Файл: Сварочные процессы.pdf

Министерство Образования Республики Молдова
Бельцкий Государственный Университет им. ”Алеку Руссо”
Факультет Реальных, Экономических и Социальных Наук
Кафедра Физики и Инженерии
Реферат по курсу “Технология материалов I”
Тема: «Сварочные процессы».
Студент: Гамуряк Анастасия
Группа: IM11Z

2
Оглавление
Введение ................................................................................................................ 2 1. Классификация видов сварки ...................................................................... 4 2. Типы сварных соединений и швов .............................................................. 6 3. Проектирование сварных соединений ..................................................... 10 4. Преимущества и недостатки сварных соединений ................................ 14
Заключение ......................................................................................................... 15
Библиография .................................................................................................... 16

3
Введение
В машиностроении при изготовлении машин и механизмов широко применяются различные виды соединений. Различают разъемные и неразъемные соединения. Основным видом неразъемных соединений в настоящее время являются сварные соединения. Это обу- словлено низкой стоимостью сварных соединений, высокой производительностью про- цесса сварки, возможностью автоматизации технологического процесса.
Современные технологии автоматизации сварочного производства позволяют при- менять автоматические процессы сварки не только в серийном, но и в единичном и мелко- серийном производстве.
Во многих случаях сварка является единственно возможным или наиболее эффек- тивным способом создания неразъемных соединений конструкционных материалов и по- лучения ресурсосберегающих заготовок, максимально приближенных по геометрии к оп- тимальной форме готовой детали или конструкции.
Целью данной работы являлось изучение различных типов сварных соединений и швов, выбор металла и типа сварного соединения при проектировании, преимуществ и не- достатков сварных соединений по сравнению с другими способами получения неразъемных соединений.

4
1. Классификация видов сварки
Сварное соединение – неразъёмное соединение, выполненное сваркой, т.е. путём установления межатомных связей между свариваемыми частями при нагревании или пла- стическом деформировании.
Сваркой называется процесс получения неразъемных соединений посредством уста- новления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагревании и (или) пла- стическом деформировании. (ГОСТ 2601-84).
Сварка металлов подразделяется по физическим, техническим и технологическим
признакам.
Классификация по физическим признакам осуществляется в зависимости от
формы энергии, используемой для образования сварного шва.
По ГОСТ19521-74 сварка металлов делится на три класса: термических, термомеха- нический, механический (рис. 1).
Рисунок 1 – Классификация видов сварки по физическим признакам
Виды сварки
Термический класс
Дуговая
Электрошлаковая
Плазменая
Электроно - лучевая
Газовая
Термитная
Литейная
Лазерная
Термомеханический класс
Контактная
Газопрессовая
Кузнечная
Диффузорная
Индукционая
Автовакумная
Механический клас
Трением
Холодная
Ультразвуковая
Взрывом

5
К термическому классу относятся виды сварки, осуществляемые плавлением с ис- пользованием тепловой энергии, термомеханическому - с использованием тепловой энер- гии и давления, механическому – с использованием механической энергии.
К техническим признакам относятся: способ защиты металла в зоне сварки, непре- рывность процесса, степень механизации процесса (рис. 2).
Рисунок 2 – Классификация видов сварки по техническим признакам
Технологические признаки устанавливаются для каждого способа отдельно.
К технологическим признакам для газовой сварки можно отнести: мощность пла- мени, вид пламени, диаметр присадочной проволоки и т.д.
Виды сварки
По способу защиты металов в зоне сварки
В воздухе
В вакууме
В защитном газе
Под флюом
По флюсу
С комбинированой защитой
По непрерывности процесса
Непрерывные
Прерывистые
По степени механизации процессов сварки
Ручные
Механизированные
Автоматизированные
Автоматические

6
2. Типы сварных соединений и швов
В таблице 1 приведены основные типы сварных соединений, сгруппированные по форме поперечного сечения [7].
Таблица 1 – типы сварных соединений
По способу выполнения (рис. 3):

Двухсторонние – сварка с двух противоположных сторон с удалением корня первой стороны;

Однослойные – выполнение за один «проход», с одним наплавленным вали- ком;

Многослойные – число слоев равно числу «проходов». Применяется при большой толщине металла.

7
Рисунок 3 – Виды сварных соединений по способу выполнения
По степени выпуклости (рис. 4):

Выпуклые — усиленные;

Вогнутые — ослабленные;

Нормальные — плоские.
На выпуклость шва влияют используемые сварочные материалы, режимы и скорость сварки, ширина разделки кромок.
Рисунок 4 – Виды сварных соединений по степени выпуклости
По положению в пространстве (рис. 5):

Нижние – сварка ведется под углом 0° – наиболее оптимальный вариант, вы- сокие производительность и качество;

Горизонтальные – сварка ведется под углом от 0 до 60°град. требуют повы- шенной квалификации сварщика;

Вертикальные – сварка ведется под углом от 60 до 120 град., требуют повы- шенной квалификации сварщика

Потолочные – сварка ведется под углом от 120 до 180° — наиболее трудоем- кие, небезопасные, сварщики проходят специальное обучение.

8
Рисунок 5 – Виды сварных соединений по положению в пространстве
По протяженности (рис. 6):

Сплошные – самые распространенные;

Прерывистые – негерметичность конструкции.
Виды сварных соединений и швов по взаимному расположению:

Расположены по прямой линии;

Расположены по кривой линии;

Расположены по окружности.
Рисунок 6 – Виды сварных соединений по протяженности и взаимному расположению
По направлению действующего усилия и вектору действия внешних сил (рис. 7):
 фланговые – вдоль оси сварного соединения;
 лобовые – поперек оси сварного соединения;
 комбинированные – сочетание фланговых и лобовых;
 косые – под некоторым углом к оси сварного соединения.
Виды сварных швов по форме свариваемых изделий:
 на плоских поверхностях;
 на сферических.

9
Рисунок 7 – Виды сварных соединений по направлению действующего усилия и вектору действия внешних сил:
Виды швов зависят также от толщины рабочего материала и от длины самого
стыка:
 короткие – не более 25 см, при этом сварка производится способом «за один проход»;
 средние – длиной менее 100 см – используется обратно-ступенчатый способ сварки, при этом строчка разбивается на малые отрезки длиной в 100-300 мм.
Все протяженные швы обрабатываются обратно-ступенчатым способом, от центра к краям.

10
3. Проектирование сварных соединений
При проектировании сварных соединений следует учитывать технологичность их изготовления. Технологичность включает в себя конструктивное, технологическое и эконо- мическое обеспечение изготовления конкретного сварного соединения. Сварное соедине- ние должно обеспечивать возможность применения производительных видов сварки, ши- рокое применение автоматизации или механизации процесса изготовления при низкой се- бестоимости. При этом должны быть сведены к минимуму искажения формы и размеров, вызываемые тепловым и механическим воздействиями при сборке и сварке.
Технологичность обеспечивается выбором материала, формы свариваемых элемен- тов и типа соединения, видов сварки и мероприятий по уменьшению сварочных деформа- ций и напряжений.
При выборе материала для сварных соединений учитываются не только его физико- химические и механические свойства, но и свариваемость.
При оценке свариваемости роль химического состава стали является превалирую- щей. При оценке влияния химического состава на свариваемость сталей, кроме содержания углерода, учитывается также содержание других легирующих элементов, повышающих склонность стали к закалке. Это достигается путем пересчета содержания каждого легиру- ющего элемента стали в эквиваленте по действию на ее закаливаемость с использованием переводных коэффициентов, определенных экспериментально. Суммарное содержание в стали углерода и пересчитанных эквивалентных ему количеств легирующих элементов называется углеродным эквивалентом. Для его расчета существует ряд формул, составлен- ных по различным методикам, которые позволяют оценить влияние химического состава низколегированных сталей на их свариваемость:
???? = ???? +
????????
6
+
????????
5
+
????????
5
+
????
5
+
????????
15
+
????????
15
(метод МИС);(1)
???? = ???? +
????????
6
+
????????
5
+
????????
4
+
????????
40
+
????????
24
(японский метод);(2)
???? = ???? +
????????
9
+
????????
9
+ 7
????????
90
+
????????
18
(метод Сефериана);(3) где цифры указывают содержание в стали в массовых долях процента соответству- ющих элементов.
Каждая из этих формул приемлема лишь для определенной группы сталей, однако значение углеродного эквивалента может быть использовано при решении практических вопросов, связанных с разработкой технологии сварки. Достаточно часто расчеты химиче- ского углеродного эквивалента для углеродистых и низколегированных конструкционных

11 сталей перлитного класса выполняются по формуле Сефериана.
По свариваемости стали условно делят на четыре группы: хорошо сваривающиеся, удовлетворительно сваривающиеся, ограниченно сваривающиеся, плохо сваривающиеся.
К первой группе относят наиболее распространенные марки низкоуглеродистых и легированных сталей ([С]
Х
≤0,38), сварка которых может быть выполнена по обычной тех- нологии, т.е. без подогрева до сварки и в процессе сварки, а также без последующей термо- обработки. Литые детали с большим объемом наплавленного металла рекомендуется сва- ривать с промежуточной термообработкой. Для конструкций, работающих в условиях ста- тических нагрузок, термообработку после сварки не производят. Для ответственных кон- струкций, работающих при динамических нагрузках или высоких температурах, термооб- работка рекомендуется.
Ко второй группе относят углеродистые и легированные стали ([С]х=0,39-0,45), при сварке которых в нормальных условиях производства трещин не образуется. В эту группу входят стали, которые для предупреждения образования трещин необходимо предвари- тельно нагревать, а также подвергать последующей термообработке. Термообработка до сварки различная и зависит от марки стали и конструкции детали. Для отливок из стали 30Л обязателен отжиг. Детали машин из проката или поковок, не имеющих жестких контуров, можно сваривать в термически обработанном состоянии (закалка и отпуск). Сварка при тем- пературе окружающей среды ниже 0°С не рекомендуется. Сварку деталей с большим объе- мом наплавляемого металла рекомендуется проводить с промежуточной термообработкой
(отжиг или высокий отпуск). В случае, когда невозможен последующий отпуск, заваренную деталь подвергают местному нагреву. Термообработка после сварки разная для различных марок сталей. При заварке мелких дефектов стали, содержащей более 0,35 % углерода, для улучшения механических свойств и обрабатываемости необходима термическая обработка
(отжиг или высокий отпуск по режиму для данной стали).
К третьей группе относят углеродистые и легированные стали ([С]
Х
=0,46-0,59) пер- литного класса, склонные в обычных условиях сварки к образованию трещин. Сваривае- мость сталей этой группы обеспечивается при использовании специальных технологиче- ских мероприятий, заключающихся в их предварительной термообработке и подогреве.
Кроме того, большинство изделий из этой группы сталей подвергают термообработке после сварки. Для деталей и отливок из проката или поковок, не имеющих особо жестких конту- ров и жестких узлов, допускается заварка в термически обработанном состоянии (закалка и отпуск).
Без предварительного подогрева такие стали можно сваривать в случаях, когда со-

12 единения не имеют жестких контуров, толщина металла не более 14 мм, температура окру- жающей среды не ниже +5°С и свариваемые соединения имеют вспомогательный характер.
Во всех остальных случаях обязателен предварительный подогрев до температуры 200°С.
Термообработка данной группы сталей назначается по режиму, выбираемому для конкрет- ной стали.
К четвертой группе относят углеродистые и легированные стали ([С]х≥0,60) перлит- ного класса, наиболее трудно поддающиеся сварке и склонные к образованию трещин. При сварке этой группы сталей с использованием рациональных технологий не всегда достига- ются требуемые эксплуатационные свойства сварных соединений. Эти стали свариваются ограниченно, поэтому их сварку выполняют с обязательной предварительной термообра- боткой, с подогревом в процессе сварки и последующей термообработкой. Перед сваркой такая сталь должна быть отожжена. Независимо от толщины и типа соединения сталь необ- ходимо предварительно подогреть до температуры не ниже 200°С. Термообработку изделия после сварки проводят в зависимости от марки стали и ее назначения.
Тип сварного соединения определяют взаимным расположением свариваемых эле- ментов и формой подготовки (разделки) их кромок под сварку. В таблице 2 представлены типы сварных соединений, применяемых при основных способах сварки плавлением и дав- лением.
Таблица 2 – Типы сварных соединений

13
Существует четыре основных типа сварных соединений: стыковые, тавровые, нахле- сточные и угловые. В зависимости от толщины свариваемого материала для полного про- вара сварного соединения применяют разделку кромок свариваемых элементов. Наиболее широко применяется У -, Y -, К -, V -, U -, X – образные разделки. Форму и размеры эле- ментов разделки (угол, притупление и зазоры) назначают, исходя из условий проплавления, обеспечения формирования корня шва (без непроваров и прожогов) и минимального объ- ема наплавленного металла.
Тип сварного соединения наряду с общими конструктивными соображениями выби- рают с учетом обеспечения равнопрочности соединения с основным металлом и техноло- гичности. Выбор разделки кромок зависит от толщины металла, его теплофизических свойств и вида сварки.

14
4. Преимущества и недостатки сварных соединений
Сварные соединения являются наиболее распространёнными и совершенными из не- разъёмных соединений, так как обладают рядом преимуществ.
1) лучше других обеспечивают условия равнопрочности;
2) возможность получения изделий больших размеров (корпуса судов и лета- тельных аппаратов, железнодорожные вагоны, кузова автомобилей, трубопроводы, резер- вуары, фермы, мосты и др.).
3) снижение массы по сравнению с литыми деталями до 30…50 %, с клепан- ными – до 20 %. Этого достигают благодаря в основном снижению толщин стенок и при- пусков на механическую обработку, а также отсутствию ослабляющих отверстий и накла- док при наклепе;
4) снижение стоимости изготовления сложных деталей в условиях единичного и мелкосерийного производства;
5) малая трудоемкость;
6) невысокая стоимость оборудования;
7) возможность автоматизации.
Недостатки сварных соединений:
1) вероятность возникновения при сварке плавлением различных дефектов швов, снижающих прочность соединения при переменных нагрузках;
2) низкая прочность швов при электроконтактной сварке вследствие неправильного выбора параметров технологического процесса;
3) необходимость проведения для всех сварных швов визуального контроля, а для сварных изделий ответственного назначения неразрушающего инструментального или вы- борочно разрушающего контроля;
4) возникновение остаточных напряжений (вследствие термических деформаций от неравномерного нагрева) снижает прочность и вызывает необходимость проведения в ряде случаев механической обработки после старения;
5) местный нагрев вызывает в зоне термического влияния вблизи шва изменение ме- ханических свойств металла.