Меню

§ 5.3 Сварка материалов

Содержание

Из каких материалов изготавливают детали, которые соединяют сваркой? На какой вид соединения деталей похожа сварка?

Технология сварки, как и пайки, основана на явлении плавления материалов. При пайке расплавляется только соединительный материал — припой. При сварке плавится не только присадочный материал, если он применяется, но и материал, из которого сделаны соединяемые детали.

Сварка — это получение неразъёмных соединений при плавлении материалов в месте контакта.

В зависимости от физического процесса, на котором основана технология сварки, различают сварку плавлением, сварку давлением и термомеханическую сварку. Технологии сварки классифицируются по техническим и технологическим признакам. На производстве используется свыше 150 различных технологий сварки материалов.

Обычно сваркой соединяют детали из металла, но в связи с широким распространением пластмасс и керамики технологии сварки используют и для соединения этих материалов или их сочетания.

Технологии сварки плавлением основаны на способах расплавления свариваемого материала в месте соединения свариваемых частей. Соединяемые детали не подвергаются давлению.

Основными источниками теплоты при сварке плавлением могут быть газовое пламя, сварочная дуга, лучевые источники энергии. Сварка происходит под действием теплоты, выделяемой при трении, при прохождении через металл тока, при нагревании материалов электромагнитным полем.

Газовое пламя создаётся в специальной горелке, в которой горючий газ сгорает в атмосфере чистого кислорода. Температура пламени составляет около 2500 °С. При такой температуре плавятся практически все конструкционные материалы. Горючим газом служат ацетилен, пропан, водород, пары бензина или другие газы. Газовое пламя позволяет не только сваривать, но и разрезать материалы.

Электрическая дуга возникает при прохождении электрического тока между двумя неплотно соприкасающимися контактами: одним контактом становятся свариваемые детали, а вторым — специальный электрод. Температура электрической дуги может доходить до 7000 °C. Под её действием плавятся состыкованные края деталей и электрод, и образуется прочный шов.

Если в качестве электрода использовать струю специального газа, то образуется высокотемпературная плазменная струя, температура которой может доходить до 30 000 °С. Струёй газа такой температуры можно резать материалы толщиной до 200 мм и сваривать металлы толщиной 10 мм.

Индукционной сваркой (электросваркой токами высокой частоты) сваривают трубы диаметром от 8 мм до 529 мм и толщиной стенки от 0,3 мм до 10 мм. Трубы помещают внутрь нескольких витков катушки, по которой пропущен переменный ток большой частоты. Переменное магнитное поле порождает в свариваемой трубе сильные токи. Они нагревают и плавят металл в местах стыков.

Электронно-лучевая сварка — это сварка с помощью потока электронов, который испускается специальной электронной пушкой. Пушка работает только в вакууме, поэтому перед сваркой из сварочной камеры откачивают весь воздух. Такой сваркой соединяют тугоплавкие, высокоактивные металлы в космической и авиационной промышленности, в приборостроении. Металлы не окисляются и не сгорают, шов получается очень чистый.

Технологии сварки давлением. При таком виде сварки используются одновременно тепловая энергия и давление. При нагреве создаётся нужная пластичность материала деталей, а механические нагрузки обеспечивают взаимное проникновение их молекул. Этот метод сварки всегда использовали в своей работе кузнецы.

Давление используется также при контактной сварке. Эта технология сочетает в себе сварку электрическим током и давлением. Свариваемые детали сильно сжимаются двумя стержнями, концы которых выполнены из тугоплавкого материала. Место стыка разогревается, металл в месте контакта плавится (рис. 5.6).

Технологии термомеханической сварки. Сварка осуществляется с помощью механических колебаний с частотой выше, чем частота слышимых звуковых колебаний, поэтому они и названы ультразвуковыми: слово «ультра» означает «сверх», «чрезмерно».

На свариваемые поверхности одновременно действуют механические ультразвуковые колебания, внешнее давление, прикладываемое перпендикулярно к свариваемым поверхностям, и тепловой эффект от колебаний. Молекулы соединяемых деталей начинают «слипаться», образуются так называемые общие зёрна. Появляется общая граница между поверхностями. Ультразвуковая сварка чаще всего используется для соединения деталей из пластмасс.

Проверьте себя:

1. Чем сварка отличается от пайки?

2. На какие виды делятся технологии сварки?

3. Какими методами осуществляется нагрев материалов при сварке?

4*. На каких современных производствах широко применяется роботизированная точечная сварка?

* Подумайте, где можно было бы использовать технологию сварки металлов или пластмасс в домашнем хозяйстве.