Основы сварочного дела

Основы сварочного дела

Геворкян В. Г.

Явление электрического дугового разряда впервые было открыто в 1802 г. русским ученым, профессором Петербургской медико-хирургической академии В. 4 В. Петровым. В своих трудах он не только описал явление электрической дуги, но и пред­сказал возможность использования теплоты, выделяемой дугой, для плав­ления металлов. Однако в то время это открытие не нашло практического применения из-за низкого уровня раз­вития техники. Только спустя 80 лет, в 1882 г. талантливый русский изо­бретатель Н. Н. Бенардос раз­работал и предложил практический способ использования электрической дуги для сварки металлов. По этому способу сварка производилась элект­рической дугой, возбуждаемой между угольным электродом и изделием. Не­сколько позже, в 1888 г. русский инженер-изобретатель Н. Г. С л а- в я н о в разработал способ сварки с помощью металлического электрода. Н. Н. Бенардос и Н. Г. Славянов разработали также основные поло­жения и других методов сварки: с несколькими электродами, в защит­ных газах, контактной сварки. В царс­кой России эти изобретения получили ограниченное практическое примене­ние, а затем были почти забыты.

Великая Октябрьская социалисти­ческая революция создала условия для мощного развития науки и техни­ки. Возродилась и стала развиваться сварочная техника. В 1929 г. совет­ский инженер - изобретатель

Д. А. Дульчевский разработал способ автоматической дуговой сварки под флюсом. С 1940 г. этот способ стал внедряться в промышленность и строительство. В этом большая зас­луга Института электросварки им. Е. О. Патона Академии наук УССР[1], в котором "были разработаны теория автоматической сварки, флюсы и авто­маты 'для сварочных работ. Работа по широкому внедрению автомати­ческой сварки в народное хозяйство продолжается и в настоящее время; институт имеет тесную связь с отрас­лями, в которых применяются сва­рочные работы.

Большое участие в дальнейшем развитии теории и технологии сварки принимают Центральный научно-ис­следовательский институт технологии машиностроения (ЦНИИТмаш), Мос­ковское высшее техническое училище им. Н. Э. Баумана, Всесоюзный научно-исследовательский проектно­конструкторский и технологический институт электросварочного оборудо­вания (ВНИИЭСО), Всесоюзный научно-исследовательский и конструк­торский институт автогенного машино­строения (ВНИИавтогенмаш), Ленин­градский политехнический институт им. Калинина, завод «Электрик», Уралмашзавод и ряд других орга­низаций.

За годы первых пятилеток были проведены широкие мероприятия по созданию специализированных произ­водственных организаций, научно - исследовательских институтов и лабо­раторий по сварке. В период Великой Отечественной войны сварка получила большое применение в военной техни­ке, а в послевоенные годы — при вос­становительных работах.

Июньский (1959 г.) Пленум ЦК КПСС в своих решениях подчеркнул важное значение сварки для дальней­шего развития промышленности и строительства. Июльский (1960 г.) Пленум ЦК КПСС снова отметил необходимость ускоренного развития сварочного производства, заслушал доклад директора Института электро­сварки им. Е. О. Патона академика Б. Е. Патона. Пленум поставил большие задачи перед учеными и инженерами по совершенствованию и внедрению новой технологии сварки и нового сварочного оборудования, по разработке электродов и других сварочных материалов. Постановле­ние (1980 г.) Совета Министров СССР «О дальнейшем совершенствовании и развитии сварочного производства в 1981 —1985 гг.» наметило новые на­правления по дальнейшему совершен­ствованию сварочного производства, по повышению уровня автоматизации и механизации сварочных, заготови­тельных и сборочно-сварочных работ, совершенствованию технологии и обо­рудования.

Основные направления экономи­ческого и социального развития СССР на 1980— 1985 годы и на период до 1990 года, утвержденные XXVI съездом КПСС, решения ноябрьского (1982 г.) и июньского (1983 г.) Пленумов ЦК КПСС предусматри­вают динамичное и пропорциональное развитие общественного производст­ва, повышение его эффективности, ус­корение научно-технического прогрес­са, рост производительности труда, всемерное улучшение качества работы во всех звеньях народного хозяйства. В сварочном производстве дальней­шая комплексная механизация и авто­матизация сварки, применение'поточ­ных и конвейерных линий, внедрение прогрессивных технологических про­цессов и оборудования будут способст­вовать повышению производительнос­ти труда, улучшению и стабилизации качества сварных конструкций, умень­шению расхода электроэнергии и сва­рочных материалов, улучшению усло­вий труда.

Советский Союз по объему работ и по уровню развития сварочного производства занимает одно из веду­щих мест в мире. Сварка заняла важ­ное место в различных отраслях промышленности и строительства бла­годаря своим преимуществам перед другими способами производства из­делий, например, клепкой, литьем, ковкой и др.

Важным преимуществом сварки является возможность при производ­стве изделия выбирать его наиболее рациональную конструкцию и форму. Сварка позволяет экономно исполь­зовать металлы и значительно умень­шить отходы производства. Например, при замене клепаных конструкций сварными экономия материалов в среднем составляет 15...20%, а при замене литых — около 50%. Трудо­емкость сварочных работ меньше, чем при клепке и литье. Исключают­ся такие работы, как разметка, Свер­ловка отверстий, сложная формовка и др. Особенно ощутимо снижение тру­доемкости при изготовлении крупно­габаритных изделий: при замене литых корпусов и станин сварно-литыми, а штампованных изделий сложной формы — штампо-сварными, что, в свою очередь, снижает их себе­стоимость.

Сварные соединения по прочности, как правило, не уступают прочности того металла, из которого сделаны изделия. Сварные конструкции хорошо работают при знакопеременных и ди­намических нагрузках, при высоких температурах и давлениях.

Особо следует подчеркнуть, что ус­ловия труда при сварке с точки зре­ния как гигиены, так и безопасности значительно лучше, чем при клепке и особенно при литье.

Сваркой называется процесс получения неразъемного соединения посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, пластическом дефор­мировании или при совместном действии того и другого.

Для осуществления сварки необхо­димо сблизить кромки соединяемых частей и создать условия, необходи­мые для того, чтобы между ними на­чали действовать межатомные связи.

Существуют свыше 60 видов свар­ки, которые классифицируют по основ­ным физическим, техническим и тех­нологическим признакам. По физи­ческим признакам в зависимости от формы используемой энергии преду­сматривается три класса сварки: термический, термомеханический и ме­ханический. Термический класс вклю­чает виды сварки с использованием тепловой энергии (дуговая, электро-

шлаковая, электроннолучевая, плаз­менная, газовая и др.)- Термомеха­нический класс объединяет виды сварки, при которых используются давление и тепловая энергия (контакт­ная, диффузионная и различные прес­совые виды). Механический класс включает виды сварки с использо­ванием механической энергии и давле­ния (сварка холодная, взрывом, ульт­развуковая, трением и др.).

Технические признаки раз­личных видов сварки следующие: по способу защиты металла в зоне сварки (в воздухе, в вакууме, в за­щитном газе, под флюсом, по флюсу, в пене, с комбинированной защитой); по непрерывности процесса (непре­рывные, прерывистые); по степени механизации (ручные, механизирован­ные, автоматизированные, автомати­ческие); по типу защитного газа (в активных газах, в инертных газах и их смесях) и по характеру защиты металла в зоне сварки (со струйной защитой, в контролируемой атмо­сфере).

Технологические признаки установлены для каждого вида сварки отдельно. В учебнике подробно рас­смотрены технологические признаки дуговой, электрошлаковой, газовой и контактной сварок.

Термический класс сварок характе­ризуется тем, что сварка осуществ­ляется плавлением кромок соединяе­мых частей. При этом образуется ван­на расплавленного металла. При уда­лении источника нагрева металл сва­рочной ванны кристаллизуется и обра­зует сварной шов, соединяющий сва­риваемые части.

Вид сварки определяется видом непосредственно используемого для плавления источника энергии. Так, при дуговой сварке нагрев свариваемых кромок осуществляется теплотой электрической дуги; при электрошла­ковой сварке теплота электрической дуги используется лишь в начальный момент, после расплавления шлака сварка производится теплотой, вы­деляющейся при прохождении тока через расплавленный шлак. При газовой сварке используется теп­лота сгорания газокислородной смеси.

При электроннолучевой сварке (рис. 1) используется кинетическая энергия концентрированного потока электронов, движущихся с большой скоростью; при соударении электронов с кромками изделия их кинетическая энергия переходит в тепловую. Рас­каленный вольфрамовый катод 1, раз­мещенный в фокусирующей головке 2, излучает поток электронов. Под дейст­вием высокого напряжения (30... 100 кВ) между катодом и ускоряющим электродом (анодом) 3 поток электронов приобретает значительную кинетическую энергию. Магнитной линзой 4 поток электронов фокуси­руется в узкий луч, который с помо­щью магнитной отклоняющей системы 5 направляется точно на сваривае­мые кромки изделия 6. Установка пи­тается от высоковольтного источника постоянного тока. Высокий вакуум 13 (10-3...10_о) ГІа в сварочной ка­мере значительно снижает потери ки­нетической энергии элек. тронов и обе­спечивает химическую и тепловую за­щиту катода и свариваемого изделия.

При плазменной сварке, или свар­ке сжатой дугой, для нагрева исполь­зуется теплота плазменной струи. Раз­личают плазменную струю прямого

действия — изделие является одним из электродов (рис. 2, а) и косвен­ного действия — изделие не включено в цепь сварочного тока (рис. 2, б). Плазмообразующий газ 1 (аргон, азот, водород), подаваемый под давле­нием в канал 3 сопла 4 плазмотрона, сжимает столб дуги, горящей между вольфрамовым (неплавящимся)

электродом 2 и свариваемым изделием

5. Происходит значительное повыше­ние температуры столба дуги и иони­зация плазмообразующего газа.

Струей плазмы, имеющей темпера­туру (1...3) 104°С., сваривают самые различные тугоплавкие сплавы, метал­лы и неметаллические материалы (стекло, керамика). Неэлектропро­водные материалы сваривают по схеме косвенного действия. Источники пита­ния дуги должны иметь рабочее на­пряжение более 120 В. Плазмообра­зующий газ служит также защитой расплавленного металла от атмос­ферного воздуха.

Для термомеханического класса сварок характерно использование как тепловой энергии, так и давления. Так, при контактной сварке нагрев произ­водится теплотой, выделяющейся при прохождении тока через находящиеся в контакте под давлением сваривае­мые части.