbežné operácie a používať zložité pomocné zariadenia;
3. Zníženie nákladov na produkty. Náklady na zvárané výrobky sú nižšie ako na nitované výrobky v dôsledku zníženia hmotnosti spojov a zložitosti ich výroby;
4. Zvýšenie kvality a pevnosti spoja. V porovnaní s nitovanými švami vytvárajú zvárané švy absolútne tesné a tesné spoje, čo je mimoriadne dôležité pri výrobe nádrží, kotlov, vagónov, nádrží, potrubí atď.
Technológia zvárania zahŕňa rôzne procesy, niekedy dokonca opačného charakteru. Napríklad: rezanie kovov a iných materiálov, naváranie, striekanie a metalizácia, povrchové kalenie. Hlavnou a hlavnou úlohou je však získať trvalé spojenia medzi rovnakými alebo rôznymi kovmi a nekovovými materiálmi v širokej škále produktov.
Tvar a rozmery takýchto spojov sa značne líšia od bodu zvaru niekoľkých mikrometrov (obr. 95), spájajúceho polovodič s vodičom v akomkoľvek mikroobvode rádiovej elektroniky, až po niekoľkokilometrové zvary 1, ktoré sa vykonávajú pri stavbe námorných lodí. plavidlá. Materiály na výrobu zváraných konštrukcií sú veľmi rozmanité: hliník a jeho zliatiny, ocele všetkých typov a účelov, titán a jeho zliatiny a dokonca aj taký žiaruvzdorný kov ako volfrám (teplota topenia ~ 3400 ° C).
Ryža. 95
Nekovové materiály podrobené zváraniu sa tiež líšia svojimi vlastnosťami: polyetylén, polystyrén, nylon, grafit, keramika oxidu hlinitého atď.
Spájkovanie, aj keď je svojou povahou odlišné od zvárania, patrí tiež do oblasti zváracej techniky a má široké uplatnenie v nástrojárstve a strojárstve, okrem toho nachádza uplatnenie aj v stavebných konštrukciách.
Každý rok sa použitie zvárania v národnom hospodárstve rozširuje a nitovanie klesá. Zvarové spoje však majú významné nevýhody - tepelné deformácie, ktoré sa vyskytujú počas zvárania (najmä tenkostenné konštrukcie); nemožnosť zvárania dielov zo žiaruvzdorných materiálov.
Klasifikácia hlavných typov zvárania je znázornená na obr. 96. Všetky metódy sú rozdelené do dvoch skupín: tavné zváranie a tlakové zváranie.
Ryža. 96
Tavné zváranie
Tavné zváranie- ide o proces spájania dvoch častí alebo polotovarov ako výsledok kryštalizácie spoločného zvarového kúpeľa získaného roztavením spájaných hrán. Zdroj energie pri tavnom zváraní musí mať vysoký výkon, vysokú koncentráciu, to znamená, aby sa uvoľnená energia sústredila na malú oblasť zvarového kúpeľa a mala čas roztaviť stále viac nových častí kovu, čím zabezpečenie určitej rýchlosti procesu.
Proces zvárania (2 - zvarový šev) tavením sa uskutočňuje pomocou zdroja energie 1, ktorý sa pohybuje pozdĺž zvarových hrán 3 danou rýchlosťou (obr. 97). Rozmery a tvar zvarového kúpeľa závisia od výkonu zdroja a od rýchlosti jeho pohybu, ako aj od termofyzikálnych vlastností kovu.
Ryža. 97
V zvarovom spoji je zvykom rozlišovať tri oblasti (obr. 98): Základný kov- spojené časti budúceho výrobku určené na prevádzku; tepelne ovplyvnená zóna(zóna blízko zvaru) - oblasti kovu, v ktorých sa nachádza nejaký čas pri vysokej teplote, dosahujúc bod tavenia kovu na fúznej línii; zvar- zvarový kov, predstavujúci odlievanú štruktúru s charakteristickými znakmi.
Ryža. 98
Každý typ procesu zvárania má svoje vlastné charakteristiky a používa sa v určitej oblasti výroby, kde poskytuje požadovanú kvalitu produktu a je ekonomicky realizovateľný. Najrozšírenejšie na zváranie kovov tavením nájdené plynové a oblúkové typy zvárania.
Pri zváraní plynom (resp. kyslíkovo-palivovým) sa ako zdroj energie používa plameň kyslíko-acetylénového horáka (obr. 99), ktorý má vysokú teplotu (asi 3000 °C) a značný výkon v závislosti od množstva acetylén (8 - reduktor na reguláciu množstva dodávaného plynu), ktorý horí za sekundu. Kyslík 1 z kyslíkovej fľaše 10 a acetylén 2 z acetylénovej fľaše 9 sa privádzajú hadicami 7 do plynového horáka, kde sa vytvára horľavá zmes 3. Na výstupe z dýzy horáka sa objaví plameň. Keď sa vyhrievané miesto zváraných dielov uvedie do roztaveného stavu, prídavný materiál 4 sa privedie k plameňu, ktorý roztavením spolu s okrajmi dielu 5 vytvorí zvarový šev 6.
Ryža. 99
oblúkové zváranie. Pri oblúkovom zváraní (obr. 100) sa ako zdroj energie 2 používa elektrický oblúkový výboj 3, ku ktorému dochádza, keď sú zvárané diely 1 pripojené k jednému a elektróda 4 k druhému pólu zdroja prúdu. Pohyb elektródy s oblúkovým výbojom a prídavný materiál (vo forme tyče) 5 privedený do jej zóny vzhľadom na okraje výrobku spôsobí pohyb zvarového kúpeľa, čím sa vytvorí zvar 6.
Ryža. 100
Elektrotroskové zváranie sa používa na automatické zváranie zvislých zvarov hrubého kovu.
Elektrotroskové zváranie. Pri elektrotrosovom zváraní (obr. 101) sú diely, ktoré sa majú zvárať, inštalované vertikálne a zostavené na zváranie s medzerou medzi okrajmi. Elektródové drôty 5 (môže ich byť niekoľko a navyše rôzneho zloženia) sú vedené silovými valcami 4 cez zakrivené vodivé náustky 6 do medzery medzi časťami, ktoré sa majú zvárať 1. V procese zvárania sa stroj pohybuje hore pozdĺž vodidiel a náustky kmitajú a privádzajú drôty do kúpeľa tekutej trosky 2, v ktorom sa tavia pri teplote T rovnej 1539 °C spolu s kovom legovaných hrán a vytvárajú zvar 8. Tekutá troska a kovové vane sú držané medenými posúvačmi 7 stúpajúcimi spolu so strojom, chladenými zvnútra vodou. Troska 3, oddeľujúca sa od kovu, pláva.
Ryža. 101
Plazmové zváranie. Plazmové zváranie využíva oblúkový výboj v plazmovom horáku, ktorý vytvára plazmový prúd 1 s veľmi vysokou teplotou (obr. 102).
Ryža. 102
Plazmový horák je zariadenie 2, v ktorom sa v kanáli 4 vybudí oblúkový výboj 3 a tlak plynu (argón, dusík, vzduch) natiahne stĺpec oblúka a vyrazí von z dýzy chladenej tečúcou vodou 5. plazmový horák. Môžu existovať dva typy plazmových horákov: s vlastnou anódou, na ktorej je výboj uzavretý v dôsledku elektrónového driftu, alebo s nepriamym oblúkom - oblúkový výboj vzniká medzi dvoma elektródami, ale nezatvára sa do výrobku 6. Pri zváraní technológie sa častejšie používa plazmový horák druhého typu. Plazmové zváranie a spracovanie materiálov našlo široké uplatnenie v priemysle.
Pri zváraní hliníkových zliatin závisí kvalita zvarových spojov od spoľahlivosti ochrany zváracej zóny inertným plynom a od prípravy hrán výrobku.
Argonové oblúkové zváranie. Takže na zváranie hliníka argónovým oblúkom (3 dýzy) sa používa odtavná elektróda-drôt 7, ktorý má rovnaké zloženie ako základný kov zváraných obrobkov 2 alebo netaviteľná volfrámová elektróda (obr. 103) . Pre kritické konštrukcie sa častejšie používa druhý spôsob, pričom prídavný kov sa privádza zboku priamo do oblúkového výboja 4, 5, 6 alebo do zvarového kúpeľa 1 vedľa oblúkového výboja.
Ryža. 103
Argon-oblúkové zváranie sa používa aj na spájanie častí a titánu a jeho zliatin. Titán, kov vzhľadom pripomínajúci oceľ, má tiež veľmi vysokú chemickú aktivitu, v tomto ohľade o niečo horšiu ako hliník. Titán má teplotu topenia 1668 °C.
Pri bežných teplotách je titán veľmi odolný voči vplyvom prostredia, keďže je pokrytý oxidovým filmom. V tomto pasívnom stave je ešte odolnejšia ako korózna oceľ. Pri vysokých teplotách prestáva vrstva oxidu chrániť titán. Pri teplotách nad 500 °C začína aktívne reagovať s okolím. Preto je titán a jeho zliatiny možné zvárať (obr. 104) len v ochrannej atmosfére argónu, s ktorou nemôže reagovať.
Ryža. 104
tlakové zváranie
tlakové zváranie- ide o proces spájania povrchových vrstiev dielov. Pri spájaní dochádza k aktívnej difúzii častíc, čo vedie k úplnému vymiznutiu rozhrania a k rastu kryštálov cez neho.
V modernom strojárstve a prístrojovej technike sa tlakové zváranie vykonáva niekoľkými spôsobmi v závislosti od typu výrobkov a požiadaviek, ktoré sa na ne vzťahujú.
Odporové zváranie je široko používané v strojárstve na výrobu výrobkov a konštrukcií, hlavne z ocelí. Vzťahuje sa na zváranie pomocou tepla a tlaku. Ohrev sa vykonáva elektrickým prúdom, ktorý prechádza kontaktným bodom dvoch častí, ktoré sa majú zvárať. Tlak potrebný na zváranie vytvárajú buď elektródy, ktoré dodávajú elektrický prúd, alebo špeciálne zariadenia.
Existujú tri typy kontaktného zvárania: bodové zváranie - s oddelenými bodmi (obr. 105), používané pre tenkoplechové oceľové konštrukcie (napríklad karosérie automobilov). Zvárané obrobky 1 sú upnuté medzi elektródy 2, ktorými prechádza veľký elektrický prúd zo sekundárneho vinutia znižovacieho transformátora 3, kontaktné miesto zváraných dielov sa zahreje na vysokú teplotu a zváranie vzniká pod tlakom sily F; natupo - tavením alebo tlakom (obr. 106), používa sa na výrobu nástrojov na rezanie kovov a pod. V tomto prípade sú diely, ktoré sa majú zvárať 1, spojené silou a držané svorkami 2, do ktorých je privádzaný elektrický prúd. dodávané; valec (obr. 107, kde 1 - diely, ktoré sa majú zvárať; 2 - valčeky; 3 - elektródy; 4 - zdroj energie) - poskytujúci kontinuálny (utesnený) alebo prerušovaný šev.
Ryža. 105
Ryža. 106
Ryža. 107
V stavebných konštrukciách a v strojárstve je zváranie hlavnou metódou na získanie trvalých spojov dielov z ocelí všetkých akostí, liatiny, medi, mosadze, bronzu, hliníkových zliatin atď.
Automatizácia procesu zvárania
Široké využitie zvárania v priemysle podnietilo vytvorenie zariadení na mechanizáciu a automatizáciu zváracích procesov. Automatizácia zvárania si zároveň vyžiadala radikálnu zmenu technologického postupu. V niektorých prípadoch je zvárací stroj stacionárny a výrobok sa k nemu pohybuje danou rýchlosťou, zatiaľ čo v iných prípadoch je inštalovaný na samohybnom vozíku 6 - „traktore“, ktorý beží pozdĺž vodidiel 2 pripevnených k pevnému produktu. 1 alebo vedľa neho (obr. 108).
Obr.108
l - dĺžka úseku. Z obr. 57, II je vidieť, že čím ďalej je bod deformovateľného úseku od osi tyče, tým väčší je jej pohyb po oblúku kružnice pri krútení. Preto podľa Hookovho zákona budú napätia v rôznych bodoch odlišné. Najväčšie torzné napätia r m ah sa vyskytujú v najvzdialenejších bodoch nachádzajúcich sa na povrchu tyče. Napätie v ľubovoľnom bode sa rovná r = p / (R r m ah), kde: r - torzné napätie;
Ryža. 57
p je vzdialenosť bodu k osi tyče; R - polomer tyče.
Vo výrobe našlo široké uplatnenie poloautomatické oblúkové zváranie, ktorého podstata je nasledovná: elektródový podávač drôtu 3.4 a ovládací panel 5 sú inštalované oddelene od hlavy alebo nástroja, zvárací drôt je privádzaný cez ohybnú hadicu, cez ktorý je tiež dodávaná elektrická energia do zváracieho nástroja 7 .
Funkcie zvárača sú v tomto prípade výrazne zjednodušené, pretože potrebuje iba posunúť zváraciu hlavu (nástroj) správnym smerom a v určitej výške od produktu.
zváranie elektrónovým lúčom
Tento typ zvárania je výsledkom interakcie elektrónového lúča urýchľovaného elektrickým poľom, ktorého kovovým povrchom tieto elektróny vydávajú energiu nahromadenú v elektrickom poli (stagnačnú energiu), roztavujú ju a čiastočne ju aj odparujú.
Prototypom zariadenia na získanie elektrónového lúča je röntgenový prístroj na presvetľovanie biologických objektov na medicínske účely alebo výskum. Schéma inštalácie pre zváranie elektrónovým lúčom je znázornená na obr. 109. V komore 2 s hlbokým vákuom (tlak 1 10 -4 Pa alebo menej), medzi katódou 3, ktorá emituje (zabezpečuje elektrické spojenie) elektróny, a anódou 4, ktorá má v strede otvor, prúdi elektrón sa vytvorí elektrónový lúč 1. Na zvýšenie hustoty energie je elektrónový lúč zaostrený magnetickými šošovkami a nasmerovaný na produkt 7 spojený so zemou. Riadenie 8 elektrónového lúča sa vykonáva magnetickým zariadením, ktoré vychyľuje lúč v požadovanom smere.
Ryža. 109
Fyzikálna podstata tohto zváracieho procesu spočíva v tom, že elektróny sa pri prechode elektrickým poľom vysokej intenzity urýchľujú a získavajú veľkú zásobu energie, ktorú odovzdávajú vo forme tepla zváraným výrobkom.
Nevýhodou tejto metódy je potreba spoľahlivej ochrany obsluhujúceho personálu pred röntgenovým žiarením, ktoré má škodlivý vplyv na živé organizmy.
laserové zváranie
Laser alebo optický kvantový generátor (OQG) vytvára silný impulz monochromatického žiarenia v dôsledku optickej excitácie atómov nečistôt v rubínovom kryštáli alebo v plynoch.
Tento úplne nový vysoko koncentrovaný zdroj energie bol okamžite použitý v komunikačnej technike v kovospracujúcom priemysle.
Podstata procesu získavania silného svetelného toku spočíva v tom, že atómy akejkoľvek látky môžu byť v stabilnom a excitovanom stave a pri prechode z excitovaného stavu do stabilného uvoľňujú excitačnú energiu v forma kvánt žiarivej energie.
K excitácii atómov môže dôjsť rôznymi spôsobmi, ale najčastejšie k tomu dochádza v dôsledku absorpcie energie žiarenia.
Schéma optického kvantového generátora alebo lasera je znázornená na obr. 110, kde 1 je manipulátor na nastavenie polohy dielu vzhľadom na nosník; 2 - záblesková lampa s plynovou výbojkou; 3 - optický kvantový generátor; 4 - osvetľovač miesta zvárania; 5 - rubín (zdroj emitujúci fotóny); 6 - ovládací panel; 7 - binokulárny mikroskop; 8.10 - zvárané diely; 9 - svetelný lúč. Atómy akéhokoľvek prvku sú excitované nepretržitým zdrojom energie (výbojky) a elektróny týchto atómov sa premieňajú na novú kvalitu - energiu. Tok energetických kvánt (fotónov) smerujúcich na povrch pevného telesa premieňa svoju energiu na tepelnú energiu a teplota pevného telesa prudko stúpa, pretože tok fotónov má veľmi vysokú koncentráciu energie.
Ryža. 110
Laserové zváranie nevyžaduje vákuum a je vždy pulzné. Režim zvárania je riadený pulznou frekvenciou a určitým rozostrením lúča na úroveň hustoty energie potrebnej na zváranie produktu.
Poznámka. V priemysle sa využívajú aj iné druhy zvárania, napríklad výbuchové zváranie kovov, chemicko-tepelné zváranie, pri ktorom sa využíva energia chemickej reakcie a iné.
Druhy konštrukčných spojov dielov zváraním
Existujú nasledujúce typy konštrukčných spojov častí zváraním (obr. 111): tupo (SZ); prekrytie (H1); odpalisko (T1); uhlové (U4).
Ryža. 111
Ryža. 112
Podľa tvaru výsledného prierezu švu (obr. 112) je zvykom rozlišovať: zosilnené (konvexné); normálne; oslabené (konkávne).
Okraje spájaných dielov, v závislosti od technológie zvárania (ručné alebo automatické) a umiestnenia švu (voľný prístup k nemu z jednej alebo oboch strán), môžu byť rovnomerné alebo špeciálne pripravené (odrezané) na ďalšie zváranie .
V závislosti od hrúbky častí, ktoré sa majú zvárať (obr. 113), sa vykonávajú rôzne prípravy okrajov: s hrúbkou kovu do 8 mm sa zváranie vykonáva bez rezných hrán; s hrúbkou do 26 mm sa vykonáva rezanie okrajov v tvare písmena F; s hrúbkou viac ako 20 mm sú zvárané zakriveným skosením hrán; pri hrúbke kovu viac ako 12 mm sa odporúča obojstranná drážka v tvare X.
Ryža. 113
Švy s normálnym tvarom sú široko používané. Dĺžka ramena kútového zvaru normálneho tvaru sa nazýva jeho hrúbka a označuje sa písmenom K (obr. 114). Dĺžka kolmice spadnutej z vrcholu pravého uhla k prepone (rez A-A) sa nazýva vypočítaná hrúbka švu. V spojoch s tvarom rovnoramenného trojuholníka je vypočítaná hrúbka k 0 = k sin 45 ° = 0,7k.
Ryža. 114
Vo väčšine prípadov sa noha švu k rovná hrúbke časti s, ale môže byť menšia.
Najmenšia hrúbka pracovných švov v strojárskych konštrukciách je 3 mm. Výnimkou sú konštrukcie, pri ktorých je hrúbka samotného kovu menšia ako 3 mm.
Horná hranica hrúbky zváranej konštrukcie neexistuje, ale použitie zvarov s k > 20 mm je zriedkavé.
Zahriatím a roztavením okrajov častí, ktoré sa majú spojiť. Ak sa tomu predtým podrobovali iba kovy, dnes sa týmto spôsobom spájajú aj iné materiály, ako napríklad plasty.
Môžeme povedať, že zvarový spoj je taký, ktorý bol získaný tavením alebo tlakovým zváraním. Samozrejme, existuje obrovské množstvo metód na dosiahnutie požadovaného výsledku. Napríklad existuje taký prvok ako elektrický oblúk, pomocou ktorého sa vykonáva zváranie. Existuje celý rad metód zvárania, pokúsime sa zvážiť všetky z nich.
Trochu histórie. Klasifikácia
Kovanie kovov je prvým procesom zvárania. Potreba opravy kovových výrobkov, ako aj vytváranie pokročilejších dielov sa stali predpokladom rozvoja zváracích procesov. Takže v rokoch 1800-1802 bol objavený elektrický oblúk. Robili s ňou rôzne pokusy. Na záver sa ľudia naučili robiť zvarové spoje pomocou elektrického oblúka. Na území Ruska sa aktívne uskutočňuje školenie kvalifikovaných zváračov, neustále sa vyvíjajú nové technológie, zásadne odlišné prístupy atď. Pozoruhodným príkladom vynikajúceho teoretického a praktického základu je Baumanov vzdelávací inštitút.
V súčasnosti existuje asi 150 metód, ktorými sa zváranie vykonáva. Spôsoby zvárania sa delia podľa fyzikálnych, technických a technologických vlastností. Takže podľa fyzických ukazovateľov možno rozlíšiť tri veľké skupiny:
- Termálne- ide o druh zvárania vykonávaného tepelnou energiou. To zahŕňa zváranie plynom, oblúkom, laserom a iným zváraním.
- termomechanické- druh zvárania, ktorý zahŕňa použitie nielen tepelnej energie, ale aj tlaku. Môže to byť kontakt, difúzia, kováčske spojenie atď.
- Mechanický typ zvárania. V takýchto prípadoch sa využíva mechanická energia. Najrozšírenejšie je studené trenie atď.
Každý jednotlivý typ sa vyznačuje nákladmi na energiu, šetrnosťou k životnému prostrediu, ako aj zariadením, ktoré sa používa počas prevádzky.
Zváranie plameňom
V tomto prípade je hlavným zdrojom tepla plameň, ktorý sa uvoľňuje v dôsledku spaľovania paliva zmiešaného s kyslíkom. K dnešnému dňu je známych viac ako tucet plynov, ktoré je možné použiť. Najpopulárnejšie sú acetylén, MAF, propán a bután. Vzniknuté teplo roztaví povrchy spolu s výplňovým materiálom.
Operátor reguluje charakter plameňa. Môže byť oxidačný, neutrálny alebo redukčný, v závislosti od množstva kyslíka a plynu v zmesi. V posledných rokoch sa aktívne používa MAF, ktorý poskytuje nielen vysokú rýchlosť zvárania, ale aj vynikajúcu kvalitu zvaru. No zároveň je potrebné použiť drahší drôt s vysokým obsahom mangánu a kremíka. K dnešnému dňu je to najrelevantnejšia zmes pre zváranie plynom, kvôli bezpečnosti a vysokej teplote spaľovania v kyslíku (2430 stupňov Celzia).
Veľa závisí od zloženia kovu, ktorý sa má zvárať. Takže v závislosti od tohto parametra sa vyberie počet plniacich tyčí a pri zohľadnení hrúbky kovu ich priemer. Pri starostlivej príprave sa získa dokonalý zvar.
Všetky spôsoby zvárania (plyn) majú spoločnú vlastnosť, ktorou je plynulé zahrievanie povrchu. Preto sú vhodné na prácu s oceľovými plechmi 0,5-5 mm, neželeznými kovmi, ako aj nástrojovou oceľou a liatinou.
Pozrime sa bližšie na niektoré metódy zvárania plynom. Je ich pomerne dosť.
Vľavo, vpravo a cez zváranie
Pri hrúbke plechu nie väčšej ako 5 mm sa najčastejšie používa ľavý typ zvárania plynom. V súlade s tým sa horák pohybuje sprava doľava a plniaca tyč je vpredu. Plameň smeruje zo švu a dobre ohrieva obrobok a plniaci drôt. Technika sa líši v závislosti od hrúbky kovu. Ak je plech menší ako 8 mm, potom sa horák posúva iba pozdĺž švu. Ak je viac ako 8 mm, potom je potrebné súčasne vykonávať oscilačné pohyby v priečnom smere, aby sa zlepšila kvalita švu. Výhodou ľavého spôsobu je, že operátor má dobrý výhľad na spracovávanú oblasť a môže zabezpečiť rovnomernosť.
Základný rozdiel medzi správnym zváraním je v tom, že je ekonomickejší. Je to spôsobené tým, že plameň horáka nie je nasmerovaný zo švu, ale smerom k nemu. Tento prístup umožňuje zváranie kovov maximálnej hrúbky, pričom uhol otvorenia hrán je malý. Horák sa pohybuje zľava doprava, za ním nasleduje plniaca tyč.
Samozrejme, ak vezmeme do úvahy metódy zvárania plynom, potom určite stojí za zmienku zváranie s priechodným valcom. Používa sa, keď je potrebné získať zvislý tupý spoj. Podstatou je, že v spodnej časti spoja je vytvorený malý priechodný otvor. Pri pohybe horáka sa horná časť otvoru roztaví a po zavedení prísady sa spodná časť zvarí. Keď je hrúbka plechu príliš veľká, práca sa vykonáva na oboch stranách a vykonávajú ju dvaja operátori.
Vaňové zváranie armatúr
Mnohí z nás sú oboznámení s výstužou, ktorá sa aktívne používa pri konštrukcii monolitického rámu. Používa sa v podlahových blokoch, pilótach atď. Pozrime sa bližšie na vlastnosti takéhoto zvárania. Najčastejšie sa používa na vodorovné tyče. Podstatou metódy je, že na spoji sa zvarí oceľová forma. Potom sa v ňom vplyvom tepla oblúka vytvorí kúpeľ roztaveného kovu. Ukazuje sa, že konce zváranej výstuže sa tavia a tvoria spoločný bazén. V súlade s tým sa po ochladení vytvorí plnohodnotná zlúčenina.
Ale pred začatím zvárania kúpeľa je potrebné pripraviť tyče. Robí sa to nasledovne: povrchy, ako aj konce sa vyčistia, pričom sa odstránia všetky druhy znečistenia, napríklad hrdza, vodný kameň a nečistoty. Na tento účel je vhodná kovová kefa. Mimochodom, v mieste zvárania je dôležité odizolovať výstuž na dĺžku 30 mm. Tyče sú inštalované koaxiálne. V tomto prípade by medzera nemala presiahnuť jeden a pol priemeru elektródy (na konci).
Proces prebieha pod vysokými prúdmi. Napríklad s elektródou 6 mm pracuje zváracia jednotka s prúdom 450 ampérov. Ak hovoríme o nízkych teplotách, potom sa prúd zvýši o 10-12%. Okrem toho môže byť práca vykonávaná niekoľkými elektródami naraz. Je potrebné venovať pozornosť skutočnosti, že táto metóda umožňuje znížiť zložitosť procesu, náklady na výrobok, ako aj spotrebu energie. K dnešnému dňu je kúpeľňová metóda zvárania výstuže najobľúbenejšia a najspoľahlivejšia. Je to spôsobené nízkou spotrebou energie a vysokou kvalitou pripojenia.
Tlakové zváranie (plast)
Tento typ zvárania sa tiež nazýva zváranie za studena. Je to spôsobené tým, že počas spojenia nedochádza k dodatočnému ohrevu ošetrovaného povrchu. Táto metóda je založená na plastickej deformácii kovov pod tlakom alebo posúvaním. Práce sa vykonávajú pri normálnych alebo negatívnych teplotách bez difúzie. Táto metóda sa považuje za jednu z najstarších.
Na získanie vysoko kvalitného švu sa používajú špeciálne zariadenia, ktoré spôsobujú deformáciu upravených povrchov, ktoré je potrebné vopred vyčistiť. Výsledkom je monolitické a pomerne pevné spojenie. Existujú rôzne druhy a spôsoby zvárania (plastov). V súčasnosti existujú tri z nich: hrot, šev a zadok.
Zváranie za studena môže spájať materiály ako meď, olovo, hliník, kadmium, železo atď. Najvýhodnejšie zváranie plastov je vtedy, keď je potrebné pracovať s rozdielnymi materiálmi, ktoré sú dosť citlivé na teplo.
Samozrejme si treba uvedomiť, že hlavnou a hlavnou výhodou tlakového zvárania je, že na predhrievanie povrchu nie je potrebné pripájať výkonný zdroj elektrickej energie. Okrem toho je takto získaný šev nielen pevný, ale aj rovnomerný a odolný voči korózii. Existujú však aj určité nevýhody. Spočívajú v tom, že je možné pracovať len s kovmi s vysokou ťažnosťou. Ak je možné použiť niektoré metódy zvárania rúr, iné nie a musí sa použiť tavenie. To platí pre vodovodné potrubia a plynovody.
Klasifikácia metód zvárania. Pokračovanie
Samotný proces prebieha nasledovne. Časti, ktoré sa majú spojiť, sú inštalované v tesnej blízkosti seba. Potom sa dodáva výkonný zdroj tepla, ktorý roztaví diely, ktoré sa majú spojiť.
Do spoločného zvarového kúpeľa sa pridáva roztavený kov (bez akýchkoľvek dodatočných mechanických vplyvov). Po odstránení zdroja tepla zo zvaru sa zvar ochladí a zvarový kov vytvorí veľmi pevný spoj. Hlavným problémom je, že zdroj tepla musí mať vysoký výkon a teplotu. Napríklad na prácu s oceľou, meďou alebo liatinou potrebujete zariadenie s teplotou 3 000 stupňov Celzia. Ak sa tento ukazovateľ zámerne zníži, produktivita zvárania prudko klesne a proces sa stane neefektívnym.
Klasifikácia metód tavného zvárania v závislosti od zdroja tepla je nasledovná:
- Oblúkové zváranie. Ako zdroj tepla sa používa elektrický oblúk, ktorý horí medzi elektródou a povrchom, ktorý sa má zvárať.
- Zdrojom tepla je stlačený elektrický oblúk. Vysokou rýchlosťou (nadzvukovou) ňou je vháňaný plyn, ktorý nadobúda vlastnosti plazmy.
- Elektrotroska- kov sa ohrieva roztaveným tokom, ktorým preteká elektrický prúd.
- zváranie elektrónovým lúčom- ohrev sa uskutočňuje z kinematickej energie elektrónov. Pohybujú sa vo vákuu pod vplyvom elektrického poľa.
- laserové zváranie vzniká zahrievaním kovu cez optický lúč kvantového generátora. V tomto prípade môže byť rozsah žiarenia svetelný alebo infračervený.
- Plynové zváranie- roztavenie upraveného povrchu v dôsledku spaľovania zmesi plynu a kyslíka.
Oblúkové zváranie a jeho druhy
Dnes je pre mnohé priemyselné odvetvia najdôležitejšie zváranie elektrickým oblúkom. Ak spočítame počet inštalácií v prevádzke, zamestnanosť medzi odborníkmi, ako aj počet výrobkov, potom je tento spôsob získavania vysokokvalitných švíkov celosvetovým lídrom. Pozrime sa na hlavné metódy oblúkového zvárania. Dnes ich je viacero.
Najbežnejšie je automatické zváranie. Jeho podstata spočíva v tom, že niektoré pohyby operátora sú automatizované. Napríklad napájanie elektródy a jej pohyb pozdĺž švu sa vykonáva bez ľudského zásahu (na rozdiel od poloautomatického režimu). Tento prístup je dobrý v tom, že kvalita švu a produktivita sa o niečo zvýši a riziko zranenia sa zníži. Často sa používa ochranný plyn, ktorý je potrebný na zabránenie nitridácii a oxidácii zvarového spoja počas práce.
Existuje aj ručné zváranie, ktoré spočíva v tom, že sa tavné hrany dotýkajú a budia elektrický oblúk (netaviteľnou elektródou). Po zahriatí a roztavení výplňového materiálu sa získa kúpeľ, ktorý následne vytvorí šev. Je potrebné venovať pozornosť skutočnosti, že metódy zvárania elektródou pomocou elektrického oblúka sú klasifikované podľa niekoľkých technických vlastností. Napríklad podľa typu použitých plynov (aktívne a inertné), podľa stupňa mechanizácie (manuálna, automatická atď.) a podľa iných kritérií.
Získajte viac informácií o ručnom oblúkovom zváraní
Vo všeobecnosti sme už zvážili princíp získania zvarového spoja v ručnom režime. Pozrime sa na túto problematiku podrobnejšie. K dnešnému dňu existujú metódy ručného oblúkového zvárania, z ktorých každý je jedinečný svojím vlastným spôsobom. Napríklad v procese možno použiť rôzne elektródy: spotrebné a nespotrebovateľné. Ak sa zvolí druhý typ, potom sa švové spojenie uskutoční nasledovne: okraje sa na seba nanesú a grafit sa privedie na povrch, ktorý sa má ošetriť, a vytvorí sa oblúk. V dôsledku toho sa vytvorí kúpeľ, ktorý po chvíli stvrdne a vytvorí zvar. Táto metóda je najrelevantnejšia pri práci s neželeznými kovmi a ich zliatinami a používa sa aj na povrchovú úpravu.
Ďalším spôsobom je použitie spotrebnej elektródy so špeciálnym povlakom. Túto metódu možno nazvať klasickou, pokiaľ ide o ručné zváranie, pretože je najbežnejšia a používa sa už dlho. Jediný rozdiel od vyššie uvedenej metódy spočíva v tom, že elektróda sa taví s povrchom. Výsledkom je bežný kúpeľ, ktorý po odstránení oblúka vytvrdne a vytvorí vysoko kvalitný zvar. Výber spôsobu zvárania závisí od konkrétnej situácie, materiálu, jeho zloženia a mnoho ďalších.
Niekoľko dôležitých bodov
Uvažovali sme o hlavných metódach zvárania. Podmienečne sú rozdelené do troch veľkých skupín: studené, horúce a plynové. Je však potrebné poznamenať, že niekedy sa používajú špeciálne metódy na získanie švu. To je nevyhnutné, pokiaľ ide o reaktívne kovy a ich zliatiny. Mimochodom, takéto materiály sa čoraz viac používajú v stavebníctve na výstavbu kritických uzlov. V takýchto prípadoch sa pracuje s nízkym obsahom kyslíka a dusíka vo vzduchu a zdroj musí mať vysokú teplotu. Pozoruhodným príkladom je plazmové a lúčové zváranie. V druhom prípade je zdroj lúča podobný kineskopu a má napätie rádovo 30-100 kV.
Zváranie plazmou je oveľa náročnejšie a zaujímavejšie z hľadiska získania kvalitného spoja. S jeho podstatou sme už trochu prišli. Proces má také kľúčové vlastnosti, ako je vedenie elektrického prúdu plazmou. Plyn, ktorý tvorí plazmu, okrem svojej hlavnej úlohy tiež chráni šev pred oxidačnými procesmi a nitridáciou. Dá sa s istotou povedať, že ide o pozoruhodnú metódu, existujú však určité obmedzenia. Napríklad napájací zdroj musí mať napätie viac ako 120 V a inštalácia je veľmi nákladná a komplikovaná.
Záver
Takže sme prišli na to, čo je zváranie. Existujú rôzne spôsoby zvárania. Vo väčšine prípadov stojí operátor pred úlohou získať nielen kvalitný, ale aj odolný šev, ktorý bude dlhodobo odolávať mechanickému namáhaniu. Na tento účel existujú rôzne spôsoby zvárania elektródou, napríklad spotrebným alebo nespotrebným. Okrem toho sa technológia môže líšiť v závislosti od techniky majstra. Niekomu vyhovuje robiť prácu ľavým zváraním, niekomu pravým.
Dokonca aj základné metódy zvárania výstuže sa musia vykonávať podľa pokynov. Súhlaste, nebude to veľmi príjemné, ak sa priečka zrúti len preto, že zvárač podviedol a rozhodol sa trochu ušetriť.
Dnes sa čoraz častejšie vyskytujú zložité a drahé typy získavania zlúčeniny. Je to spôsobené niektorými faktormi. Po prvé, technologický pokrok vedie k tomu, že nie je vždy možné použiť kováčske zváranie kvôli krehkosti konštrukcie. Po druhé, snažia sa získať vysoko kvalitný šev, ktorý by sa nezrútil pri dlhodobom dynamickom a vibračnom zaťažení. To nie je ťažké dosiahnuť, najmä ak vezmeme do úvahy, že otrasy a vibrácie sú hlavnými nepriateľmi zváraného spoja. Ale moderné zváranie (metódy zvárania) sa neustále zdokonaľuje, vyvíjajú sa stále nové a nové prístupy na spevnenie a získanie pevných a kvalitných spojov.
Zváranie kovov je proces, v dôsledku ktorého sa vytvára integrálne spojenie vytvorením medziatómových väzieb medzi časťami, ktoré sa majú zvárať, počas ich lokálneho alebo všeobecného zahrievania, plastickej deformácie alebo pri kombinovanom účinku oboch. Moderné technológie umožňujú zváranie takmer za akýchkoľvek podmienok: ako v špeciálne vybavenej dielni, tak aj pod holým nebom, pod vodou a dokonca aj vo vesmíre. Na zhotovenie zvarových spojov je potrebný zdroj energie, môže to byť: elektrický oblúk, horiaci plyn, elektrónový lúč, laserové žiarenie, ultrazvuk, trenie.
Klasifikácia druhov zvárania
Podľa hlavných fyzikálnych vlastností sa rozlišujú tri triedy zvarových spojov v závislosti od formy použitej energie: tepelná trieda - využíva sa tepelná energia, termomechanická trieda - tepelná energia a tlak, mechanická trieda - mechanická energia a tlak.
Tepelná trieda zahŕňa tieto typy zvárania: elektrický oblúk, plynový plameň, plazma, laser, elektrónový lúč, elektrotroska. Úplne prvý typ zvárania kovov v histórii - kováčsky, patrí do termomechanickej triedy, aj táto trieda zahŕňa: kontaktné, difúzne, vysokofrekvenčné zváranie prúdom a trecie zváranie. Mechanická trieda zahŕňa zváranie výbuchom, zváranie ultrazvukom a zváranie za studena.
Aplikácia najbežnejších typov zvárania
Najpoužívanejším spôsobom zvárania kovov je zváranie elektrickým oblúkom. Ručné oblúkové zváranie je užitočné pri zhotovovaní krátkych a zakrivených zvarov, napríklad pri výrobe zapustených dielov, a pri práci na ťažko dostupných miestach, napríklad pri výrobe kovových konštrukcií na zákazku a ich montáži. Automatické zváranie pod tavivom sa používa v sériovej a hromadnej výrobe, ak je potrebné usporiadať dlhé priame alebo obvodové zvary, napríklad pri výrobe žeriavových nosníkov.
Ďalšou bežnou metódou je zváranie plynom. Pri zváraní plynom sa kovové polotovary zahrievajú hladšie ako pri oblúkovom zváraní, čo určuje hlavné oblasti jeho použitia: pri zváraní kovov s nízkou teplotou topenia a zliatin, ktoré vyžadujú postupné zahrievanie a chladenie, ako aj tenkostenných kovov do 3 mm hrubé, napríklad pri zváraní oceľovej rúry pre vodovodné potrubia.
Zváranie je proces získania integrálneho spojenia dvoch alebo viacerých častí vyrobených z pevných materiálov (kovov) lokálnym tavením alebo deformáciou spoja s ohrevom a bez neho, aby sa získali silné medziatómové väzby na ich rozhraní. Takáto konvergencia sa dosiahne roztavením okrajov častí, ktoré sa majú zvárať, alebo ich spojovou plastickou deformáciou pôsobením tlaku. Všetky typy zvárania teda možno rozdeliť do dvoch hlavných skupín: tavné zváranie a tlakové zváranie.
O tavné zváranie okraje zváraných dielov a prídavný materiál sa roztavia teplom zváracieho oblúka alebo plynového plameňa, čím sa vytvorí takzvaný zvarový kúpeľ. Pri kryštalizácii kovu zvarového kúpeľa začína rast kryštálov roztavenými kryštálmi základného kovu, kovová väzba je zabezpečená tvorbou spoločných zŕn zvaru so základným kovom. O tlakové zváranie spojom usmernená plastická deformácia zváraných kovov prispieva ku kontaktu a miešaniu ich atómov a vytváraniu medziatómových väzieb. Pri niektorých typoch zvárania je proces získavania kovového spojenia sprevádzaný zahrievaním častí, ktoré sa majú zvárať, do plastického stavu alebo roztavením povrchov, ktoré sa majú zvárať.
Podľa GOST 19521-74 je zváranie kovov klasifikované podľa fyzikálnych, technických a technologických vlastností.
Klasifikácia druhov zvárania kovov podľa fyzikálnych vlastností. V závislosti od formy energie použitej na vytvorenie zvarového spoja existujú tri triedy zváracích procesov: tepelné, termomechanické a mechanické. Typ zvárania kombinuje zváracie procesy podľa typu zdroja energie priamo použitého na vytvorenie zvarového spoja.
TO tepelná trieda zahŕňajú druhy zvárania uskutočňované tavením s využitím tepelnej energie, a to: oblúkové, elektrotroskové, elektrónový lúč, plazmový lúč, iónový lúč, doutnavý výboj, svetelný, indukčný, plynový, termitový a zlievarenský.
TO termomechanická trieda zahŕňajú druhy zvárania vykonávané pomocou tepelnej energie a tlaku, a to: kontaktné, difúzne, indukčné lisovanie, plynové lisovanie, termokompresie, oblúkové lisovanie, troskové lisovanie, termitové lisovanie a pec.
do mechanickej triedy zahŕňajú druhy zvárania vykonávané pomocou mechanickej energie a tlaku, a to: studené, výbuchové, ultrazvukové, trecie a magnetické impulzy.
Klasifikácia druhov zvárania kovov podľa technických vlastností. Medzi technické vlastnosti patrí: spôsob ochrany kovu v zóne zvárania, kontinuita procesu a stupeň mechanizácie zvárania.
Podľa spôsobu ochrany kovov Existuje zváranie vo vzduchu, vákuum, ochranné plyny, ponorný oblúk, tavivo, pena a kombinované tienenie. Ako ochranný plyn môžu byť aktívne plyny (oxid uhličitý, dusík, vodík, vodná para a zmes aktívnych plynov), inertné plyny (argón, hélium a zmes argónu s héliom), ako aj zmes inertných a aktívnych plynov. byť použitý. Tienenie roztaveného kovu v zóne zvaru môže byť prúdové alebo riadená atmosféra. Prúdová ochrana roztaveným kovovým plynom, vykonávaná iba zo strany zváracieho oblúka, sa nazýva jednostranná, ochrana zo strany zváracieho oblúka a koreňa zvaru sa nazýva obojstranná.
Kontinuitou procesu typy zvárania sú kontinuálne a prerušované; podľa stupňa mechanizácie sa druhy zvárania delia na ručné, mechanizované, automatizované a automatické.
Klasifikácia typov zvárania kovov podľa technologické vlastnosti. Podľa technologických vlastností sa zváranie delí na oblúkové, elektrotroskové, elektrónovým lúčom, plazmovým lúčom, svetelné, plynové, kontaktné, difúzne, pecné, studené a ultrazvukové.
2. Klasifikácia uhlíkových ocelí podľa zvariteľnosti
Zvárateľnosť ocele známeho chemického zloženia sa posudzuje podľa ekvivalentného obsahu uhlíka.
Podľa zvárateľnosti sa ocele delia do štyroch skupín: prvá skupina - Dobre zvárané, druhé uspokojivo, tretí - obmedzenéštvrtý - Zle zvárateľné.
Do prvej skupiny patria ocele, v ktorých C EC nie je viac ako 0,25 %. Tieto ocele pri konvenčných procesoch zvárania nepraskajú. Zváranie týchto ocelí sa vykonáva bez ohrevu a po zváraní nie je potrebné žiadne následné tepelné spracovanie, získajú sa vysoko kvalitné zvarové spoje.
Do druhej skupiny patria ocele, v ktorých je C eq v rozsahu 0,2-0,35%. Na získanie zvarových spojov dobrej kvality je potrebné prísne dodržiavať podmienky zvárania, použitie špeciálneho prídavného kovu, najmä dôkladné čistenie okrajov, ktoré sa majú zvárať a normálne teplotné podmienky, a v niektorých prípadoch predhriatie na 100-150 °C s následným je potrebné tepelné spracovanie.
Do tretej skupiny patria ocele, v ktorých je C eq v rozmedzí 0,35-0,45%. Do tejto skupiny patria ocele, ktoré sú za normálnych podmienok zvárania náchylné na praskanie. Zváranie týchto ocelí sa vykonáva s predhriatím na 250-400 ° C, po ktorom nasleduje popúšťanie.
Do štvrtej skupiny ocelí patria ocele, v ktorých je CEC viac ako 0,45 %. Takéto ocele sa ťažko zvárajú a sú náchylné na praskanie. Zváranie týchto ocelí sa musí vykonávať s predhrievaním a následným tepelným spracovaním.
3. Účel a druhy tepelného spracovania zvarových spojov.
