Раздел 5. Основы технологии сборочных работ

 

В этом разделе изучаются следующие темы: «Технологические процессы сварки», «Сборочные работы при различных видах сборки».

 

Тема 5.1. Технологические процессы сварки

 

Вопросы, изучаемые в этой теме:

– свариваемость металлов и сплавов;

– сварка плавлением и сварка давлением;

– специальные виды сварки.

 

Втехнике широко используются различные виды разъемных и не­разъ-емных соединений. Неразъемные соединения могут быть монолит­ными (сплошными) и немонолитными (например, заклепочные). Мо­но­литные соеди-нения (сварные соединения) получают сваркой, пайкой или склеиванием.

Сварка – это процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми (свариваемыми) частями при нагревании (сварка плавлением), пластическом деформировании или совместном действии того и другого (сварка давлением). Сваркой со­единяют однородные и разнородные ме­таллы и их сплавы, металлы с некоторыми неметаллическими материа­лами (керамикой, графитом, стеклом), а также пластмассы. Основной задачей сварки является получение прочного неразъемного соединения сопрягаемых заготовок с заданными физико-механическими свойствами. Не все металлы и их сплавы и не в любых комбинациях могут надежно свариваться обычными методами сварки с применением традиционной технологии, т. е. образовывать после сварки соединения с требуемыми свойствами. Поэтому существует понятие – свариваемость металлов и их сплавов.

Свариваемость металла – совокупность физических и технологических свойств, определяющих его способность обеспечить с помощью того или иного обычного метода сварки и принятого технологического процесса надежное в эксплуатации сварное соединение. Свариваемость зависит от состава и свойств материала. Чем хуже свариваемость, тем сложнее технология сварки. Низкоуглеродистые конструкционные стали,как правило, хо­рошо свариваются.

Все многообразие способов сварки можно разделить на две группы – сварку в жидком и твердом состояниях – сварку плавлением и сварку давлением. При сварке плавлением происходит совместное расплавление кромок свариваемых заготовок, а в случае необходимости присадочного материала для дополнительного заполнения зазора между ними. В результате образуется сварочная ванна металла, после затвердевания корой образуется сварочный шов.

Металл соединяемых элементов (рис. 1, а) в месте сварки доводится до жидкого состояния теплотой, при этом происходит локальное расплавление основного (свариваемого) металла по кромкам соединяемых элементов. Сварка может осуществляться за счет рас­плавления основного металла или основного и дополнительного (приса­дочного) металлов. В практике преимущественное применение находит второй вариант. Расплавленные объемы металла в месте соединения свариваемых элементов самопроиз­вольно образуют общий объем металла – сварочную ванну (рис. 1, б), смачивающую твердую поверхность соединяемых элементов. При этом происходит сближение атомов металла сварочной ванны и основного металла до расстояния, при котором возникают атомно-моле­кулярные связи. По мере удаления источника нагрева жидкий металл остывает и происходит его затвердевание – кристаллизация.

 

Рис. 1. Схема образования сварного соединения при сварке плавлением:

а – соединяемые детали; б – сварочная ванна; в – кристаллизация; г, д – структура шва

 

При сварке с применением давления (в твердом состоянии) заготовки соединяются в результате совместного воздействия нагрева и давления. Сближение атомов и активация (очистка) поверхностей достигается в результате совмест­ной упруго пластической деформации в контакте соединяемых материа­лов, часто с дополнительным нагревом. Первая стадия характеризуется деформацией как микронеровностей, так и волнистостей на соединяе­мых поверхностях (рис. 2, а). Вторая стадия сварки – формирование физического контакта, в ходе которой осуществляется схватывание отдельных атомов, их химическое взаимодействие и обра­зование общих кристаллов на границе раздела соединяемых поверхно­стей. В дальнейшем идет процесс рекристаллизации и создания проч­ного сварного соединения (рис. 2, б).

 

Рис. 2. Схема образования сварного соединения при сварке давлением:

а – деформация микрошероховатостей в зоне контакта; б – рекристаллизация и образование прочного соединения

 

Электрические способы сварки: дуговая сварка (ручная, под флюсом, в защитных газах), плазменная, высочастотная, диффузионная, электрошлаковая.

Химические способы сварки: газовая и термитная. Механические виды сварки: холодная, ультразвуковая, сварка трением, сварка взрывом.

Ручную дуговую сварку выполняют сварочными электродами, которые вручную подают в дугу и перемещают вдоль сва­риваемых заготовок.

Наиболее широкое применение нашла автоматическая сварка под флюсом, при которой подача в зону сварки электродной проволоки, флюса, перемещение вдоль шва и другие процессы осуществляются ав­томатически. Особенности сварки под флюсом определили ряд ее преиму­ществ перед ручной дуговой сваркой: высокая производительность; вы­сокое и стабильное качество металла сварного шва и в целом сварного соединения; небольшой расход электродного металла и электроэнергии; облегчение труда сварщиков.

При газовой сварке нагрев кромок соединяемых частей произво­дится пламенем, образующимся при сжигании газов в смеси с техниче­ски чистым кислородом на выходе из сварочной горелки. Газовой сваркой можно сваривать почти все металлы, используе­мые в технике, причем такие металлы и сплавы, как чугун, медь, свинец, латунь, легче поддаются газовой сварке, чем дуговой.

Контактная электрическая сварка является основным видом сварки давлением. Все способы контактной сварки основаны на нагреве и пластической деформации заготовок в месте их соединения. Нагрев осуществляется теплотой, которая выделяется при прохождении элек­трического тока через находящиеся в контакте соединяемые части. Способы контактной сварки – точечная, шовная.