Montagpena.ru

Строительство и Монтаж
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Лазерные технологии

Лазерные технологии

Внедрение технологий лазерной сварки позволяет повысить качество сварных соединений, уменьшить тепловложение и уровень остаточных напряжений и деформаций сварной конструкции, снизить трудозатраты на последующую обработку конструкции, повысить производительность сварочного процесса.

Локальность нагрева и высокие скорости обработки, характерные для лазерной сварки позволяют получать сварные швы с минимальной зоной термического влияния. Высокие скорости нагрева и охлаждения материала при лазерной сварке обеспечивают возможность получения равнопрочных сварных соединений не только однородных, но и разнородных материалов. Наличие глубокого проплавления снижает количество проходов при сварке толстостенных конструкций и позволяет проводить сварку без разделки кромок. При этом необходимо учитывать повышение требований к качеству сборки конструкций под сварку. Возможность транспортировки лазерного излучения с помощью зеркал и оптических волокон позволяет осуществлять сварку в труднодоступных местах.

Институтом лазерных и сварочных технологий разработаны и применяются технологии лазерной сварки нержавеющих сталей, лазерной сварки алюминиевых, титановых сплавов и разнородных соединений, лазерной сварки пластмасс.

Лазерная сварка нержавеющих сталей

Технология сварки нержавеющих сталей отличается от сварки углеродистых рядом особенностей. Практически все нержавеющие стали являются высоколегированными сплавами и обладают другими физико-химическими свойствами. У нержавеющих сталей удельное электрическое сопротивление практически в 6 раз больше, температура плавления на 100 градусов меньше, чем у низколегированного и углеродистого проката. Теплопроводность практически в два раза меньше, что приводит к концентрации теплоты и увеличению области проплавления в зоне сварки. Также у нержавеющих сталей термический коэффициент линейного расширения выше практически на 20%, что способствует существенной деформации во время сварки. Указанные факторы могут способствовать появлению существенных остаточных напряжений, которые могут привести к значительному короблению металлоконструкции и образованию трещин, а неправильный термический режим также может снизить коррозионные свойства сварного соединения.

Классические виды сварки преимущественно осуществляются с существенным перегревом. Перспективные методы лучевой обработки позволяют избежать подобных последствий. Лазерные и лазерно-дуговые методы сварки также позволяют существенно снизить затраты присадочных материалов. Локальный нагрев позволяет получить зону термического влияния толщиной не более 2-3 мм, и избежать коробления конструкции. Высокая скорость сварки позволяет уменьшить остаточные напряжения и, в итоге, избежать образование трещин при сварке и исключить негативное влияние перегрева на коррозионные свойства металла.

Институтом лазерных и сварочных разработана специальная система газовой защиты для сварки высоколегированных сталей толщиной от 0,4 – 15мм. Экспериментальные исследования показали получение качественного сварного соединения, при значениях скоростей сварки в диапазоне от 1 до 5 м/мин., обеспечивающих стабильное формирование сварного шва при отсутствии дефектов. Для определения технологических параметров сварки на базе института была разработана математическая модель процесса сварки в различных пространственных положениях, которая была экспериментально верифицирована. Разработанная модель процесса формирования шва при лазерной сварке является эффективным средством анализа нестационарных процессов и может обоснованно применяться для отбора стабильных технологических режимов для сварки нержавеющих сталей.

Лазерная сварка алюминиевых, титановых сплавов и разнородных соединений

В авиакосмической промышленности, судостроении, транспортном машиностроении и других отраслях промышленности при изготовлении целого ряда ответственных изделий часто бывает необходимо применять сварку разнородных материалов: подобные соединения возникают при изготовлении несущих алюминиевых элементов фюзеляжа, крыльев самолетов, судовой и топливной арматуры из алюминия со стальным корпусом, топливных баков, соединения медно-никелевого сплава с углеродистой сталью при изготовлении холодильных установок, испарителей, сосудов давления и т.п.

Задача сварки разнородных материалов технологически достаточна сложна. Это связано с металлургическими особенностями формирования швов таких соединений при сварке плавлением. Многие сочетания разнородных металлов: медь/алюминий, алюминий/сталь, алюминий/титан, титан/сталь, железо/ниобий и др. имеют ограниченную взаимную растворимость.

В авиастроении требуется применять сварку алюминиевых сплавов со сталями и сплавами на основе титана и меди. Сварка алюминиевых сплавов с другими материалами сопровождается рядом трудностей: большая разница в теплопроводности ведет к интенсивному теплоотводу в сторону алюминия, что препятствует образованию качественного сварного соединения. Металлургические особенности формирования соединения разнородных материалов, одним из которых является алюминиевый сплав, приводят к образованию в зоне сплавления хрупких интерметаллидов, что негативно влияет на свойства сварного соединения. В связи с указанными трудностями только некоторые виды сварки подходят для соединения таких разнородных материалов.

Лазерная сварка является одним из наиболее перспективных методов. В сравнении с другими методами сварки разнородных материалов, данный метод не требует применения дополнительных материалов, специальной обработки кромок, а также обладает высокой скоростью сварки (до 4 м/мин). Данный метод позволяет получить ультратонкую диффузионную зону и избежать появления дефектов. Главной особенностью лазерной сварки и математической модели, разработанной для данного метода сварки, является возможность прогнозирования скоростей диффузионного обмена, которые зависят от регулируемых температурно-временных условий взаимодействия металлов при сварке. Путем варьирования скорости сварки, величины смещения фокуса лазерного пучка в сторону одного из свариваемых металлов, мощности излучения, можно получить требуемую структуру сварного соединения.

Экспериментальные исследования, проведенные в ИЛИСТ с использованием соответствующего технологического и исследовательского оборудования показали, что при варьировании вышеперечисленных параметров можно получить ультратонкую диффузионную зону без непрерывных интерметаллидных прослоек. При этом, в сварном шве отсутствуют такие дефекты, как трещины и поры, а механические свойства сварного соединения соответствуют свойствам используемого алюминиевого сплава.

Лазерная сварка пластмасс

6.jpg

Лазерная сварка является актуальной технологией для соединения термопластов в промышленности. Несмотря на то, что большинство пластиков прозрачны для лазерного излучения диодного лазера, сварка возможна за счет комбинации прозрачных и непрозрачных пластиков, при этом зона высоких температур ограничена областью контакта. При этом поверхность прозрачного пластика не подвержена деструкции. При сварке прозрачных пластиков необходимо использовать поглощающие добавки. Дополнительный контроль температуры активной зоны обеспечивает высокое качество технологического процесса.

Читайте так же:
Осциллограф для чего применяется

Температура плавления металла при сварке

СОХРАНЕНИЕ ЦИНКОВОГО ПОКРЫТИЯ НА СТАЛИ ПРИ ДУГОВОЙ СВАРКЕ В СРЕДЕ АРГОНА

Павлюк С.К., Лупачёв А.В.

(Белорусско-Российский университет, г. Могилев, РБ)

The distinction in mechanisms of damage and destruction of a zinc covering on steel is revealed at fusion welding by an open arch and arc soldering in argon: oxidation and evaporation of zinc in the heated up zone near to a seam — at fusion welding and primary evaporation of zinc — at the arc soldering.

Расширяется использование сталей с защитными антикоррозионными и декоративными покрытиями, в том числе и цинковыми, увеличивающими жизненный цикл металлических конструкций.

Цинковые покрытия являются активными. Они обеспечивают электрохимическую защиту металла на протяжении длительного, измеряемого десятилетиями, срока службы. Во влажной атмосферной или жидкой среде цинковое покрытие не отслаивается, а постепенно утоняется, при этом и дальше будет разрушаться цинковое покрытие, предотвращая процесс коррозионного разрушения стали.

В данной работе исследованы возможности сохранения целостности цинкового покрытия на низкоуглеродистых сталях и выявлены пути дальнейшего совершенствования технологии дуговой сварки.

При сварке плавлением и высокотемпературной пайке (сварко-пайке) возможно частичное или полное разрушение цинкового слоя, граничащего со швом. В некоторых случаях снятие цинкового покрытия с поверхностей участков свариваемого металла является составляющей технологии сварки оцинкованных сталей.

Участки покрытия с частично или полностью разрушенным цинковым слоем обладают пониженной коррозионной стойкостью, причем степень этого понижения существенно зависит от ширины участка повреждения покрытия в результате высокотемпературного нагрева при сварке или пайке. Поэтому при проектировании технологии сварки оцинкованных сталей ставится задача предотвращения разрушения прилежащего к шву цинкового покрытия, а в случае невозможности его сохранения — обеспечение минимального утонения покрытия и сужение участка повреждения до ширины, при которой проявляется действие электрохимической защиты. Это не всегда удается, поэтому участки повреждения цинка после сварки покрывают составами, содержащими алюминиевый или цинковый порошки. Радикальным вариантом решения проблемы является цинкование конструкции после завершения сварки и послесварочной обработки. Цинкование крупногабаритных конструкций после сварки не всегда возможно.

В промышленности применяется способ сварко-пайки оцинкованных сталей, позволяющий при использовании проволоки из медных сплавов в защитной атмосфере инертного газа (аргона) минимально повредить покрытие.

Повреждения покрытия характеризуются шириной поврежденных участков и оставшейся после высокотемпературного нагрева толщиной слоя цинка. Эти параметры зависят от термического цикла сварки, определяющего характер процесса, ширину поврежденных участков, а также остаточную толщину покрытия, которая зависит от времени пребывания покрытия при температурах испарения и окисления.

Сварные конструкции различного назначения обычно изготовляют из оцинкованных стальных листов толщиной 0,6-2 мм. Сварные соединения выполняют за один проход.

Р асчетами и экспериментально получены распределения температур, ширины зон и времени пребывания при температурах начала окисления, плавления и испарения цинка.

Исследованы процессы разрушения и испарения цинка в зависимости от температуры сварочного нагрева оцинкованного листа. Определены максимальные температуры нагрева металла в направлении, перпендикулярном оси шва. Распределение температур получено для погонной энергии q / = 9,6·10 7 Дж/м 2 для дуговой сварки и q / = 5,76·10 7 Дж/м 2 для дуговой пайки. В обоих случаях приняты стандартные режимы сварки и пайки за один проход оцинкованного металла толщиной 2 мм при толщине цинкового покрытия 0,1 мм .

Общая ширина зоны возможного повреждения цинкового покрытия для сварки в защитном газе составляет 28 мм. В этой зоне можно выделить 3 участка, отличающихся по механизму повреждения. Так, на участке 1, примыкающем к сварному шву и нагретом до температур кипения цинка (1500-911 о С) наблюдается интенсивное разрушение покрытия вследствие кипения и испарения цинка.

В связи с высоким сродством цинка к кислороду воздух и углекислый газ для цинка являются окислительной средой. Пары цинка из-за высокого сродства к кислороду окисляются при взаимодействии с кислородом воздуха, образуя дисперсные оксиды, являющиеся вредными веществами, которые переносятся нагретым воздухом и загрязняют зону дыхания сварщика.

Предотвратить окисление цинка можно использованием инертной газовой защиты не только расплавленного металла, но и участков нагретых свыше 200 о С. При этом парциальное давление кислорода в защитной атмосфере должно быть меньше упругости диссоциации оксида цинка, а значит необходимо использовать для защиты аргон или гелий высокой чистоты. Образующийся слой дисперсных оксидов не препятствует испарению и окислению цинка. Процессы испарения и окисления приводят к полному разрушению цинкового покрытия на этом участке.

На участке 2 металл нагрет до температур 911-419 о С, превышающих температуру плавления цинка. Здесь возможен процесс окисления цинка при сварке открытой дугой. Интенсивность испарения цинка постепенно снижается по мере удаления от оси шва рассматриваемой точки металла в сторону точек, нагретых до температуры плавления.

При сварке покрытыми электродами или в углекислом газе на участке 3, нагретом до температур 419-200 о С, образуются слои оксида цинка невысокой плотности, поэтому кислород из окислительной среды проникает к поверхности цинка. Остаточная толщина защитного слоя цинка зависит от времени пребывания металла при температурах окисления. Ширина участков, на которых происходит повреждение цинкового покрытия, зависит линейно от величины погонной энергии.

Длительность пребывания металла при температурах выше кипения, плавления и окисления определяет степень повреждения цинкового покрытия. Это время увеличивается практически по линейной зависимости с ростом удельной погонной энергии сварки или сварко-пайки.

Читайте так же:
Степлер для рамок и багетов

На средине участка 1 кипения цинка время пребывания металла для сварки составляет 1,6 с, а при пайке всего 0,48 с. Тем не менее, при сварке и пайке цинковое покрытие толщиной 0,05 мм испаряется полностью.

На участке 2 расплавления покрытия средняя толщина испарившегося слоя при сварке равна 0,185 мм, а при пайке 0,108 мм. Если покрытие тонкое, (менее 0,02 мм), то на участках испарения и окисления при сварке и пайке на исследованных режимах покрытие повреждается полностью.

На участке 3, нагретом до температур 419-200 о С, покрытие окисляется частично, а при защите зоны сварки инертным газом сохраняется полностью. Даже при относительном сохранении покрытия в соединениях, выполненных дуговой сваркой, металл шва совершенно не защищен от коррозии.

Границей паяного шва является температура ликвидуса сплава, используемого в качестве припоя. Эта температура достигает 1020 о С. Цинковое покрытие при пайке нагревается на узком участке шириной 6 мм. Это существенное преимущество дуговой пайки перед сваркой, где ширина этого участка на исследуемом режиме составляет 12 мм.

При естественном испарении цинка, когда отсутствует принудительное движение пара, процесс испарения цинка идет медленно. Однако испарение цинка существенно ускоряется при обтекании расплавленного цинкового покрытия потоком защитного газа, т.е. при сварко-пайке имеет место искусственное повышение скорости испарения. Снижение парциального давления над расплавленным металлом вследствие сдувания защитным газом интенсифицирует процесс разрушения покрытия из-за более быстрого испарения.

Экспериментально установлено, что сварку и сварко-пайку оцинкованных сталей целесообразно выполнять при рационально организованной защите зоны нагрева инертным газом, расход которого должен быть небольшим (4-5 л/мин) и обеспечивать ламинарный режим истечения газа при использовании горелки с цилиндрическим соплом диаметром 18-20 мм. Сварку и сварко-пайку можно выполнять в камере с защитной атмосферой из аргона высокой чистоты.

Протяженность всех рассмотренных участков практически линейно зависит от величины тепловложения, необходимого для образования единицы площади шва, т.е. от погонной энергии.

Для получения качественного соединения необходимо использовать минимальную погонную энергию при сварке и сварко-пайке. При этом снижается устойчивость горения дуги на малой силе сварочного тока, а также возникают трудности при ручном манипулировании и перемещении сварочной горелки на высоких скоростях сварки. Последние две трудности преодолеваются путем механизации, автоматизации или роботизации процесса.

При сварко-пайке на малых токах ( I д = 30-40 A , U д = 18 В, V св = 0,1 м/с.) и погонной энергии q / V δ = 2,55·10 7 Дж/м 2 цинковое покрытие может быть частично сохранено, поскольку толщина испарившегося слоя меньше первоначальной толщины цинкового покрытия.

При дуговой сварке и сварко-пайке оцинкованных сталей в среде аргона реализованы возможности сохранения целостности цинкового покрытия, сужения ширины поврежденных участков, позволяющие существенно увеличить коррозионную стойкость соединений.

Это достигнуто ограничением температурного воздействия на цинковое покрытие за счет ряда мероприятий: сокращения времени пребывания при высоких температурах, использования электродов малого диаметра (до 1 мм) из медного сплава и соответствующим ограничением тока; использования тиристорных источников питания, позволяющих обеспечить устойчивое горение дуги на токах, начиная с 30-40 А и регулирования тепловложения в сварное соединение; модулированием тока высокой частоты и пропусканием импульсов в те периоды времени, когда анодом является изделие; применением в качестве защитного газа аргона высокой чистоты и совершенствованием струйной газовой защиты с таким расчетом, чтобы защитить не только шов, но и зону основного металла, нагретого до температуры выше 200 о С, и обеспечить малые скорости истечения защитного газа из горелки при расходе 4-6 л/мин.

Нагрев покрытия из цинка при сварке приводит к образованию паров цинка, которые воспламеняются и сгорают зеленовато-белым пламенем, образуя вредные для здоровья человека оксиды цинка в виде аэрозолей. Ограничение температурного воздействия на цинковое покрытие при сварке позволяет снизить выделение вредных паров цинка в окружающую среду и улучшить условия работы сварщиков.

Дальнейшее совершенствование процесса дуговой сварки оцинкованных сталей предполагает: разработку и использование для сварки проволок из бронзы, содержащей олово, кремний и другие элементы с возможно более низкой температурой ликвидуса (900-910 о С) с тем, чтобы снизить протяженность зоны нагрева до температуры кипения цинка или полностью устранить эту зону; разработку состава цинкового покрытия для сварки оцинкованных сталей с тем, чтобы при нагреве выше 200 о С образовывались не рыхлые слои оксидов, а более плотные оксиды, например, содержащие кремний и олово, что одновременно позволит улучшить условия труда за счет снижения испарения цинка; рационализировать конструкции соединений с тем, чтобы уменьшить объемы наплавленного металла или припоя в швах и соответственно снизить теплоэнергетическое воздействие на зону цинкового покрытия.

Какие виды сварки бывают: классификация и характеристика способов сварки

Соединение металлов осуществляется путем разогрева кромок при помощи термита. Это специальный порошок, состоящий из мелкой фракции алюминия и железной окалины. Вместо алюминия допустимо применение в составе магния.

Суть термитной сварки состоит в сведении двух сторон изделия, между которыми предусматривается зазор. Концы помещаются в огнеупорную форму, изолирующую металл от внешней среды и задающую ширину и высоту сварочного соединения. К форме подведен бункер (тигль) с термитным порошком.

Стороны изделия предварительно разогревают. Обычно используют пропано-кислородное или керосино-кислородное пламя. После этого термит поджигают в бункере пламенем или запалом и накрывают крышкой. Одновременно открывают подачу из бункера снизу в зону стыковки.

Жидкий металл заливает форму и расплавляет собой окончательно кромки. Происходит сваривание сторон. Затем выжидают, пока изделие не остынет, и убирают форму. На поверхности возможны неровности, наплывы, поэтому может потребоваться механическая обработка.

Читайте так же:
Пила инструменты и оборудование

работа

Термическая сварка применяется для соединения:

Подходит для сварки углеродистых сталей и чугуна толщиной 10-15 см. В миниатюрном варианте таким методом сплавляют кабеля и провода. Технология позволяет соединять металлы большого сечения в труднодоступных местах, экономит время. Но швы получаются очень грубыми и нуждаются в шлифовке, поэтому для фасадной части изделий не подходят.

Чаще всего при помощи термитной сварки ремонтируют железнодорожные пути. Соединения выполняют по ГОСТ Р 57179-2016, а стыки обозначаются аббревиатурой «ССР» — «стыковое соединение рельсов».

Электродуговая контактная сварка

Сварка электрической дугой является одной из самых распространенных, поскольку подходит для соединения большинства типов металлов и проста в реализации. Все подвиды электродуговой сварки имеют общий принцип — задействуется ток с пониженным напряжением (для безопасности сварщика) и повышенной силой (для расплавления металла).

Между положительным и отрицательным концами, подключенными к источнику тока, при касании, возбуждается электрическая дуга. Если удерживать зазор между полюсами в 3-5 мм, дуга горит стабильно и выделяет температуру до 5000º С. Этого достаточно, чтобы плавить кромки основного металла. Способ защиты сварочной ванны и заполнение стыка осуществляются по-разному, от чего электродуговая контактная сварка делится на несколько разновидностей.

Ручная дуговая сварка (ММА, РДС)

инверторы.jpg

В международной системе классификации обозначается как ММА — Manual Metal Arc. Наиболее бюджетный способ сварки, поскольку аппараты ММА стоят дешевле остальных. Подходит для работ в гараже, на даче и для неответственных соединений на производстве. Электрическая дуга горит здесь между изделием и концом плавящегося электрода, размещенного в держателе.

Электрод состоит из металлического стержня и обмазки. Стержень тоже плавится от температуры дуги и жидкий металл переносится на изделие, заполняя стык. Обмазка выступает в качестве защиты жидкой сварочной ванны. Покрытие электрода плавится, создавая газовое облако, препятствующее воздействию внешней среды.

Сварщик манипулирует держателем и электродом, задавая ширину, высоту шва и глубину проплавления. Электрод постоянно укорачивается, поэтому требуется навык, чтобы научиться удерживать зазор между концом электрода и изделием в пределах 3-5 мм.

После остывания соединения на поверхности образуется шлаковая корка. Она удаляется шлакоотделителем и шов осматривается на предмет дефектов. Выполняется ММА сварка на переменном или постоянном токе, для чего задействуются трансформаторы или инверторы, выпрямители.

При помощи ручной дуговой сварки (РДС) можно соединять:

Для создания однородного шва используются электроды с аналогичным составом стержня. Сварка возможна во всех пространственных положениях, но отличается низкой производительностью. Возможно сваривание сторон толщиной до 30 мм с глубокой разделкой кромок.

Аргоновая сварка (TIG)

инверторы (TIG).jpg

В международной системе прописывается TIG — Tungsten Inert Gas. При аргонодуговой сварке электрическая дуга горит между концом вольфрамового электрода и изделием. Сварщик манипулирует горелкой. Вольфрамовый электрод не плавится, поэтому зазор выдерживать легче. Защита сварочной ванны осуществляется путем подачи аргона от баллона, через редуктор в горелку. Газ запускается за полсекунды до начала сварки и продолжает дуть еще пару секунд после. Это надежно изолирует расплавленый металла от внешнего воздействия.

Для заполнения зазоров и увеличения высоты сварочного шва используется присадочная проволока или присадочные прутки. Они должны быть из такого же сплава, что и основной металл. На плотно сведенных сторонах листовых сталей 1.0-1.5 мм возможна сварка без присадки, если на изделие не будут оказываться высокие механические нагрузки.

За счет остро заточенной вольфрамовой иглы сварочные швы получаются узкими и аккуратными, поэтому после наложения часто не нуждаются в обработке. Толщина проплавления зависит от силы тока. Самые мощные аппараты для аргоновой сварки выдают 400 А, чего хватит для сваривания деталей толщиной 30 мм. В таком случае применяются горелки с водяным охлаждением. При сварке тонких сталей до 5 мм подойдут аппараты с воздушным охлаждением.

Аргоновой сваркой соединяют:

Аргоно-дуговая сварка обеспечивает высокое качество проплавления и универсальна по свариваемым материалам. Возможна на переменном или постоянном токе, швы не нуждаются в зачистке, но стоят аппараты для TIG сварки дороже, чем для ММА.

Сварка полуавтоматом (MIG/MAG)

Полуавтоматы.jpg

Сварка полуавтоматом имеет два обозначения в международной системе. MIG подразумевает защиту сварочной ванны инертным газом (Manual Inert Gas), а MAG — защиту активным газом (Manual Active Gas). К инертным газам относятся аргон и гелий, к активным — углекислота. Возможна сварка смесью аргона 80% и углекислоты 20%.

При сварке полуавтоматом дуга горит между концом проволоки и изделием. Проволока подается через горелку. Задействуется подающий механизм с роликами (чаще всего толкательный, хотя бывает и тянущий), барабан, катушка. Возможна установка кассеты весом 1-15 кг, что зависит от вместимости отсека полуавтомата.

Проволока одновременно выступает присадочным материалом. Поскольку подается она автоматически, то сварщику только остается управлять горелкой, задавая ширину и высоту шва. На аппарате есть регулировка силы тока и скорости подачи проволоки. Сварка ведется постоянным током, но есть модели AC/DC.

Полуавтоматы бывают моноблочными и с раздельным исполнением источника тока и подающего механизма. Есть оборудование с жидкостным и водяным охлаждением. Максимальная сила тока возможна до 500 А. Благодаря полуавтоматической сварке швы качественные, аккуратные, не нуждаются в зачистке, а скорость выполнения высокая. При установке соответствующей проволоки, MIG сваркой соединяют:

Существует разновидность полуавтоматической сварки без газа. Тогда сварочная ванна защищается газом от порошка, расположенного в полой части проволоки. Порошковая проволока позволяет выполнять соединение металлов, не используя громоздкий баллон, что упрощает транспортировку. Но качество швов порошковой проволокой значительно проигрывает сварке в газовой среде, поэтому подходит только для неответственных изделий или применения в полевых условиях, труднодоступных местах.

Читайте так же:
Обжимка витой пары 8 жил инструмент

Сварка под флюсом

Флюс.jpg

Стандарты флюсовой сварки прописаны в ГОСТ 8713-79. Дуга в сварке под флюсом горит между концом проволоки и изделием. Проволока служит электродом и присадочным материалом, подаваясь автоматически от барабана. Впереди сварочной головки движется бункер, из которого подается флюс.

Флюс — это гранулированное вещество для защиты сварочной ванны. Оно плавится и выделяет газ, отталкивающий воздух. Дуга горит в слое порошка, поэтому искры практически не вырываются на поверхность, обеспечивается минимальное разбрызгивание металла. Есть модели, которые после сварочной головки имеют всасывающее сопло. Оно снимает флюс с уже наложенного шва, чем достигается экономия расходного материала и очищение поверхности. Флюсы различаются по составу (высококремниевые, низкокремнистые, безкремнистые), что определяет их пригодность для сварки конкретных металлов.

Сварка под флюсом бывает автоматическая и полуавтоматическая. Сварочное исполнительное устройство (каретка) перемещается по изделию при помощи роликов, цепи. Источник тока располагается рядом на стационарном месте и связан с кареткой кабелями. Технология применяется для соединения труб большого диаметра, прокладки магистралей.

Газопламенная сварка

Ведется при помощи пламени от горелки. Для создания пламени используется ацетилен или пропан (в качестве горючего газа) и кислород (для увеличения мощности пламени). Температура факела достигает 2800-3100º С, что позволяет плавить кромки металла. Для заполнения сварочной ванны используется присадочная проволока, подающаяся свободной рукой сварщика.

Газовой сваркой чаще всего соединяют черные металлы, трубы, латают емкости. Энергонезависимость разрешает применять сварку в полевых условиях, на крышах, в тоннелях, подвалах. Подключение к баллонам выполняется через редукторы с манометрами. У кислородного редуктора манометров два — высокого и низкого давления. Потребуются дополнительные комплектующие (шланги, мундштуки, ниппели), чтобы все соединить в одну систему.

Горелки рабочей части и диаметру сопла:

Электрошлаковая сварка

Суть электрошлаковой сварки заключается в соединении двух сторон металла за счет тепла, выделяемого шлаковой ванной. Для этого зону стыковки заполняют токопроводящим флюсом. К нему подводится сварочный электрод (проволока), который разогревает флюс, образуя жидкий шлак. Электрод продолжает проводить ток, будучи погруженным в сварочную шлаковую ванну. Метод бездуговой. Температура повышается и кромки металла сплавляются между собой.

Диапазон толщины свариваемых металлов таким методом составляет 20-3000 мм. Шлаковой сваркой можно соединять:

Задействуется технология в химической промышленности, машиностроении, кораблестроении, авиационной промышленности.

Плазменная сварка

Для расплавления кромок и присадочного металла используется плазма. Оборудование состоит из источника постоянного тока, газового аргонового баллона, плазмотрона. Для отвода лишнего тепла от сопла плазмотрона (горелки), нередко предусматривается водяное охлаждение.

Газ подается в плазмотрон и нагревается электрической дугой. Благодаря этому он увеличивается в объеме до 100 раз. За счет теплового расширения он начинает истекать из сопла на высокой скорости. Это и есть плазма. Ее температура составляет 30 000º С, что превосходит характеристики других методов сварки.

По реализации технологии возможно два варианта:

При помощи плазменной сварки соединяют металлы толщиной до 9 мм во всех пространственных положениях. Метод подходит для сваривания:

Термомеханический класс сварки

Все перечисленные выше виды сварки относятся к термическому классу. В них соединение сторон осуществляется за счет высокой температуры, вырабатываемой дугой, пламенем или прохождением тока.

Существует еще термомеханический класс, где воздействие теплом комбинируется с давлением или прижатием. К таким видам сварки относятся: контактная стыковая, газопрессовая, диффузионная. Кромки металла разогреваются прохождением тока, за счет возросшего сопротивления в зоне контакта двух сторон, а затем дополнительно сдавливаются для лучшего соединения. Это образует сплошной, прочный шов. Нагрев может быть местным или общим. Метод применяется при выпуске металлопроката, кузнечной продукции, сборки конструкций.

Теплосодержание и температура капель электродного металла

Температура расплавленного металла и реагирующих с ним шлака и газов является одним из основных параметров, определяющих физико-химические и металлургические процессы сварки — абсорбцию жидким металлом газов, интенсивность взаимодействия между шлаком и металлом, испарение и др.

Температура капель измерялась при сварке штучными электродами и в защитных газах. В работе имеются сведения о температуре капель при сварке порошковой проволокой. А. А. Ерохин показал, что при сварке штучными электродами с ростом силы тока от 90 до 400 а температура капель увеличивается от 2200 до 2600° С. При напряжениях дуги 15 и 28 s температура капель соответственно составила 2150 и 2350° С. На обратной полярности температура капель на 200 град выше, чем на прямой. При одинаковом токе она выше у электродов меньшего диаметра, а при равной плотности тока — выше у электродов большего диаметра.

капель электродного металла от силы тока при сварке в аргоне приведена на рис. 42. При обратной полярности с ростом тока наблюдается резкое увеличение температуры капель и при значениях тока 200— 300 а она достигает точки кипения. Температура капель при прямой полярности на 300—600 град ниже, чем на обратной. Нагрев капель на катоде и аноде определяется характером теплопередачи между дугой, каплей на торце электрода и электродом. При обратной полярности анодное пятно во всех опытах стабильно находится на торце капли и передача тепла дуги электроду осуществляется, в основном, через капли жидкого металла. С увеличением тока поверхность капли, занимаемая анодным пятном, растет, тепловой поток в каплю увеличивается. Поскольку тепло отвод в проволоку лимитируется площадью контакта капли с проволокой, капля перегревается до температуры кипения.

Читайте так же:
Сварочный аппарат ресанта инструкция по эксплуатации

При прямой полярности катодное пятно на электроде находится в беспорядочном движении. Оно часто перемещается с капли на боковую поверхность проволоки, чему способствует наличие окислов и следов волочильной смазки на поверхности проволоки.

Тепловой поток из дуги в электрод как бы раздваивается. Часть тепла дуги передается проволоке через каплю, часть — непосредственно через боковую поверхность проволоки. Перегрев капли снижается, растет скорость плавления проволоки. Изменение характера теплопередачи приводит к тому, что при одних и тех же скоростях плавления теплосодержание капель при прямой полярности значительно ниже, чем при обратной.

Теплосодержание капель, помимо режима сварки и полярности тока, зависит от теплофизических свойств металла электрода — температуры плавления и кипения, теплопроводности, удельного сопротивления и т. д. Так, теплосодержание капель при сварке проволокой из технически чистого железа (Св-08А, температура кипения примерно 3070° С) выше, чем при сварке проволокой из нержавеющей стали (Св-0Х18Н9, температура кипения 2850° С).

Следует отметить, что при сварке в аргоне температура капель достигает точки кипения электродного металла при таких значениях сварочного тока, когда обычно наблюдается резкое изменение характера переноса металла — из капельного в струйный.

Результаты измерений теплосодержания и температуры капель при сварке в углекислом газе проволокой Св-08Г2С приведены на рис. 43. Так же, как и при сварке в аргоне, теплосодержание капель при прямой полярности значительно ниже, чем при обратной.

Максимальная температура капель при обратной полярности составляет 2590—2700° С , что несколько ниже температуры кипения стали 08Г2С. Абсолютные значения теплосодержания капель при сварке в углекислом газе в сравнимых условиях также ниже, чем при сварке в аргоне.

По-видимому, это вызвано более интенсивным охлаждением периферийных зон столба дуги вследствие расхода большого количества тепла на диссоциацию молекул С02. Степень сжатия столба дуги в углекислом газе в сравнении, например, с аргоном увеличивается, уменьшается поверхность анодного пятна, а следовательно, и поверхность, через которую тепло передается капле. Уменьшается степень перегрева

При сварке проволоками малого диаметра (1,2 и 1,6 мм) при обратной полярности наблюдается максимум теплосодержания капель в определенных пределах токов и снижение его с дальнейшим ростом тока.

Анализ данных, приведенных на рис. 43, показывает, что при одинаковых плотностях тока теплосодержание капель большее у проволоки большего диаметра. Уменьшение диаметра проволоки препятствует свободному расширению столба дуги, дуга становится сжатой. При этом размеры анодного пятна также ограничиваются, уменьшается поверхность передачи тепла в каплю, снижается ее теплосодержание. Новые данные о теплосодержании капель при сварке порошковой проволокой получены в работе.

Теплосодержание электродного металла измерялось калориметром (рис. 44) при сварке порошковой проволокой с рутил-органическим сердечником,

определяли по формулам

—п оправки на теплообмен, определяемые из наблюдений за ходом системы в начальный и конечный периоды.

определяли по формулам

где G — масса капель металла.

Суммарное теплосодержание капель вычисляли по формуле

Разделение металла и шлака и определение доли шлака в каплях производилось расплавлением их в алундовом тигле в среде аргона.

Теплосодержание шлака рассчитывали по формуле

— доля шлака в капле (по массе).

шлака, образующегося при плавлении рутил-органической проволоки, соответственно составили 0,23 кал/г-град; 0,102; 70 кал/г.

Температуру металла капель определяли по формуле

—т емпература перегрева металла выше точки плавления, определяемая из выражения

определяли по формуле

— скрытая теплота плавления.

= 65 кал/г , теплосодержание при температуре плавления металла составило 314,1 кал/г. Общая ошибка измерений теплосодержания ± 27 кал/г, что соответствует температуре ±150°.

приведены в табл. 5. Сварка выполнялась на постоянном токе обратной полярности при напряжении дуги 23—25 в . С увеличением тока температура капель повышается. В диапазоне исследованных режимов температура капель металла не достигает точки кипения, как это наблюдается при сварке малоуглеродистой проволокой в аргоне, что, по-видимому, связано с различными энергетическими характеристиками дуги в аргоне и на воздухе. Более высокая температура капель металла наблюдается при повышении напряжения дуги (табл. 6). Это можно в определенной мере объяснить дополнительным нагревом капель в дуговом промежутке.

Экспериментальные данные о влиянии плотности тока на температуру капель иллюстрируются рис. 45. Температура капель растет при увеличении плотности тока.

Температура капель при сварке порошковой проволокой зависит от соотношения масс железа оболочки и сердечника. Поскольку сердечник порошковой проволоки практически не электропроводен, нагрев и плавление его происходят, в основном, за счет излучения дуги. Чем большая доля холодного железа сердечника поступает в каплю, тем ниже ее температура (табл. 7).

Анализируя экспериментальные данные, можно заметить, что при сварке порошковой проволокой сохраняются те же закономерности влияния режима сварки на температуру капель, которые присущи процессу сварки сплошной проволокой в защитных газах. При одинаковых плотностях тока теплосодержание капель близко к теплосодержанию капель, измеренному при сварке в углекислом газе, и значительно ниже, чем при сварке малоуглеродистой проволокой в аргоне.

Это связано со значительными затратами тепла на диссоциацию газов воздуха, что приводит к сжатию столба дуги и изменению условий передачи тепла в каплю.

Значительная часть энергии тратится на плавление шлаков. Теплосодержание шлака составляет 10—15% общего теплосодержания расплавленной проволоки.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector