зварювання плавленням

Зварювання плавленням - це процес з'єднання двох деталей або заготовок в результаті кристалізації загальної зварювальної ванни, отриманої розплавленням з'єднуються крайок. Цей процес найбільш поширений в зварювальної техніки.

Нагріти метал з'єднуються крайок вироби вище температури плавлення для освіти зварювальної ванни можна тільки в тому випадку, якщо джерелом енергії вводиться в зону зварювання теплоти набагато більше, ніж відводиться за цей же час процесами охолодження.

Основна частина теплоти йде на нагрів холодного вироби, так як теплопровідність металів дуже висока. Крім того, велика кількість теплоти втрачається випромінюванням в навколишнє середовище.

Тому джерело енергії при зварюванні плавленням повинен бути великої потужності, високої зосередженості, т. Е. Концентрувати виділяється енергію на малій площі зварювальної ванни і встигати розплавляти все нові і нові порції металу, забезпечуючи цим певну швидкість зварювання.

З усіх джерел енергії, що застосовуються при зварюванні плавленням, найбільшою щільністю енергії має електронний промінь (10 9 Вт / см 2).

Однак найбільш широке застосування в якості джерел енергії для зварювання плавленням отримав дугового електричний розряд, або електрична дуга. Це пов'язано з тим, що для збудження електронного променя потрібно вакуум 10 -4 -10 -5 мм рт. ст .; крім цього, застосування електронного променя для зварювання пов'язано з розробкою спеціальної апаратури, високою напругою (

20 кВ) і з необхідністю захисту обслуговуючого персоналу від небезпечного рентгенівського випромінювання.

Тому його використовують для спеціальних цілей, головним чином для зварювання тугоплавких і хімічно активних металів.

Полум'я ацетилено-кисневого пальника знаходить більш обмежене застосування, головним чином при ремонтних роботах.

Отже, процес зварювання плавленням здійснюється джерелом енергії, що рухаються по зварюються крайках із заданою швидкістю (рис. 7).

Мал. 7. Схема зварювання плавленням.

Якби він був нерухомим, то форма зварювальної ванни була б симетричною, а її перетин круглим. Так як джерело енергії рухається, то форма зварювальної ванни виявляється несиметричною і має вигляд витягнутого овалу. Розміри і форма зварювальної ванни залежать від потужності джерела і від швидкості його переміщення, а також від теплофізичних властивостей металу.

При зварюванні листових конструкцій з пластично деформованого металу (прокату) зона зварювання істотно відрізняється за структурою та властивостями від основного металу. Наявність неоднорідностей металу викликає, в свою чергу, деформацію при викривленні зварного з'єднання.

Введення великої кількості енергії при зварюванні для утворення зварного шва викликає істотну неоднорідність в металі зварного з'єднання - як результат впливу теплового поля.

Мал. 8. Структура металу шва і околошовной зони після зварювання плавленням.

У зварному з'єднанні суттєво різняться три області (рис. 8):

а) основний метал, що має в результаті прокатки і термічної обробки однорідну дрібнозернисту кристалічну структуру;

б) зона термічного впливу (околошовной зона), в якій метал знаходився деякий час при високій температурі, яка доходить на лінії сплавляння до температури плавлення металу; в цих умовах може різко змінюватися структура металу, особливо структура заливаються сталей; збільшується розмір кристалічних зерен, що проростають в процесі кристалізації ванни за лінію сплаву; по ширині зони термічного впливу структура металу теж неоднорідна відповідно до температурного полем при зварюванні;

в) зварений шов - метал шва являє собою литу структуру, але має характерні особливості.

Кристалізація зварювальної ванни починається від поверхні сплаву, що складається з оплавлених кристалів, які проростають в ще рідку зварювальну ванну, як тільки її температура досягне точки плавлення. Така зустрічна кристалізація з двох поверхонь сплаву (оплавлені кромки) відтісняє домішки в центр зварювальної ванни, створюючи неоднорідність складу металу шва. Правда, ця неоднорідність згладжується в результаті дифузії, що йде при високих температурах з великою швидкістю; в цілому структура металу шва виявляється несприятливою.

Однак, регулюючи процес кристалізації зміною швидкості охолодження і напрямком відведення теплоти, можна значно поліпшити литу структуру металу шва. Академік Н. Н. Рикалін створив струнку теорію теплових процесів при зварюванні, що дозволяє заздалегідь визначити оптимальні режими зварювання виробів і регулювати процеси кристалізації в зоні зварювання.

Нагрівання металу при зварюванні до температур, що перевищують температуру його плавлення, викликає окислення металу шва і зміна його хімічного складу. Як буде показано при розгляді окремих способів зварювання, існують два основні шляхи збереження необхідної якості металу шва і захисту його від окислення:

1) захист металу зварювальної ванни шлаком і введення в процесі зварювання легуючих компонентів, що підвищують якість металу шва і оберігають його від окислення;

2) захист зони зварювання від повітряної атмосфери шляхом створення захисної атмосфери з інертних газів (аргону, гелію) або з активних газів, таких, як вуглекислий газ (С02), а також шляхом створення вакууму.