Соединение деталей сваркой

Сваркой называется технологический процесс получения неразъемных соединений в результате частичного оплавления соединяемых деталей и образования атомно-молекулярных связей.

Сварка является сравнительно дешевым, высокопроизводительным и достаточно механизированным процессом. Сварку при сборке широко применяют во всех отраслях машиностроения и строительной промышленности: в машиностроении — сварка крупных корпусных деталей; в строительстве — сварка металлических каркасов зданий, бетонной арматуры; в энергомашиностроении — сварка котлов, паропроводов и т. п. Сварку широко применяют при ремонтных и восстановительных работах.

Сварка позволяет заменить сложную цельнометаллическую конструкцию корпусной детали (литую, кованую) на сборную, состоящую из простых элементов, получаемых прокаткой — уголков, прутков, листов. Особенно широко сварка используется в единичном и мелкосерийном производстве, при ремонте машин. Применение сварки .тает экономию металла (минимум механической доработки), снижает трудоемкость и себестоимость продукции (прокат относительно дешев).

Но сварные соединения менее прочны (на 20…30%), чем основной металл по причине окисления места сварки, термических напряжений.

Физическая сущность процесса сварки заключается в образовании связей между атомами на соединяемых поверхностях. Дш получения сварного соединения требуется сблизить соединяемые поверхности и увеличить энергию атомов нагревом, /явлением. Существует два класса сварочных процессов: сварка плавлением и сварка давлением.

Рис. 4.5. Схема образования шва при сварке плавлением.

При сварке плавлением происходит расплаатенис кромок соединяемых деталей, а иногда и присадочного материала (электрода) для заполнения шва между деталями (рис. 4.5). Для этого область шва разогревают до 2000 °C. В зависимости от исто¹шика тепла сварку различают электродуговую (основной ват), газовую, плазменную и др. Возникающая область жидкого металла 3 называется сварочной ванной. Остывая, металл образует сварочный шов. Металл сварочного шва значительно отличается от основного: происходит выгораше отдельных элементов, поглощение газов, диффузия примесей. Для защиты сварочной ванны от взаимодействия с кислородом воздуха применяют сварку под флюсом, в среде защитных или инертных газов и т. п.

Кроме того, в зоне шва возникают при остывании остаточные напряжения растяжения, которые могут вызвать даже трещины.

Сварные швы делятся на следующие виды (рис. 4.6):

• а) стыковые (рис. 4.6, а), обозначаемые буквой С, когда детали присоединяются одна к другой встык;
• б) угловые (рис. 4.6, 6)> обозначаемые буквой У, когда свариваемые детали образуют угол;
• в) тавровые (рис. 4.6, в), обозначаемые буквой Т, когда свариваемые детали образуют форму буквы Т;
• г) внахлестку (рис. 4.6, г), обозначаемые буквой Н, когда кромки свариваемых деталей накладываются одна па другую внахлестку.
• д) точечные (рис. 4.6, д), когда сварочный шов выполняется нс сплошным, а в виде отдельных точек.

Рис. 4.6. Виды сварных швов

На виты сварки, конструктивные элементы сварных швов и подготовки кромок для них действуют государственные стандарты:

ГОСТ 5264–80. Ручная дуговая сварка. Соединения сварные;

ГОСТ 8713–79. Сварка под флюсом. Соединения сварные;

ГОСТ 14 771–76. Дуговая сварка в защитном газе. Сварные соединения. Условные обозначения швов сварных соединений выполняют по ГОСТ 2.312−72. Так, шов сварного соединения показывают: видимый — сплошной основной линией (рис. 4.7, а. г), невидимый — штриховой линией (рис. 4.7, д). От изображения сварного шва проводят линию-выноску, заканчивающуюся односторонней стрелкой. Линию-выноску предпочтительно проволить от изображения видимого шва с его лицевой стороны, с которой производят сварку основного шва.

Рис. 4.7. Условное изображение видимых и невидимых швов сварных соединений.

Условное обозначение шва производят на потнее линии-выноски, если же линия-выноска проведена от оборотной стороны основного шва, то под полкой. Вспомогательные знаки, входящие в обозначение шва, выполняют сплошными тонкими линиями, а высота знаков равна высоте цифр и букв, входящих в обозначение. Элементы условного обозначения и вспомогательные знаки располагают в определенной по;

следовательносш.

• 1. Номер ГОСТа на способ сварки и вит сварного соединения.
• 2. Буквенно-цифровое обозначение вита сварного соединения по стандарту.
• 3. Условное буквенное обозначение способа сварки по соответствующему стандарту (на чертежах допускается нс указывать). Приняты следующие обозначения способов сварки: Р — ручная, АФ — автоматическая под флюсом, ПФ — полуавтоматическая сварка под флюсом; ИН — эдекгродуговая сварка в инертных газах без присадочного металла, ИНп — в инертных газах с присадочным металлом, ИП — в инертных газах и их смесях с углекислым газом и плавящимся электродом и др.

Операция сварки плавлением включает следующие переходы:

• 1) разделка кромок соединяемых деталей;
• 2) установка и закрепление деталей на специальных сварочных стендах для придания им точного и неизменного положения в процессе сварки;
• 3) собственно сварка соединения по периметру шва;
• 4) очистка шва от остатков шлака;
• 5) контроль сварного шва (осмотром, смачиванием керосином).

Чтобы обеспечить сквозное проплавление и получение сварного шва по всей толпщне соединяемых деталей, их кромки необходимо подготовить под сварку. Подготовка может быть выполнена: 1) с отбортовкой кромок; 2) без скоса кромок; 3) со скосом одной кромки; 4) с двумя скосами одной кромки;

5) с /шумя скосами двух кромок. Скосы бывают симметричные и асимметричные, прямолинейные и криволинейные.

Если толщина деталей более 3 мм, применяют односторонние скосы одной или двух кромок, двусторонние — одной или двух кромок, а также криволинейные скосы. Скосы выполняют механической обработкой (точением, фрезерованием, строганием), скалыванием пат углом на специальных ножницах, кислородной, плазменной резкой и другими способами.

При сварке давлением образование соединения деталей происходит за счет диффузии атомов металлов в месте соприкосновения двух поверхностей. Процесс диффузии возможен, если расстояние между поверхностями нс превышает 10^s см, причем поверхности должны быть идеально чистыми.

Рис. 4.8. Схема электроконтакшой сварки давлением.

Реальные же поверхности обладают, во-первых, определенной шероховатостью, а во-вторых, несут на себе слой адсорбированных молекул газов, воды и жировых веществ толщиной 100…200 молекул. Чтобы получить прочное соединение в данных условиях, поверхности контакта должны быть тщательно очищены, сдавлены с усилием, достаточным для смятия неровностей и плотного соприкосновения и (или) подогреты для повышения подвижности атомов (но не до плавления!).

В сборочном производстве наиболее часто встречается электроконтактная сварка давлением (рис. 4.8). Соединяемые детали / и 2 зажимаются в контактах сварочной маиншы и приво/ыгся в сопршюсновение. Через понижающий трансформатор 3 включают подогрев места контакта R_K. Через 10… 15 с ток выключают и разогретые до вишневого цвета детали осаживают с усилием Р.

Другим вариантом сварки давлением является точечная и шовная злектроконтакгная сварка (рис. 4.9). Соединяемые детали / и 2 прижимаются друг к другу электродами сварочной машины. На короткое время включается электрический ток. Происходит разогрев места контакта в небольшой точке. Через 5…7 с ток выключают и детали дополнительно сжимают с усилием Р. Образуется сварная точка. Таким способом приваривают автомобильные кузова к несущей раме, различные кожухи, защитные ограждения и т. п. Способ очень эффективный и высокопроизводительный.

Рис. 4.9. Схема точечной элекгроконтакпюи сварки.

Электроды точечных машин изготавливают из меди или се сплавов с присадками хрома, никеля, кремния, бериллия, магния и других металлов. Широкое распространение получили сплав ЭВ, представляющий собой хромоцинковую бронзу с красностойкостью до температуры 350. .400 °С, и электроды из пагартованной меди. Форму электродов выбирают такой, чтобы обеспечить наиболее удобный подвод тока к месту сварки. Рабочая часть электрода обычно имеет форму усеченного конуса с плоским контактом. Диаметр электрода выбирают в зависимости от тошцины свариваемых деталей. Если сваривают детали различной толщины, то диаметр электрода выбирают по толщине более тонкой детали по формуле d_y = 25 + 3 мм, где - диаметр электрода, мм; 6 — толщина более тонкой свариваемой детали, мм. Режим сварки выбирают по табл. 4.1.

Таблица 4.1.

Режимы точечной сварки.

При сварке деталей различной толщины режим сварки определяют по наиболее тонкой детали, увеличивая величину тока на 10… 12%.

Для получения непрерывных сварочных швов вместо жестких контактов применяют вращающиеся контактные ролики.

При ремонте кабин и оперения тракторов и автомобилей широко применяют полуавтоматическую сварку в среде углекислого газа. Во время сварки в зону горения электрической душ подают углекислый газ, что приводит к защите расплавленного металла от вредного влияния окружающего воздуха. Защита сварочной ванны углекислым газом обеспечивает высокое качество сварного шва.