Реферат: Технологічні процеси обробки заготовок
7. Технології одержання зварних з'єднань
Досить часто заготовки перед обробкою і деталі при складанні машин, з'єднують. З'єднання бувають роз'ємні і нероз'ємні. Роз'ємні з'єднання виконують за допомогою з'єднувальних деталей. В разі потреби їх можна розібрати. Нероз'ємні з'єднання найчастіше виконують зварюванням, паянням, клепанням, склеюванням. Такі з'єднання при розборі руйнуються. З усіх нероз'ємних з'єднань найчастіше застосовують зварювання.
Зварюванням називається технологічний процес одержання нероз'ємних з'єднань за рахунок міжатомної взаємодії, що має місце при місцевому сплавленні або спільному пластичному деформуванні з'єднуваних частин. Для цього заготовки потрібно наблизити на відстані, що дорівнюють атомному радіусу. Поверхні, котрі зварюють, очищають і нагрівають до розплавлений країв або до пластичного стану. Нагріті до пластичного стану заготовки додатково стискають. При зварюванні у рідкій фазі використовують додатковий матеріал, щоб заповнити відстань між заготовками. Розплав кристалізується і утворюється з'єднання, яке називається швом. Шви бувають основні та допоміжні, одно- і двосторонні, горизонтальні та вертикальні, нижні і верхні.
Сучасні способи зварювання дуже різноманітні. їх класифікують за видом використовуваної енергії, за станом металу під час зварювання, за способом утворення зварного шва, за ступенем автоматизації та іншими ознаками. Розглянемо декілька з них.
Електричне дугове зварювання.
Це найпоширеніший сьогодні спосіб. Для розплавлення поверхонь зварюваних заготовок використовують електричну дугу - потужний електричний розряд, який супроводжується виділенням великої кількості теплової та світлової енергії. Можна використовувати постійний і змінний струм, плавкі (металеві) і неплавкі (графітові або вугільні) електроди. Джерелом постійного струму є зварювальні генератори і випрямлячі електричного струму, джерелом змінного струму є зварювальні трансформатори і генератори. Коли використовують неплавкі електроди, потрібен додатковий металевий стрижень або дріт, щоб заповнити відстань між заготовками. Плавкий електрод цю функцію виконує сам. Існує декілька способів електродугового зварювання (рис. 4).
Крім того, електродугове зварювання буває ручним, напівавтоматичним та автоматичним. Автоматичне виконують під шаром флюсів, що забезпечує високу якість і міцність зварних швів, а також високу продуктивність. Для зварювання заготовок великої товщини (більше 30-40 мм) використовують електрошлакове зварювання. Це бездугове електричне зварювання. Воно здійснюється за рахунок теплоти, що виділяється розплавленим шлаком при проходженні через нього струму. Автоматичне зварювання під шаром флюсів та електрошлакове зварювання розроблені в Україні, у Науково-дослідному інституті електрозварювання АН України ім. Е. О. Патона. Ці способи використовують у багатьох країнах світу.
Електродугове зварювання застосовують в усіх виробничих сферах - при прокладанні трубопроводів, спорудженні мостів, різних будівель і споруд, при виготовленні котлів, різних місткостей, машин, приладів, механізмів.
Газове зварювання.
При такому зварюванні джерелом тепла є хімічна енергія, утворена від згоряння горючого газу в атмосфері кисню. В якості горючих газів можна використовувати природний газ, водень, пари бензину, ацетилен та ін. Ацетилен при згорянні виділяє найбільше теплоти (3200°С), і його використовують найчастіше. Одержують ацетилен в газогенераторах із карбіду кальцію при його взаємодії з водою. Його можна одержувати просто на місці зварювання, або ж використовувати ацетилен заводського одержання. Цей газ зберігають в балонах білого кольору під тиском 1,6 МПа. Кисень для газового зварювання зберігають у балонах синього кольору під тиском 16 МПа.
Інструментом для газового зварювання є пальник. За його допомогою дозують і змішують кисень та ацетилен, утворюється стійке і концентроване полум'я. Для утворення шва при газовому зварюванні використовують додатковий стержень або дріт. Він повинен мати такий склад і структуру, як зварюваний матеріал.
Розрізняють два основні способи газового зварювання: правий і лівий (рис. 5). При правому можна зварювати заготовки товщиною більше 5мм, при лівому - до 5мм.
Газове зварювання найчастіше застосовують при зварюванні трубчастих і листових заготовок з маловуглецевих і низьколегованих сталей, для виправлення ливарного браку, в ремонтних роботах, у польових умовах.
Електроконтактне зварювання - це один із доволі поширених способів зварювання. Суть його в тому, що виникає короткочасне проходження струму через місце контакту і швидка пластична деформація (стискання). З'єднання відбувається дуже швидко. У місці контакту деталей електричний опір зростає, порівняно з іншими ділянками кола. Сила струму досягає сотень і тисяч ампер.
Електроконтактне зварювання поділяється на стикове, точкове і шовне (рис. 6). Воно може бути без оплавлення і з оплавленням. Якщо заготовки наближають при включеному зварюваному струмі, їх поверхні оплавляються. Якщо ж стискають і одночасно вмикають струм, заготовки не оплавляються.
Електроконтактне зварювання відбувається на зварювальних автоматах. Його використовують в усіх галузях промисловості, в будівництві, на транспорті, при виготовленні труб, тонкостінних посудин для зберігання рідин, газів. Цим способом можна зварювати різні матеріали.
Зварювання тертям.
При такому зварюванні відбувається взаємне переміщення зварюваних заготовок, короткочасний нагрів від нього і стискання силою Р (рис. 7). Тертя поверхонь здійснюється обертанням або зворотно-поступальним переміщенням заготовок. Внаслідок нагріву і стискання виникає взаємна пластична деформація.
Тертям з'єднують однорідні та різнорідні метали і сплави з різними властивостями (мідь зі сталлю, мідь з алюмінієм, алюміній з титаном та ін.). Застосовують таке зварювання при виготовленні металорізальних інструментів, валів, штоків з поршнями, пуансонів, при зварюванні труб тощо.
Дифузійне зварювання у вакуумі.
Це зварювання належить до прогресивних і перспективних способів. При дифузійному зварюванні з'єднання утворюється в результаті тривалого нагріву і стискання заготовок у вакуумі (або в атмосфері інертних газів). Нагрівають заготовки за допомогою вольфрамового або молібденового нагрівника чи індуктора. Може бути використаний електронний промінь, наприклад, при нагріві тугоплавких металів і сплавів. Після досягнення потрібної температури до заготовок прикладають невелике стискуюче зусилля (1-20 МПа) протягом 5-20 хв. Таке тривале витримування збільшує площу контакту. Контактні поверхні можуть бути плоскими, сферичними, конічними, рельєфними. їх потрібно добре очищати.
При дифузійному зварюванні можна з'єднувати різнорідні й однорідні матеріали, не беручи до уваги їх твердість і взаємну змочуванність. Такі з'єднання міцні і щільні. Можна одержати біметалеві, триметалеві, тетраметалеві деталі. Після зварювання не потрібна механічна обробка для видалення шлаку, окалини.
Дифузійне зварювання застосовують в електронній техніці та радіоелектроніці, у приладо-, суднобудуванні, космічній техніці, текстильному машинобудуванні, в харчовій промисловості та інших галузях.
Техніко - економічні показники.
Зварювання належить до високопродуктивних процесів. Зварні з'єднання відзначаються високою якістю і надійністю. Зварювати можна метали, сплави, скло, кераміку, тканини, шкіру, метали зі склом, керамікою. Заготовки складної конфігурації, великорозмірні найчастіше одержують зварюванням. Зварювання забезпечує економію металів (не потрібні з'єднувальні деталі), зменшення маси конструкцій.