Сварка металлов. Общие сведения. Физическая сущность сварочной дуги. Тепловое действие сварочной дуги

1.

Кафедра: «Технология транспортного машиностроения и ремонт
подвижного состава»
Дисциплина: «Технология конструкционных материалов»
ЛЕКЦИЯ №15, 16
Сварка металлов. Общие сведения.
Физическая сущность сварочной дуги. Тепловое
действие сварочной дуги.

2. Основные виды сварки:

Сварка плавлением осуществляется при
последовательном нагревании кромок
свариваемых деталей до местного
расплавления с помощью
высокотемпературного источника тепла.
Сварка давлением осуществляется за счет
совместной пластической деформации
соединяемых заготовок, нагретых до
высокопластического состояния или
обладающих высокой пластичностью при
нормальной температуре.

3. Вид сварки объединяет группу сварочных процессов, в которых используется один источник теплоты. Три основных вида сварки: 1)

Дуговая электросварка (источник теплоты – электрическая дуга).
2) Электрошлаковая сварка (источник теплоты – тепло,
аккумулируемое в сварочной ванне).
3) Электронно-лучевая сварка (источник теплоты – тепловая энергия,
образующаяся в результате преобразования кинетической энергии
движущихся электронов).
Способ сварки – это вариант конкретного вида сварки, который
отличается от других по сущности ведения процесса (сварка
открытой дугой, сварка в защитных газах, сварка под флюсом, ручная
сварка).
Метод сварки – это разновидность способа сварки,
отличающаяся от других непринципиальными изменениями (ручная
дуговая сварка обычная и с опиранием обмазки, сварка наклонным
электродом, автоматическая сварка с увеличенным вылетом
электрода).

4. Классификация сварки по виду применяемой энергии

Классы сварки по
ГОСТ 19521-74
Термический
Термомеханический
Включает виды сварки,
которые выполняются с
плавлением
соединяемых частей в
зоне сварки с
использованием
тепловой энергии
(дуговая, газовая,
электрошлаковая,
электронно-лучевая,
плазменная, лазерная
и др.).
Включает виды сварки,
которые производятся
с использованием
давления в сочетании с
тепловой энергией
(электроконтактная,
диффузионная,
газопрессовая и др.).
Механический
Включает виды сварки,
которые производятся
с применением
механического усилия
(энергии) и давления
(холодная сварка,
сварка взрывом,
ультразвуковая сварка,
сварка трением и др.).

5. Схема сварочной дуги

1) катодная область;
2) область катодного
падения напряжения;
3) переходные области;
4) столб дуги;
5) область анодного
падения напряжения;
6) кратер сварочной
ванны;
7) анодная область.
Lд – длина дуги;
lст – длина столба дуги.

6.

Схема зажигания электрической дуги:
а) короткое замыкание,
б) ионизация воздушного промежутка за счет эмиссии
электронов,
в) устойчивый дуговой разряд:
1 – электрод,
2 – заготовка,
3 – поток электронов,
4 – поток положительно заряженных ионов,
5 – катодное пятно,
6 – дуга,
7 – анодное пятно

7. Разновидности дуговой сварки

а) сварка неплавящимся (графитовым или
вольфрамовым) электродом 1 дугой прямого
действия 2, при которой соединение выполняется
путем расплавления основного 3, либо присадочного
металла 4;
в) сварка косвенной дугой 5, горящей между двумя
неплавящимися электродами, в результате чего
основной металл нагревается и расплавляется
теплотой столба дуги;
б) сварка плавящимся электродом 1 дугой прямого
действия с одновременным расплавлением
основного металла и электрода, который пополняет
сварочную ванну жидким металлом;
г) сварка трехфазной дугой, при которой дуга горит
между каждым электродом и основным металлом.

8. Схема процесса сварки металлическим покрытым электродом

1) основной металл;
2) шлаковая корка;
3) сварной шов;
4) шлаковая ванна;
5) защитная газовая атмосфера;
6) покрытие электрода;
7) стержень электрода;
8) электрическая дуга;
9) сварочная ванна;
10)Vсв – скорость сварки.

9.

10. Схема автоматической дуговой сварки под флюсом

1) токопровод; 2)механизм подачи сварочной проволоки;
3) сварочная проволока; 4) жидкий шлак; 5) флюс;
6) твердая шлаковая корка; 7) сварной шов;
8) основной металл; 9) жидкий металл; 10) электрическая дуга.

11. Сварка в защитных газах

Схема сварки в защитных газах
неплавящимся электродом при
прямой полярности
с присадочным прутком:
1 – присадочный пруток,
2 – сопло,
3 – токопроводящий мундштук,
4 – корпус горелки,
5 – неплавящийся вольфрамовый
электрод,
6 – рукоять горелки,
7 – атмосфера защитного газа,
8 – сварочная дуга,
9 – ванна расплавленного металла

12. Схема электрошлаковой сварки

1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)
свариваемые заготовки;
продольная планка;
поперечная планка;
водоохлаждаемые медные
ползуны;
электропроводный шлак;
механизм подачи проволоки;
электродная проволока;
сварочная ванна;
Vсв – скорость сварки.

13. Схема установки для электронно-дуговой сварки

Схема установки для электроннодуговой сварки
1) катод электронной
пушки;
2) электрод;
3) анод;
4) верхний элемент
магнитной системы;
5) нижний элемент
магнитной системы;
6) свариваемые заготовки.

14.

Схема лазерной сварки

15. Электронно-лучевая сварка в вакууме.

16. Виды сварных соединений

17. Формы подготовки кромок под сварку

18.

Схема газовой сварки
1 – заготовка;
2 – присадочный материал;
3 – газовая горелка;
4 – высокотемпературное пламя.
Диффузионные газовые горелки
2
1
1 – газопровод;
2 – газовый кран;
3 – насадка;
4 – огневые отверстия
4
3
Газовые горелки инфракрасного излучения
1
2
3
4
5
Воздух
6
Газ
1 — рефлектор;
2 — огневые каналы;
3 — насадка;
4 — керамическая поверхность —
излучатель;
5 — смеситель-инжектор;
6 — сопло

19.

Односопловые инжекционные газовые горелки
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1 — газопровод; 2 — газовый кран; 3 — сопло; 5 — конфузор;
6 — горловина смесителя; 7 — диффузор; 4 — регулятор первичного воздуха;
8 — насадка;9 — огневые отверстия
Горелки с принудительной подачей газа и воздуха
воздух
4
5
2
3
Газ
1
6
1 – газовый канал;
2 – воздушный канал;
3 – нагнетательный воздушный насос;
4 – газовое сопло;
5 – керамическая насадка;
6 – воздушное кольцевое сопло

20.

Схемы горелок:
а – инжекторная горелка: 1, 6 – трубка; 2 – ацетиленовый канал;
3 – вентиль; 4 – инжектор; 5 – смесительная камера; 7 – мундштук;
б – безинжекторная горелка

21.

Газосварочная инжекторная горелка:
а – устройство грелки: 1 – наконечник; 2 – мундштук; 3 – смесительная
камера; 4 – кислородный вентиль; 5 – ацетиленовый вентиль;
6 – инжектор; б – строение газового пламени: 1 – ядро;
2 – восстановительное пламя; 3 – факел

22.

Принципы действия ацетиленовых генераторов:
а – «карбид в воду»; б – «вода на карбид»; в – «сухой» процесс;
г – «погружение»; д – «вытеснение»

23.

Схема газосварочного поста
с питанием от баллонов:
1 – горелка; 2 – резиновые
шланги; 3 – вентиль;
4 – редуктор

24.

Схема газокислородной резки:
1 – металл;
2 – канал мундштука;
3 – мундштук;
4 – пламя;
5 – кислород;
6 – разрез;
7 – расплавленный метал и окислы

25.

Схемы универсального инжекторного резака для ручной резки:
1 – головка резака; 2 – кислородный канал; 3, 4, 5 – вентили

26.

Плазменные горелки:
а – с дугой выделенного типа; б – с дугой невыделенного типа;
1 – плазменная дуга; 2 – электрическая дуга; 3 – электрод;
4 – керамическая вставка; 5 – сопло; 6 – канал; 7 - заготовка

27.

Классификация способов сварки давлением
Способы сварки давлением
Электроконтактная
Диффузионная
Сварка трением
Сварка взрывом
Холодная
Ультразвуковая

28. Термомеханические способы сварки

Контактная сварка
Схема контактной сварки (а) и физического контакта (б) свариваемых деталей

29. Схемы контактной сварки

1 – детали;
2 – неподвижный
токопровод;
3 – подвижный
токопровод;
4 – трансформатор
1 – токопровод;
2 – деталь
1 – электроды;
2 – детали;
3 – трансформатор
1 – детали;
2 – электроды
а – стыковая; б – точечная; в – шовная

30. Стыковая контактная сварка

Схема контактной стыковой сварки:
1 – свариваемые заготовки,
2, 3 – зажимы,
4 – сварочный трансформатор
При стыковой сварке сопротивлением металл в зоне контакта разогревается
до пластического состояния и соединение образуется за счет совместной
пластической деформации соединяемых поверхностей.
Стыковая сварка методом оплавления − вид контактной сварки, при котором с
включением тока соприкосновение происходит вначале по отдельным
небольшим площадкам, через которые протекает ток высокой плотности, в
результате чего происходит оплавление металла в точках касания.

31. Точечная и шовная контактная сварка

Схемы контактной точечной сварки: а)
двусторонней, б) односторонней: 1 –
свариваемые элементы,
2 – медные электроды,
3 – расплавленная зона металла,
4 – источник питания,
5 – медная подкладка,
6 – проходящий ток
Принципиальная схема
шовной сварки:
а) двусторонней;
б) односторонней;
1 – заготовки,
2 – электроды,
3 – медная подкладка

32. Сварка металлов трением

Принципиальные схемы сварки трением: а) вращение одной детали,
б) вращение обеих деталей, в) сварка неподвижных деталей с вращающейся
вставкой, г) сварка при возвратно-поступательном движении одной детали

33. Сварка взрывом

Принципиальная схема сварки взрывом: 1 – детонатор,
2 – взрывчатое вещество, 3 – привариваемая пластина,
4 – заготовка

34. Холодная сварка

Схема холодной сварки:
1 – пуансоны,
2 – свариваемые заготовки

35. Ультразвуковая сварка

Принципиальная схема ультразвуковой сварки:
1 – магнитострикционный преобразователь,
2 – трансформатор продольных упругих колебаний,
3 – рабочий инструмент,
4 – наконечник рабочего инструмента,
5 – свариваемые заготовки, 6 – опора