Классификация сварки

Сварку металлов можно разделить на три категории в зависимости от особенностей ее процесса: сварка плавлением, сварка давлением и пайка.
Если во время процесса сварки плавлением атмосфера находится в непосредственном контакте с высокотемпературной сварочной ванной, кислород в атмосфере будет окислять металл и различные элементы сплава. Азот, водяной пар и т. д. из атмосферы попадают в ванну расплава, а также в ходе последующего процесса охлаждения образуют в сварном шве такие дефекты, как поры, шлаковые включения, трещины и т. д., ухудшая качество и работоспособность сварного шва.
Чтобы улучшить качество сварки, люди разработали различные методы защиты. Например, дуговая сварка в защитном газе заключается в изоляции атмосферы такими газами, как аргон и углекислый газ, для защиты дуги и скорости ванны расплава во время сварки; например, при сварке стали добавление порошка титанового железа с высоким сродством к кислороду в покрытие электрода для раскисления может защитить полезные элементы, такие как марганец и кремний, в электроде от окисления и попадания в расплавленную ванну, а также получить качественные сварные швы после охлаждения. .
Общей особенностью различных методов сварки давлением является то, что в процессе сварки применяется давление без добавления присадочных материалов. Большинство методов сварки давлением, таких как диффузионная сварка, высокочастотная сварка, сварка холодным давлением и т. д., не требуют процесса плавления, поэтому не возникает проблем, связанных с горением полезных элементов сплава и проникновением вредных элементов в сварной шов, например сваркой плавлением, что упрощает процесс сварки. сварочный процесс и улучшает условия безопасности и гигиены сварки. В то же время, поскольку температура нагрева ниже, чем при сварке плавлением, а время нагрева короче, зона термического влияния невелика. Многие материалы, которые трудно сваривать сваркой плавлением, часто можно сварить в высококачественные соединения той же прочности, что и основной материал, с помощью сварки давлением.
Шов, образующийся при сварке, соединяющий два соединяемых тела, называется сварным швом. Во время сварки обе стороны сварного шва будут подвергаться воздействию сварочного тепла, а организация и производительность изменятся. Эту область называют зоной термического влияния. В процессе сварки из-за различий в материалах заготовок, сварочных материалах, сварочном токе и т. д. свариваемость будет ухудшаться. Это требует корректировки условий сварки. Предварительный нагрев поверхности сварного соединения перед сваркой, сохранение тепла во время сварки и термообработка после сварки могут улучшить качество сварки сварного изделия.
Кроме того, сварка представляет собой локальный процесс быстрого нагрева и охлаждения. Зона сварки не может свободно расширяться и сжиматься из-за ограничений окружающего тела заготовки. После охлаждения в сварном изделии возникают сварочные напряжения и деформации. Важные продукты должны устранять сварочное напряжение и корректировать сварочную деформацию после сварки.
Современная технология сварки позволяет сваривать сварные швы без внутренних и внешних дефектов и с механическими свойствами, равными или даже превосходящими свойства соединяемых тел. Взаимные положения свариваемых тел в пространстве называются сварными соединениями. На прочность соединений влияет не только качество сварных швов, но и их геометрическая форма, размеры, условия напряжений и условий работы. Основными формами соединений являются стыковые соединения, соединения внахлест и Т-образные соединения (ортогональные соединения).
Форма поперечного сечения стыкового шва определяется толщиной свариваемого тела до сварки и формой разделки двух кромок. При сварке более толстых стальных листов в местах соединений открываются канавки различной формы для сварки, что облегчает подачу сварочного стержня или сварочной проволоки. Формы канавок включают односторонние сварочные канавки и двусторонние сварочные канавки. При выборе формы разделки, помимо обеспечения провара, следует учитывать такие факторы, как удобство сварки, малое количество присадочного металла, малая сварочная деформация и низкие затраты на обработку разделки.
Когда две стальные пластины разной толщины соединяются встык, чтобы избежать сильной концентрации напряжений, вызванной резким изменением поперечного сечения, более толстый край пластины часто постепенно утончается, чтобы добиться одинаковой толщины на двух краях соединения. Статическая прочность и усталостная прочность стыкового соединения выше, чем у других соединений. Стыковую сварку часто отдают предпочтение соединениям, подвергающимся знакопеременным и ударным нагрузкам или в емкостях с низкой температурой и высоким давлением.
Предсварочная подготовка нахлесточного соединения проста, сборка удобна, сварочная деформация и остаточное напряжение невелики. Поэтому его часто используют в соединениях, установленных на месте и второстепенных конструкциях. Вообще говоря, нахлесточные соединения не подходят для работы в таких условиях, как знакопеременные нагрузки, агрессивные среды, высокие или низкие температуры.
Использование Т-образных и угловых соединений обычно обусловлено конструкционными потребностями. Рабочие характеристики неполносваренного углового шва Т-образного соединения аналогичны характеристикам углового шва нахлесточного соединения. Когда сварной шов перпендикулярен направлению внешней силы, он становится угловым швом с положительным углом. В это время форма поверхности сварного шва будет вызывать концентрацию напряжений в различной степени; Напряженное состояние цельносварного углового шва аналогично состоянию стыкового соединения.
Угловые соединения имеют низкую несущую способность и обычно не используются отдельно. Улучшить их можно только в том случае, если они полностью сварены или имеются угловые сварные швы внутри и снаружи. Чаще всего их используют в углах закрытых конструкций.
Сварные изделия легче клепаных деталей, отливок и поковок, что позволяет снизить вес и сэкономить энергию транспортных средств. Сварка обладает хорошими герметизирующими свойствами и подходит для изготовления различных емкостей. Разработка технологии обработки соединений, сочетающей сварку с ковкой и литьем, позволяет создавать крупные, экономически выгодные литые сварные конструкции и ковано-сварные конструкции с высокой экономической выгодой. Использование сварочных технологий позволяет эффективно использовать материалы. В сварных конструкциях можно использовать материалы с разными свойствами в разных частях, полностью раскрыть сильные стороны различных материалов и добиться экономичности и качества. Сварка стала незаменимым и все более важным методом обработки в современной промышленности.
В современной обработке металлов сварка развилась позже процессов литья и ковки, но развивалась быстро. На вес сварных конструкций приходится около 45% производства стали, также увеличивается доля сварных конструкций из алюминия и алюминиевых сплавов.
В будущем технология сварки должна разработать новые методы сварки, сварочное оборудование и сварочные материалы для дальнейшего улучшения качества сварки и надежности безопасности, например, улучшение существующих дуговых, плазменных, электронно-лучевых, лазерных и других источников сварочной энергии; использование электронных технологий и технологий управления для улучшения технологических характеристик дуги и разработка надежных и легких методов отслеживания дуги.
С другой стороны, необходимо повысить уровень механизации и автоматизации сварки, например, реализовать программное и цифровое управление сварочными аппаратами; разработка специальных сварочных аппаратов, автоматизирующих весь процесс от подготовки, сварки до контроля качества; продвижение и распространение сварочных манипуляторов с ЧПУ и сварочных роботов на автоматических сварочных производственных линиях, которые могут повысить уровень сварочного производства и улучшить условия охраны труда и техники безопасности при сварке.
Процесс эволюции
Технология сварки возникла при выплавке таких металлов, как медь и железо, и применении различных источников тепла. Основными способами сварки в древности были литая сварка, пайка, ковочная сварка и клепка. До 2500 г. до н. э. древние вавилоняне и цивилизация Инда достигли высокого уровня горячей и холодной обработки металлов меди и железа и могли использовать ковочную сварку, литейную сварку и другие методы сварки для изготовления металлической посуды и гравировки текста. Представительной культурой в то время была культура Хараппы.
Медный топор с железным лезвием, изготовленный во времена династии Шан в Китае, представляет собой литой сварной кусок железа и меди. Линия сплавления меди и железа на его поверхности извилистая и хорошо соединена. На бронзовом основании барабана в гробнице Цзэн Хоуи в период весны и осени, а также в период воюющих царств изображено множество свернувшихся драконов. Он был изготовлен методом пайки по секциям. В результате анализа было установлено, что состав используемого припоя аналогичен составу современного мягкого припоя. Мечи, изготовленные в период Воюющих царств, имели стальные лезвия и заднюю часть из кованого железа, которые обычно изготавливались путем нагрева и ковки. Согласно книге «Эксплуатация творений природы», написанной Сун Инсином во времена династии Мин, в древнем Китае медь и железо вместе нагревали в печи и ковали для изготовления ножей и топоров; стыки посыпали желтой грязью или мелко просеянной старой стеновой землей, чтобы выковать и приварить большие анкеры по секциям. В средние века ковка и сварка также использовались для изготовления оружия в Дамаске, Сирия.