Теоретические основы сварки

Сварка позволила создать принципиально новые конструкции машин, внести коренные изменения в технологические процессы, связанные с обработкой металлов. Резко возрос диапазон свариваемых толщин материалов (от нескольких микрон до десятков метров), видов сварки (от кузнечной до плазменной). Сварка в среде защитных газов позволила выполнять эту операцию с металлами, которые обычным способом сваривать невозможно. Автоматизация процессов сварки резко повысила производительность труда и качество сварных соединений.

Возросший интерес к сварке объясняется появлением различных малых и больших фирм, в мастерских которых выполняют достаточно большой объем сварочных работ. Примерами использования сварочного оборудования могут служить многочисленные мастерские по ремонту автомобилей, цеха по изготовлению; бронированных дверей, окон из алюминия и металлопластика и т.д., в основу которых заложены сварные соединения.

Технологию сварки стали применять не только для металлов. Сваркой соединяют полимерные материалы, добиваясь при этом высокой прочности и надежности соединений.

Сварка - это создание искусственных условий для получения неразъемных деталей посредством создания межатомных связей между их поверхностями при помощи общего или местного нагрева, пластического деформирования или этих двух действий одновременно. Для этого элементарные частицы свариваемых деталей сближаются между собой настолько, что между ними начинают действовать межатомные связи, сопровождающиеся сложными физическими и химическими процессами и обеспечивающие механическую прочность соединения.

В нормальных условиях микронеровности поверхности деталей, различные загрязнения и оксидные пленки препятствуют сближению частиц между собой, и для преодоления этих препятствий следует затратить энергию. Под действием приложенной энергии металл по кромкам свариваемых частей оплавляется, образуя жидкую фазу. Жидкий металл одной кромки перемешивается с жидким металлом другой кромки, образуя сварочную ванну. В результате остывания сварочной ванны металл кристаллизуется, образуя сварочный шов. Источником нагрева может быть электрическая дуга, пламя газовой горелки, расплавленный шлак, лазерные лучи и т.д.

Вид затраченной энергии определяет класс сварки: термический, механический,термомеханический. К термическому виду сварки относятся соединения, получаемые местным плавлением поверхностей при помощи тепловой энергии. Тепло для сварки можно получить при помощи электрической дуги (дуговая сварка), от сгорания газовой смеси (газовая сварка), электронным или фотонным лучом (электронно-лучевая или лазерная сварка), сжиганием термитной смеси (термитная сварка), при прохождении электрического тока через расплавленный металл (электрошлаковая сварка) и т.д. Подробнее...

Существует   три   состояния    вещества, отличающиеся     между     собой     силами взаимодействия атомов и молекул: твердое, жидкое и газообразное. Переход вещества из одного состояния в другое сопровождается большими затратами энергии, прикладываемой извне. Для твердого и жидкого состояния характерны небольшие расстояния между молекулами, между которыми действуют силы взаимного притяжения. По мере перехода вещества в жидкое, а затем в газообразное   состояние   эти   расстояния увеличиваются, а силы их взаимодействия снижаются. Этот процесс наглядно представлен во время сварки, когда металл плавится, частично переходит в газообразное состояние, а затем возникают обратные процессы, именуемые кристаллизацией. Подробнее...

Химический состав сварочного шва значительно отличается от основного металла, так как в этой области происходит перемешивание основного и электродного металлов, различных присадок, используемых при сварке, а также реакций взаимодействия жидкой фазы с атмосферными газами и защитными средствами. Соотношения отдельных компонентов, из которых состоит сварочный шов, зависит от способа наложения шва, режимов сварки. К примеру, если сварочный шов ведется с разделкой, то доля основного металла в труктуре шва значительно снижается. Подробнее..

Все зоны сварочного шва подвергаются термическому воздействию с определенными циклами по времени. Каждый участок сварочного шва вначале нагревается до определенной температуры, а затем охлаждается. Температурные изменения металла во время сварки называют ее термическим циклом, графическая зависимость которого отражена на рис.3. Подробнее...

Термические воздействия, которым подвергаются свариваемые соединения, приводят к образованию напряжений в узлах кристаллической решетки и даже к определенным деформациям. Напряжения и деформации могут быть как собственными, существующими в кристаллической решетке без приложения внешних сил, так и внешними, возникающими под действием приложенных нагрузок. Подробнее...

Сварные соединения и швы классифицируются по следующим основным признакам: виду соединения; положению, в котором выполняется сварка; конфигурации и протяженности; применяемому виду сварки; способу удержания расплавленного металла шва; количеству наложения слоев; применяемому для сварки материалу; расположению свариваемых деталей относительно друг друга; действующему на шов усилию; объему наплавленного металла; форме свариваемой конструкции; форме подготовленных кромок под сварку. Подробнее...