Сварка металлов. Сварка металлов согласно ГОСТ Р ИСО 857-1-2009 - технологический процесс соединения металла(ов) при таком нагреве и/или давлении, в результате которого получается непрерывность структуры соединяемого(ых) металла(ов). Все многочисленные виды сварки разделяют на две группы: сварку давлением (контактная, трением, ультразвуком и т.д.) и сварку плавлением (газовая, электрическая и т.д.). Более подробная классификация сварки металлов по основным физическим, техническим и технологическим признакам приведена в ГОСТ 19521-74. Сварка давлением (рисунок 1) - это сварка, осуществляемая приложением внешней силы и сопровождаемая пластическим деформированием сопрягаемых поверхностей, обычно без присадочного металла (ГОСТ Р ИСО 857-1 -2009). В этом случае свариваемые заготовки располагают на некотором расстоянии друг от друга и осуществляют расплавление кромок заготовок и заполнение разделки оплавленным основным металлом. В настоящее время наибольшее распространение получила контактная сварка давлением. Рис. 1. Соединение, полученное сваркой давлением. Сварка плавлением — это сварка, осуществляемая оплавлением сопрягаемых поверхностей без приложения внешней силы, обычно (но не обязательно) добавляется расплавленный присадочный металл (ГОСТ Р ИСО 857-1-2009). Процесс сварки в таком случае заключается в разогреве кромок заготовок до перехода в жидкую фазу с добавлением расплава присадочного металла и сплавление их при остывании. Сварку плавлением можно разделить на виды по способу подвода энергия: газовая (горение газов типа ацетилена, пропана), электрическая (дуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерная), термитная и др. Самое широкое распространение получили различные способы электрической 1 сварки плавлением, которую в зависимости от характера источников нагрева и расплавления свариваемых кромок можно разделить на основные виды, указанные в таблице 1. Таблица 1. Описание Способ сварки Источником тепла является электрическая дуга, которая горит между свариваемым Электрическая изделием и электродами. Электроды могут дуговая быть плавящимися и неплавящимися (вольфрамовыми, угольными) Источником тепла является расплавленный шлак, через который протекает Электрошлаковая электрический ток. Этот способ сварки позволяет сваривать большие толщины металла за один проход. Нагрев и расплавление кромок соединяемых деталей производят направленным потоком Электронно-лучевая электронов, излучаемых раскаленным катодом. Данный способ нашел применение при сварке микродеталей. Нагрев и расплавление кромок соединяемых деталей производят направленным сфокусированным мощным световым лучом Лазерная фотонов. Данный способ сварки используется в радиоэлектронике и в электронной технике Кроме того, сварка может быть классифицирована по степени примененной механизации (ручная, частично механизированная, полностью механизированная или автоматическая по ГОСТ Р ИСО 857-1-2009) и по способу защиты сварочной ванны околошовной зоны от атмосферы (сварка под флюсом, сварка в среде защитных газов, сварка под вакуумной защитой). Сварное соединение имеет четыре зоны, образующиеся в результате сварки (рисунок 2) Рис. 2. Зоны сварного соединения: сварной шов (I), зона сплавления (2), зона термического влияния (3), основной металл (4). 2 Зона сварного шва (I) представляет собой перемешанный в жидком состоянии с основным металлом материал электрода или присадочной проволоки. Сварной шов характеризуется литой макроструктурой металла. Зона сплавления (2) представляет собой зону сварного соединения, где происходит сплавление наплавленного и основного металла. В нее входит узкий участок шва, расположенный у линии сплавления, а также оплавленный участок околошовной зоны. Зоной термического влияния (3) называют участок, не подвергшийся плавлению, в структуре которого при сварке происходит изменение свойств вследствие теплового воздействия сварочного источника нагрева. Основной металл (4) располагается за пределами зоны термического влияния и не претерпевает структурных изменений при сварке. Типы сварных соединений. Сварные соединения подразделяются на несколько типов, определяемых взаимным расположением свариваемых деталей и формой подготовки (разделки) их кромок под сварку. Определение типов сварных соединений по ГОСТ Р ИСО 17659-2009 приведено в таблице 2. Таблица 2. Рисунок Определение Тип Стыковое Тип соединения, при котором детали лежат в одной плоскости и примыкают друг к другу торцовыми поверхностями соединения, при котором угол между поверхностями двух деталей вместе примыкания кромок свыше 30°. Угловое 3 Тип соединения, при котором детали сопрягаются под прямым углом, образуя Тформу. Тавровое Тип соединения, при котором детали параллельны друг другу и частично перекрывают друг друга. Нахлесточное Тип соединения, при котором угол между поверхностями двух деталей в месте примыкания кромок составляет от 0° до 30° Торцовое Классификация сварных швов. По виду сварного соединения : делятся на а) стыковые швы, б) и угловые швы (рисунок 3). Рис. 3. 2. В зависимости от их взаимного расположения относительно поверхности изделия: а). Односторонний - шов, выполненный с одной стороны заготовки (рисунок 4). б). Двухсторонний - шов, выполненный с обеих сторон заготовки (рисунок 4). Рис. 4. 4 3. По способу выполнения а) Однослойные – выполнение за один «проход», с одним наплавленным валиком (рисунок 5); б) Многослойные – число слоев равно Рис. 5. числу «проходов» (рисунок 5). Применяется при большой толщине металла. Валиком сварного шва называется металл сварного шва, наплавленный за один проход. Подварочным валиком (швом) называется меньшая часть двухстороннего шва, выполняемая заранее для предотвращения прожогов при дальнейшей сварке основного шва. Корнем сварного шва называется часть шва, наиболее удаленная от его лицевой поверхности. 4. По степени выпуклости (рисунок 6): а) Выпуклые – усиленные; б) Вогнутые – ослабленные; в) Нормальные – плоские. Рис. 6. Геометрические параметры сварного шва. К основным геометрическим параметрам сварных швов относятся: 1) Ширина шва (усиления) 2) Высота выпуклости (усиления) шва 3) Катет углового шва Шириной сварного шва (е, e1) называют расстояние между линиями сплавления на лицевой стороне сварного шва в одном поперечном сечении (РД 03606-03. ГОСТ Р ИСО 17659-2009). Рис. 7. Ширина сварного шва 5 Выпуклостью (высотой выпуклости) сварного шва (g, gi) называется расстояние между плоскостью, проходящей через видимые линии границы сварного шва с основным металлом и поверхностью сварного шва, измеренное в любом поперечном сечении по длине шва (РД 03-606-03, ГОСТ РИСО 17659-2009) Рис. 8. Выпуклость сварного шва Катетом углового шва (k) называется кратчайшее расстояние от поверхности одной из свариваемых частей до границы углового шва на поверхности второй свариваемой части (РД 03-606-03, ГОСТ Р ИСО 17659- 2009) Рис. 9. Катет углового шва Для того, чтобы обеспечить полный провар по всей толщине свариваемых элементов и доступ сварочного инструмента к корню шва при подготовке деталей к сварке выполняется разделка их кромок. Разделка кромок под сварку - это придание кромкам деталей, подлежащих сварке, необходимой формы (РД 03-60603). По форме разделки кромок под сварку различают сварные соединения без разделки кромок и c разделкой кромок. В свою очередь разделка кромок может быть односторонней и двухсторонней. 6 Рис. 10 . разделка кромок. К элементам геометрической формы подготовки кромок под сварку относятся ( рисунок 10) : 1. Зазор между свариваемыми деталями - b 2. притупление кромки - с 3. Угол скоса кромки - β 4. Угол разделки кромок- α 5. Смещение кромок (рис.11)ж. Зазор (b) - расстояние между собранными под сварку деталями в поперечном сечении их кромок (РД 03-606-03). Наличие зазора необходимо для провара корня шва, его величина обычно составляет 1,0-3,0 мм, но в отдельных случаях зазор может быть равным нулю или достигать 8,0 мм и более. Притупление кромки (с) - это нескошенная часть торца кромки детали, подлежащей сварке (РД 03-606-03). Притупление выполняется для правильного формирования сварного шва и предотвращения прожогов в его корне. Притупление кромок обычно составляет 1,0-3,0 мм. Угол скоса кромки (β) - это острый угол между плоскостью скоса кромки и плоскостью торца детали или торцовая поверхность детали после механической обработки до заданных чертежом размеров (РД 03-606-03). Угол скоса кромки обеспечивает определенную величину угла разделки кромок, что необходимо для доступа дуги вглубь соединения и полного проплавления кромок на всю их толщину. Угол разделки кромок (α) - это угол между скошенными кромками свариваемых деталей (РД 03-606-03). Разделка кромок, как правило, выполняется при толщине металла более 5-6 мм, при этом угол разделки зависит от способа сварки и типа сварного соединения. Смещением кромок (а) ( рисунок 11) называется несовпадение уровней расположения внутренних и наружных поверхностей свариваемых (сваренных) деталей в стыковых сварных соединениях (РД 03-606-03) Рис. 11 .смещение кромок. 7