Сварные соединения

Сварка наиболее распространенный метод соединения деталей, который поддаётся механизации. В машиностроении сварку применяют для изготовления конструкций из листового материала, труб, профилей. В целях упрощения техпроцесса изготовления иногда выгодно расчленить сложные штампованные детали на простые части и соединять их сваркой.

Такой подход часто применяется в единичном и мелкосерийном производстве.

Сварка – процесс созданиянеразъемного соединения изделий местным нагреваниемих до расплавленного или пластичного состояния без применения или с применением механических усилий.

При производстве авиационной техники наибольшее применение находит сварка плавлением (электродуговая, аргонодуговая, кислородно-ацетиленовая), а также электроконтактная сварка (точечная и роликовая).

Электродуговая сварка (ЭДС ) является основным видом сварки при ремонте изделий из термообработанных высокопрочных легированных сталей при толщине материала свыше 1, 5 мм.

Электродуговая сварка производится путем местного нагрева соединяемых металлических частей до расплавленного состояния с помощью электрической дуги. Дуга возникает между металлом изделия и угольным или металлическим электродом. Температура в зоне горения дуги составляет около 6000°С. Электродуговая сварка может вестись как на постоянном, так и на переменном токе.

Металлические электроды служат для образования электрической дуги и одновременно являются присадочным материалом. В авиаремонтном производстве применяются электроды со специальными обмазками. За счет элементов, входящих в состав обмазки, вокруг дуги создается защитная атмосфера, препятствующая взаимодействию газов воздуха с расплавленным металлом. В результате предотвращается ухудшение механических свойств металла в зоне сварки за счет обогащения его кислородом и азотом, выгорания углерода, кремния и марганца.

Электроды в процессе сварки удерживаются в электрододержателе, представляющем собой пружинящие щипцы, к которым подводится электрический ток.

В качестве источников питания для ЭДС применяются сварочные генераторы и сварочные трансформаторы.

Для защиты глаз и кожи лица от воздействия яркого света и ультрафиолетовых лучей служат щитки и шлемыиз фибры со вставленными светофильтрами.

Режим ЭДС определяется силой тока и диаметром электрода. Он выбирается в зависимости от вида соединения и толщины свариваемых элементов по специальным таблицам.

Аргонодуговая сварка (АрДС) применяется для хромоникелевых сталей, для алюминиевых и магниевых сплавов.

При АрДС защита расплавленного металла от взаимодействия с воздухом обеспечивается подачей нейтрального газа аргона в зону горения дуги. Струя аргона, кроме того, сужает область термического воздействия.

Сварка может вестись плавящимся электродом или неплавящимся вольфрамовым электродом. В первом случае сварка выполняется с помощью горелки, имеющей механизм подачи присадочной проволоки. Во втором - присадочный материал (той же марки, что и материал ремонтируемого изделия) сбоку вводится в зону горения дуги (рис. 5.51.).

АрДС может выполняться ручным или автоматическим способом.

 

Рис. 5.51. Схема аргонодуговой сварки:

1 – деталь; 2 – корпус горелки; 3 – вольфрамовый электрод; 4 – оболочка защитного газа; 5 – присадочный пруток

 

Кислородно-ацетиленовая сварка (КАС) применяется для сварки высоколегированных сталей при толщине материала менее 1, 5 мм с последующей термообработкой и для сварки изделий из алюминиевых сплавов.

При KAС расплавление металла осуществляется теплом сгорания ацетилена в кислороде. Ацетилено-кислородное пламя горит на выходе смеси C₂H₂ и O₂из отверстия специального мундштука или наконечника сварочной горелки. Мундштуки сменные с различными диаметрами отверстий. Чем толще свариваемый металл, тем больший номер мундштука. Ацетилен и кислород в соотношении примерно 1, 0: 1, 5 подаются к горелке по раздельным шлангам.

Для КАС используются ацетиленовые генераторы, баллоны для ацетилена и кислорода, редукторы для понижения давлениягазов, газовые горелки.

Сварка ведется с применением присадочной проволоки, диаметр которой подбирается в зависимости от толщины свариваемых элементов. Режим кислородно-ацетиленовой сварки определяется номером наконечника (мундштука), диаметром присадочной проволоки и давлением кислорода.

Точечная сварка позволяет получить прочные, но не плотные нахлесточные соединения. Пакет свариваемых элементов прижимается медными электродами сварочной машины и через них в виде импульса пропускается электрический ток. Наибольшее количество тепла при этом выделяется в месте контакта между соединяемыми деталями - там, где электрическое сопротивление максимально. В этом месте образуется расплавленное ядро, при кристаллизации которого возникает сварочная точка. После отключения тока и до окончания кристаллизации давление электродов не снимается во избежание разрыва сварочной точки упругими силами (рис.5.52.).

Р

Р

Рис. 5.52. Схема точечной сварки: 1, 2 – соединяемые детали; 3 – электроды; 4 – сварочная точка

 

Для получения прочноплотных сварных соединений из листовых материалов применяется роликовая сварка. Соединяемые детали при этом зажимаются между двумя медными электродами - роликами, один из которых приводится во вращение от электродвигателя. Таким образом, детали непрерывно перемещаются между роликами. С определенной периодичностью через ролики и соединяемые детали пропускается электрический ток. Каждому импульсу тока соответствует сварочная точка. При соответствующем подборе скорости вращения роликов, частоты и длительности импульсов можно получить прочноплотные швы с высокой герметичностью (рис. 5.53.).

Рис. 5.53. Схема роликовой сварки: 1, 2 – соединяемые детали; 3 – верхний ведущий ролик; 4 – нижний ролик; 5 – сварочный шов

1, 2

 

 

Наряду с рассмотренными методами сварки в авиаремонтном производстве за последнее время получили применение и такие виды сварки, как плазменная, сварка электронным лучом в вакууме, диффузионная сварка, сварка световым лучом (лазерная) и др.

Хорошо свариваются низкоуглеродистые стали (< 0.25%С), низколегированные стали с низким содержанием С и никелевые сплавы. Сварка высокоуглеродистых сталей, средне- и высоколегированных сталей представляет определённые трудности, в таблице1 приведены характеристики свариваемости металлов.

Таблица 1

№ п/п	С. экв %	Группа свариваемости	Характеристика свариваемости
	До 0, 27		Хорошая
	0, 28 – 0.39		Удовлетворительная (подогрев до 1000 С)
	0, 4 – 0, 5		Удовлетворительная (подогрев до 2000 С)
	0, 51 – 0, 66		Затруднительная (нагрев до400 –5000 С)
	Св. 0, 66		Неудовлетворительная

Сварка цветных металлов (медные и алюминиевые сплавы) затруднительна из-за высокой теплопроводности и лёгкой окисляемости. Как правило, прочность сварного шва ниже прочности основного материала вследствие наличия шлаков, образования пор и структурных изменений в материале. Сварка вызывает поводку деталей величина, которой зависит от протяжённости и сечения шва, от термического нагрева. Поводку можно устранить применяя стабилизирующую термообработку после сварки (отжиг при 600-6500 С).

Наиболее освоенными и часто применяемыми методами сварки, позволяющими соединять однородные материалы, являются:

1. Дуговая сварка (аргоно-дуговая ручная и автоматическая, автоматическая под слоем флюса, ручная – плавящимся электродом);

2. Ацетилено-кислородная используется преимущественно для соединения деталей из углеродистых сталей в мелкосерийном производстве. Широко применяется прирезке металла так как имеет большую производительность и более высокое качество реза;

3. Контактная сварка (точечная и роликовая) – применяется для соединения листовых материалов друг с другом или с различными профильными деталями. При применении роликовой сварки обеспечивается герметичность соединения. Оба вида сварки поддаются автоматизации и механизации технологического процесса соединения. Могут применяться для соединения алюминиевых сплавов;

4. Диффузионная сварка – стык свариваемых деталей нагревают индуктором и сжимают друг с другом. Процесс сварки проводят в камере с глубоким вакуумом или в среде нейтральных газов. Для надёжного соединения достаточен нагрев до750-8000 С. Диффузионной сваркой соединяют тугоплавкие, жаропрочные сплавы, керамика. цветные сплавы, а также разнородные материалы.

5. Электронно-лучевая сварка осуществляется потоком электронов. Толщина соединяемых деталей от нескольких десятков миллиметров до нескольких микрометров.

Выбор метода сварки производится на основании анализа конструкции изделия, при этом учитывают:

- свариваемость материала данным методом;

- качество соединения;

- производительность работ.

Свариваемость - свойство металлов давать при сварке доброкачественное соединение без трещин и коррозионно-стойкое. В таблице 2 приведены рекомендации по свариваемости некоторых материалов различными способами.

Таблица 2

№	Способы сварки	Амц	Д16Т	В95	30ХГСА	12Г2А
	Аргонно – дуговая, ручная и автомат	+	-	-	++	++
	Дуговая автоматическая под флюсом	-	-	-	++	++
	Ручная дуговая	-	-	-	+	+
	Электроконтактная (точечная, роликовая	++	+	+	+	++

 

Вместе с тем качество сварки будет зависеть от толщины свариваемых материалов, формы шва и характеризуется следующим соотношением.

пс = - коэффициент прочности сварного шва, где

- напряжение разрушения сварного шва,

- временное напряжение растяжения материала.

Чем больше тем выше прочность соединения, в Таблице 3 приведены значения в зависимости от способа сварки и формы сварного шва.

 

Таблица 3

Способ сварки		Толщина свариваемого материала (мм)	Коэфициент. прочности
Дуговая автоматическая	1, 5 - 60	0, 8	0, 9	0, 7
Аргоно- дуговая	Ручная	0, 5 - 25	0.7	0.8	0.6
	Автоматическая	0, 1 - 200	0.8	0.9	0.7
Ручная дугвая		2 - 25	0.6 - 0.8	0.7 - 0.9	0.6 – 0.7
Газовая руная		.5 - 25

 

Производительность работ в значительной степени зависит от автоматизации процесса сварки, одновременно автоматическая сварка обеспечивает более высокое качество сварного шва.

Технологический процесс сварки плавлением предполагает, независимо от способа сварки, следующие этапы:

- подготовка кромок к сварке и обезжиривание поверхностей;

- установка и закрепление деталей в требуемом положении;

- проведение сварочных работ.

Для обеспечения качественного соединения необходимо, в зависимости от толщины материала, подготовить кромки к сварке, обеспечив при этом необходимую величину зазора, для лучшего формирования сварного шва. Зазор должен быть равномерным по всей длине шва.