Термические виды сварки

Наиболее широкое распространение получила сварка плавлением, которая состоит в том, что жидкий металл одной оплавленной кромки детали соединяется и перемешивается с жидким металлом второй оплавленной кромки, образуя общий объем жидкого металла, который называется сварочной ванной. В зависимости от вида используемой энергии различают электрическую и газовую сварку. В свою очередь, электрическая сварка плавлением подразделяется на дуговую, плазменно-дуговую, электрошлаковую, электроконтактную, электронно-лучевую и др. Ведущее место во всех отраслях промышленности и строительства занимает электродуговая сварка[15].

Дуговая сварка.Сущность дуговой сваркисостоит в том, что свариваемый металл плавится теплом электрической дуги. Для образования сварочной дугииспользуют электрическую цепь со специальным источником питания. Дуга горит между электродом и изделием. Для питания дуги используется переменный или постоянный ток от трансформаторов, выпрямителей, мотор-генераторов и т.п.

При дуговой сваркеплавящимся электродом шов образуется за счет расплавления электрода и свариваемого металла. При сварке неплавящимся электродом шов заполняется металлом свариваемых частей, а иногда также присадочным металлом, подаваемым в зону дуги со стороны. В качестве плавящихся электродов используют стальные, медные, алюминиевые, неплавящихся – угольные, графитовые, вольфрамовые.

Для выполнения качественной сварки требуется защищать сварочный электрод, зону дуги и сварочную ванну от взаимодействия с кислородом и азотом воздуха. Для этого выполняют сварку покрытыми электродами, в защитной атмосфере (защитных газах), под флюсом, порошковой самозащитной проволокой.

По степени механизации сварочного процесса дуговая сварка подразделяется на ручную, полуавтоматическую (механизированную) и автоматическую.

Газовая сварка.Технологические процессы, выполняемые с применением газового пламени, называются газопламенной обработкой металлов (ГОМ). В настоящее время в качестве горючих газов для ГОМ используют ацетилен (С₂Н₂), сжиженные газы на основе пропан-бутановых смесей, природный газ; при этом окислителем служит кислород или воздух.

Газовая сварка отличается низкой производительностью, сопровождается нагревом широкой зоны, большими деформациями металла и существенными изменениями его структуры. В последнее время газовую сварку применяют преимущественно при ремонте, а также на тех работах, где ее использование незаменимо или более рационально.

Плазменная сварка. Плазменнойназывают сварку сжатой в узкий канал электрической дугой. Устройства для получения сжатой дуги называют плазматронами. Простейший плазматрон состоит из изолятора, неплавящегося электрода и медного, охлаждаемого водой сопла. В сопло подают плазмообразующий инертный, нейтральный или содержащий кислород газ, который в столбе дуги нагревается до высокой температуры и плавит металл. Плазматроны могут работать на постоянном и переменном токе.

Различают плазматроны прямого и косвенного действия.Для сварки и резки чаще применяют плазматроны прямого действия – рис. 4.12. В них дуга горит между электродом и обрабатываемым изделием. В плазматронах косвенного действия дуга горит между электродом и соплом. Их применяют при обработке неэлектропроводных материалов и в качестве нагревателей газов.

Рис. 4.12. Схема плазматрона прямого действия: 1 – сварочный источник питания; 2 – высокочастотный генератор; 3 – вольфрамовый электрод; 4 – плазмообразующий газ; 5 – охлаждающая вода; 6 – защитный газ; 7 – сопло защитного газа; 8 – сопло, формирующее дугу; 9 – дуга; 10 – изделие

Электронно-лучевая сварка.Для расплавления стыка примыкающих друг к другу кромок деталей и образования качественного сварного шва в этом методе используется кинетическая энергия пучка разогнанных в сильном электрическом поле электронов. Электронный луч обеспечивает высокую удельную мощность на поверхности пятна нагрева. Сварка производится в вакууме.

Лазерная сварка. При облучении поверхности тела энергия квантов света поглощается этой поверхностью. Если световую энергию сконцентрировать на малом участке поверхности, то можно получить высококонцентрированный нагрев с интенсивностью до 10¹¹ Вт/м². На этом принципе основана сварка лучом оптического квантового генератора – лазера. Лазерную сварку производят на воздухе или в среде защитных газов (Ar, СО₂). Полученные таким образом соединения отличаются высокой прочностью и благодаря высокой локализации нагрева минимальной деформацией сварных конструкций.

Широкое применение новых конструкционных материалов на основе тугоплавких и высокоактивных материалов (титана, циркония, молибдена, вольфрама и др.) потребовало создание способов их обработки источниками тепла с высочайшей плотностью энергии. Наиболее полно этим условиям отвечают рассмотренные электронно-лучевая и лазерная технологии.