Реферат: Схема и краткая характеристика сварки плавлением

--PAGE_BREAK--Таблица 1 ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ И СПОСОБОВ СВАРКИ ПЛАВЛЕНЕНИЕМ


Отличительные признаки способов сварки

Дуговая сварка

Электрошла-ковая сварка

Электронно-лучевая сварка

Лазерная сварка

Ствето-лучевая сварка

Газовая сварка

Плазменная сварка

Термитная сварка

Источник нагрева

Теплота, выделя-ющаяся при бомбардировке поверхности нагрева заряженными частицами, и теплота плазмы столба дуги

Теплота, выделяющаяся при прохождении тока через расплавленный шлак

Теплота, выделяющаяся при бомбардировке поверхности нагрева электронами, получившими ускорение в поле высокого напряжения

Теплота, выделяющаяся при поглощении поверхностью нагрева индуцированного излучения с определенной длиной волны

Теплота, выделяющаяся при поглощении светового потока с широким диапазоном длины волн

Теплота, полученная при сжигании горючего газа в кислороде

Теплота, содержащаяся в ионизированном газовом потоке, выделенном из столба дуги

Теплота, содержащаяся в перегретом жидком расплаве

Вид защиты

Газошлаковая и газовая инертными и активными газами. Местная и общая. При нормальном внешнем и повышенном давлениях и в вакууме

Шлаковая

Общая в вакууме

Газовая инертными газами. Местная и общая. При нормальном и повышенном давлениях и вакууме

Газовая и газошлаковая

Газовая инертными и активными газами. Местная и общая

Шлаковая

Характер нагрева

Непрерывный, импульсный

Непрерывный

Непрерывный, импульсный

Непрерывный, импульсный

Непрерывный, импульсный

Непрерывный, периодический

Непрерывный

Непрерывный

Вид процесса по степени автоматизации

Ручной, полуавтомати-ческий и автоматический

Автоматиче-ский и полуавтома-тический

Автомати-ческий

Автоматический

Автоматический

Ручной

Ручной и автоматический

Ручной



--PAGE_BREAK-- ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ СВАРКА
            Источником теплоты при электрошлаковой сварке служит расплавленный флюс. Количество теплоты, выделяющееся при прохождении тока через флюс, определяют по известному уравнению

<img width=«92» height=«24» src=«ref-1_693829939-311.coolpic» v:shapes="_x0000_i1033">,

где RВ¾сопротивление шлаковой ванны.

            Расплавленный шлак за счет прохождения электрического тока нагревается до высокой температуры. Теплота, выделяющаяся в шлаковой ванне при прохождении тока, обеспечивает расплавление основного и присадочного металлов с образованием общей сварочной ванны.

            Для удержания ванны в вертикальном положении от вытекания используют различные приспособления: передвижные медные водоохлаждаемые ползуны и т.п. По мере плавления основного и присадочного металлов металлическая и шлаковая ванны поднимаются. Процесс ведется автоматически, причем наряду с заданной скоростью подачи присадочного металла поддерживается определенная глубина шлаковой и металлической ванны.

            Электрошлаковую сварку применяют главным образом для получения соединений из металла (стали, алюминия, титана и их сплавов и др.) большого сечения (свыше 40-50 мм). Преимущества процесса: высокая производительность, высокое качество сварных соединений, сравнительная простота и возможность автоматизации.

            Способы электрошлаковой сварки.

В зависимости от типа применяемого электрода различают несколько способов процесса электрошлаковой сварки: электродной проволокой, электродной пластиной, плавящимся мундштуком. Выбор способа электрошлаковой сварки определяется сечением соединяемых элементов и их протяженностью.

            Сборка свариваемых элементов и формирование ванны.  

Основной вид соединения при электрошлаковой сварке ¾стыковое. Этим методом могут быть выполнены и другие соединения. Величину зазора между свариваемыми элементами выбирают в зависимости от толщины соединяемых кромок, способа электрошлаковой сварки и т.п. На практике зазор между свариваемыми элементами выбирают достаточным для размещения электрода (электродов) и предупреждения его замыкания на кромки. При сборке свариваемых кромок необходимо учитывать возможность их смещения. Это затрудняет удержание ванны формирующими устройствами.

            При электрошлаковой сварке применяют различные способы закрепления соединяемых элементов. Для сборки стыков большой протяженности к кромкам приваривают скобы. Небольшие по высоте свариваемые элементы фиксируют при сборке устройствами, формирующими шов.

            При электрошлаковой сварке формирование ванны и шва невозможно без точной подгонки формирующих устройств к поверхности кромок. При использовании жидкотекучих флюсов зазор между формирующим устройством и изделием свыше 0,5 мм практически недопустим. Если зазор превышает допустимую величину, расплавленный шлак заполняет его, кристаллизуется и постепенно расширяет щель. Создаются условия для вытекания шлаковой и металлической ванны. Подгонка формирующих устройств облегчается после механической обработки поверхности свариваемых кромок, особенно при изготовлении сварно-литых и сварно-кованых конструкций.
            Параметры режима и их  влияние на размеры сварочной ванны и шва.

Эффективная мощность, выделяемая в шлаковой ванне:

<img width=«85» height=«24» src=«ref-1_693830250-286.coolpic» v:shapes="_x0000_i1034">,

где U¾падение напряжения в шлаковой ванне.

            Эффективный КПД hИзависит от соотношения между тепловыми потоками в свариваемое изделие и формирующие устройства и составляет 0,6¾0,9.

            Основные параметры режима ¾сила сварочного тока, напряжение на электродах и скорость сварки. Изменением этих параметров влияют на размеры сварочной ванны и шва. Размеры ванны оцениваются ее шириной е и глубиной h.

            Сила сварочного тока.Изменение тока наибольшее влияние оказывает на глубину металлической ванны, С увеличением силы тока глубина ванны возрастает и имеет зависимость, близкую к линейной. Ток является главным параметром, за счет которого изменяют глубину ванны в требуемых пределах. На ширину ванны изменение тока влияет  незначительно.

            Напряжение на электроде. Изменение напряжения на электроде большое влияние оказывает на ширину металлической ванны. Зависимость имеет прямолинейный характер. На практике ширину ванны и шва изменяют в требуемых пределах регулированием напряжения на электроде (электродах). С увеличением напряжения несколько возрастает также и глубина металлической ванны.

            Скорость сварки. Изменение скорости сварки для сохранения стабильности процесса требует изменения других параметров процесса, особенно силы сварочного тока. При увеличении скорости сварки наблюдается возрастание глубины ванны. Ширина ее изменяется по более сложной зависимости, имеющей максимум. Это, по-видимому, связано с различными значениями термического КПД.

            К дополнительным элементам режима электрошлаковой сварки относятся величина зазора, скорость  подачи электрода, число электродов и площадь их поперечного сечения, глубина шлаковой ванны, состав флюса и др. Их влияние на размеры сварочной ванны и шва проявляются слабее.  Для сохранения стабильности процесса изменение скорости подачи электрода требует  и соответствующего изменения силы тока. Следовательно, с увеличением скорости подачи электрода растет и глубина  металлической ванны.

            Большое влияние на стабильность процесса оказывает глубина шлаковой ванны. При недостаточной глубине возрастает вероятность образования дугового разряда либо внутри ванны, либо на ее поверхности. Глубину шлаковой ванны поддерживают в пределах 30¾90 мм. Устойчивость электрошлакового процесса зависит от свойств источника питания и совершенства исполнительных устройств электрошлаковых аппаратов.

            При электрошлаковой сварке должно соблюдаться равенство мощности, выделяемой в шлаковой ванне, и мощности, необходимой для образования сварочной ванны и шва. Стабильность процесса возрастает при применении источников переменного тока с малым внутренним сопротивлением (жесткой вольт-амперной характеристикой).

            Исполнительные устройства должны обеспечить в процессе сварки постоянство глубины металлической и шлаковой ванны.
СВАРКА ЭЛЕКТРОННЫМ ЛУЧОМ

            Способы электронно-лучевой сварки.

Источником нагрева при этом методе служит концентрированный поток электронов. Зона нагрева электронным лучом в зависимости от степени фокусировки может изменяться в значительных пределах. Диаметр пятна нагрева может изменяться от 0,05 до 5 мм, плотность энергии в нем 104¾106 Вт/см2. Электронный луч позволяет проводить сварку материалов с максимальной глубиной проплавления и минимальной зоной термического влияния.

            Процесс сварки осуществляется в камерах. Различают однокамерные и двухкамерные установки. В однокамерных установках вследствие ионизации паров металла при нагреве возможно появление дугового разряда, отрицательно влияющего на работоспособность электронной пушки. В двухкамерных установках рабочая камера изолирована от электронной пушки. Высокий вакуум создается только в пространстве (камере), занятом прожектором электронной пушки.

            Электронно-лучевая сварка нашла большое применение при изготовлении конструкций из молибдена, вольфрама, тантала, ниобия и других тугоплавких и активных металлов, а также из высокопрочных сталей и алюминиевых сплавов.

            К преимуществам метода следует отнести высокие значения эффективного (0,85¾0,95) и термического (0,35¾0,485) КПД, высокую производительность (скорость сварки в 1,5¾2 раза выше, чем при дуговой); незначительную зону термического воздействия, высокую чистоту атмосферы, незначительный  расход электроэнергии и т.д. Недостаток электронно-лучевой сварки ¾высокая стоимость оборудования и его сложность, а в некоторых случаях и опасность облучения обслуживающего персонала.

            Формирование сварочной ванны и шва.

Электронно-лучевой сваркой могут быть получены различные виды сварных соединений и достаточно большое количество типов швов. Наибольшее распространение способ получил при выполнении стыковых, угловых и реже тавровых соединений. Технологические особенности подготовки кромок и сборки их перед сваркой связаны со специфичностью электронного луча как источника нагрева. В первую очередь необходимо учитывать  малые размеры пятна нагрева.  Это приводит к получению узких клиновидных швов. Отсюда вытекают высокие требования к точности сборки свариваемых элементов. Подготовка кромок должна обеспечить возможность их тщательной подготовки по всей длине с минимальным зазором и смещением по высоте.

            Сварка электронным лучом осуществляется в большинстве случаев без подачи присадочного материала. Усиление шва, как правило, отсутствует. Следовательно, разделка кромок нежелательна.

            При сварке стыковых соединений со сквозным проплавлением для формирования обратной стороны шва могут быть использованы остающиеся или съемные подкладки. В отличие от дуговой сварки давление потока электронов на сварочную ванну невелико. Импульс давления, передаваемый единице площади пучком электронов,

<img width=«71» height=«28» src=«ref-1_693830536-276.coolpic» v:shapes="_x0000_i1035">,

где j¾плотность тока электронного луча; UО¾ ускоряющее напряжение.

            Основное пространственное положение ¾нижнее. Допускаются значительные отклонения от нижнего с переходом в вертикальное положение по схеме формирования швов на подъем (снизу вверх). При этом создаются условия получения более глубокого проплавления, Благоприятных очертаний шва и даже небольшого усиления.

            Процесс сварки электронным лучом может быть выполнен с поверхностным нагревом кромок и глубинным. В первом случае при сварке используют небольшие плотности энергии в пятне нагрева. Во втором случае применяют высокие плотности энергии в пятне нагрева. В сварочной ванне образуется кратер, который способствует глубинному проплавлению металла. Поверхностный нагрев применяют в основном при сварке тонких металлов, он способствует увеличению ширины шва и зоны термического влияния.

Часто встречающийся дефект ¾несплавление кромок в корне шва ¾связан со смещением луча относительно стыка при клиновидной форме сечения шва. С увеличением толщины свариваемых элементов вероятность несплавлений возрастает. Исходя из этого, требуется высокая точность направления луча по стыку (отклонения не более ±0,15 мм) с применением систем слежения.

            Параметры режима и их влияние на размеры ванны и шва. 

Основные параметры режима электронно-лучевой сварки ¾сила тока, напряжение электронного луча, скорость сварки. Ускоряющее напряжение и сила тока луча определяют мощность источника нагрева.

            Ускоряющее напряжение в основном определяет тепловую энергию в пятне нагрева, оказывает исключительно большое влияние на глубину  проплавления сварочной ванны. При сохранении постоянной удельной мощности в пятне нагрева  глубина проплавления увеличивается с повышением ускоряющего напряжения. В первом приближении глубина проплавления пропорциональна квадратному корню из ускоряющего напряжения.

            На практике электронно-лучевую сварку выполняют при ускоряющем напряжении 10¾100 кВ. В процессе сварки необходима высокая стабильность ускоряющего напряжения. Колебание напряжения (±0,1%) приводит к существенному изменению диаметра пятна нагрева и отклонению электронного луча относительно свариваемого стыка.

            Ток электронного луча оказывает большое влияние на ширину сварочной ванны и шва. Увеличение силы тока приводит к их существенному возрастанию.  Глубина проплавления сварочной ванны мало зависит от величины тока. Однако общее увеличение мощности электронного луча приводит к некоторому ее возрастанию.

            Для увеличения глубины проплавления при сравнительно больших ускоряющих напряжениях может быть использован способ формирования на подъем. Особенно большой эффект достигается при сварке вертикальных швов. В этом случае сила тока электронного луча значительно увеличивается и достигает 1 А и выше. На практике величину тока электронного луча выбирают от десятков миллиампер до 1 А и более.

            Скорость сварки влияет на размеры сварочной ванны и шва, как и при дуговой сварке. Увеличение скорости сварки при сохранении постоянства погонной энергии несколько увеличивает глубину проплавления, мало влияя на ширину шва.

            На размеры сварочной ванны и шва оказывают влияние и дополнительные параметры режима: величина тока в магнитной фокусирующей линзе, остаточное давление в камере; время импульса и паузы при импульсной сварке, колебания электронного луча; расстояние от пушки до свариваемого изделия и др.

            Особенно большое влияние на размеры сварочной ванны и шва оказывает величина тока в магнитной фокусирующей линзе (фокусировка). Этот параметр режима определяет конфигурацию потока электронов по отношению к свариваемому изделию, форму ванны и диаметр пятна нагрева. Регулированием тока в магнитной линзе можно в широких пределах изменять концентрацию тепловой энергии в пятне нагрева. Это значит, что при одинаковом значении погонной энергии можно получать различную по форме сварочную ванну и шов. При увеличении силы тока IФв фокусирующей линзе ширина ванны есначала снижается, а затем возрастает. Изменение глубины проплавления hпри изменении силы тока в фокусирующей линзе имеет зависимость с резко выраженным максимумом. Вследствие того, что hИи htпри электронно-лучевой сварке вблизи к своему максимуму, площадь проплавления шва Fпрмало зависит от фокусировки. На практике силу тока  в фокусирующей линзе выбирают в пределах 50¾100 мА (для пушек со средним ускоряющим напряжением).

            Остаточное давление в камере определяет стабильность процесса и качество сварных соединений. Разрежение должно быть достаточным для исключения дугового разряда в течение всего периода сварки. Увеличение давления в камере снижает мощность электронного луча и уменьшает его проникающую способность. Для сохранения постоянного вакуума производительность откачных насосов рассчитывают с учетом повышения давления в камере в процессе сварки. При электронно-лучевой сварке давление в камере поддерживают на уровне   10--4¾10--6 мм рт.ст.

            Колебания электронного луча позволяют избежать ряда дефектов, свойственных электронно-лучевой сварке (подрезов, несплавлений кромок в корне шва и др.). Используют прямоугольные или синусоидальные поперечные колебания луча в широком диапазоне частот (10¾800 Гц). Амплитуду колебаний выбирают в пределах 0,5¾2 мм. Большие значения амплитуды приводят к раздвоению электронного луча относительно стыка. Наряду с поперечным применяют и продольное колебание луча.

            Расстояние от эллектронной пушки до свариваемого издеоия допускается в широких пределах: 50¾120 мм для низковольтных пушек и 50¾500 мм для высоковольтных. Изменение расстояния в процессе сварки на несколько миллиметров не оказывает заметного влияния на размеры швов и их качество.

            При импульсном режиме электронно-лучевой сварки тепловыделение дополнительно регулируется частотой и длительностью сварочных импульсов. Импульсная электронно-лучевая сварка особенно целесообразна при выполнении швов с минимальной зоной термического влияния.


    продолжение
--PAGE_BREAK--