Достоинства и недостатки сварки

Преимущества и недостатки холодной сварки

Как и любой другой способ сварки, холодная сварка имеет свои преимущества и недостатки.

Преимущества холодной сварки

Холодная сварка металлов обладает рядом преимуществ, которые заметно отличают ее от всех остальных видов сварки.

Наиболее важным и отличительным преимуществом холодной сварки является отсутствие нагрева соединяемых металлов, что позволяет:

• сваривать термически разупрочняемые металлы без снижения механических свойств металла вблизи зоны сварного шва;
• сваривать электрические провода, имеющие изоляционные покрытия, либо без удаления последних (в случае эмалированных покрытий), либо при удалении на небольшом участке длины провода (в других случаях);
• вести процесс сварки в огне- и взрывоопасных средах;
• герметизировать корпуса приборов, банки, контейнеры, ампулы и другие емкости, нагрев которых недопустим.

Другими достоинствами холодной сварки являются малая энергоемкость процесса, гигиеничность, высокая производительность, простота процесса и оборудования, возможность механизации и автоматизации процесса.

Оборудование для холодной сварки значительно проще в эксплуатации любых машин и установок для дуговой, контактной, электронно-лучевой, плазменной, лазерной и других видов сварки.

Как показал многолетний опыт внедрения холодной сварки, ее успешно осуществляют операторы — сварщики невысокой квалификации. По сравнению со всеми остальными видами сварки, а также пайкой холодная сварка наиболее экономичная. При ее осуществлении отсутствуют газовые выделения, брызги расплавленного металла, световое излучение, шум. Качество сварки не зависит от скорости приложения внешнего усилия, поэтому процесс можно вести быстро. Это открывает возможности создания высокопроизводительного оборудования. Основные параметры холодной сварки легко программируются, что позволяет создавать машины — полуавтоматы и автоматы, пригодные для работы в автоматических линиях. Прочность зоны сварного соединения увеличивается за счет наклепа металла в процессе пластической деформации. Например, при стыковой сварке прочность доброкачественно сваренного стыка при растяжении всегда выше прочности основного металла.

Переходное электрическое сопротивление в соединении практически отсутствует, что обеспечивает стойкость и надежность контакта между сваренными металлами.

При холодной сварке надежно соединяют разноименные металлы, например алюминий с медью, без образования в стыке хрупкой интерметаллидной прослойки, присущей соединениям этих металлов, полученных сваркой с нагревом. Замена одних деталей, подлежащих холодной сварке, другими требует, как правило, переналадки оборудования и замены оснастки.

В связи с указанными особенностями холодную сварку наиболее рационально применять в крупносерийном или массовом производстве однотипных деталей.

Недостатки холодной сварки

Основным недостатком холодной сварки является большая вынужденная деформация свариваемых деталей, достигающая для пластичных материалов 60-70 %.

В условиях холодной сварки металл сварного соединения деформационно упрочнен, а вынужденная пластическая деформация в зависимости от подготовки поверхностей находится в пределах 50-80 %. Для снижения вынужденной деформации при холодной сварке используют несколько приемов:

• повышают класс точности сопрягаемых поверхностей и чистоту обработки вплоть до полировки;
• применяют предварительный подогрев деталей до 300°С или нагрев сжимающих пуансонов до 400°С;
• повышают интенсивность сжатия вплоть до ударной нагрузки;
• применяют схемы предварительного обжатия детали вокруг силового пуансона что позволяет довести вынужденную деформацию до 10 %;
• применяют промежуточные пластичные прослойки толщиной 2-5 мм, что позволяет сваривать непластичные материалы стыковой сваркой;
• производят сварку в вакууме.

Также к недостаткам холодной сварки стоит отнести ограничение в форме и размерах деталей, небольшой диапазон свариваемых металлов, малая универсальность оборудования.

Преимущества и недостатки различных видов сварки

Любой вид сварочных работ обладает своими достоинствами и недостатками по сравнению с другими.

К преимуществам газового способа сварки и резки относят дешевизну и простоту оборудования, дешевые расходные материалы (водород, пропан, метан, этилен, бензол, бензин, ацетилен), простой способ регулировки горения, возможность любого расположения горелки в пространстве, высокая технологичность, независимость от источников питания электрическим током.

Недостатками данного способа являются низкая эффективность нагрева металла, широкие швы и широкая зона термического воздействия на свариваемые конструкции, низкая производительность, трудности в автоматизации процесса.

Преимуществами электродугового метода сварки являются высокая технологичность, широкие возможности для механизации или автоматизации, меньшая зона термического влияния по сравнению с предыдущим способом сварки, простота регулирования процесса, сравнительно дешевые расходные материалы (сварочные электроды), высокая производительность процесса.

Недостатками являются необходимость использования специальных сварочных преобразователей (выпрямителей, инверторов) и сварочных трансформаторов, энергозависимость от электрической сети или генераторов, необходимость предварительной подготовки кромок (разделка, зачистка, фиксация деталей).

К преимуществам электрошлаковой сварки относят: возможность сварки толстостенных деталей, отсутствие необходимости предварительной подготовки свариваемых поверхностей, меньший расход флюса сравнительно с дуговой сваркой, возможность применения электродов различной формы, улучшенная макроструктура сварного шва, высокая производительность, меньший расход электроэнергии, небольшая зависимость зазора от толщины металла, возможность использования данного способа для переплавки стали из отходов с целью получения отливок, возможность регулировки процесса в широком диапазоне сварочных токов 0,2. 300 А/кв.мм по сечению сварочного электрода, хорошая защита сварочной ванны от влияния воздуха, возможность получения швов переменной толщины за один проход.

Недостатками являются: сварка только в вертикальном положении (угол отклонения от вертикали не более 30 градусов), перемешиваемость металла электродов с основным металлом, крупнозернистая структура металла шва, необходимость применения специальной технологической оснастки (формирующие устройства, планки, стартовые карманы и т. п.), невозможность прерывания сварки до окончания процесса, так как при этом образуются дефекты, которые невозможно устранить.

Преимущества электронно-лучевого способа сварки следующие: высокий коэффициент полезного действия (до 90%) перехода кинетической энергии ускоренных электронов в тепловую энергию и высокая удельная мощность луча, высокая температура в зоне сварки (до 6000 градусов по Цельсию). Выделение теплоты только в зоне сварки, хорошее проплавление глубоких швов, фокусировка луча достигает значений до 0,001 сантиметра, возможность использования электронного луча для различных видов работ — сверления, сварки, фрезерования практически любых материалов, широкий диапазон толщин обрабатываемых заготовок от 0,02 до 100 мм, высокая степень автоматизации.

К недостаткам относятся наличие специального оборудования и высококвалифицированного персонала, наличие рентгеновского излучения и необходимость защиты обслуживающего персонала, снижение срока службы электронного катода в результате его высокого нагрева (до 2400 градусов).

Преимущества плазменной сварки — это высокая степень концентрации теплоты, хорошая стабильность горения, возможность сварки деталей толщиной до 10 мм без предварительной подготовки кромок, возможность проведения работ на низких токах при микроплазменной сварке тонких деталей (толщина 0,01. 0,8 мм), возможность эффективной резки практически всех видов материалов, возможность проведения процесса напыления или наплавки при введении в плазменную дугу присадочных металлов (в том числе тугоплавких), возможность сваривания металлов с неметаллами, минимальная зона термического воздействия, возможность проведения работ с тугоплавкими и жаропрочными металлами, сниженный расход защитных газов по сравнению с дуговым способом, высокая технологичность процесса и возможность его автоматизации.

К недостаткам плазменного способа относятся высокочастотный шум с ультразвуком, оптическое излучение (инфракрасное, ультрафиолетовое, видимый спектр), вредная ионизация воздуха, выделение паров металла в процессе сварки, недолговечность сопла горелки вследствие сильного нагрева, необходимость специальной установки и высококвалифицированного обслуживающего персонала.

Преимущества лазерного способа сварки: высокая концентрация энергии, которая позволяет производить микросварку деталей толщиной до 50 микрон, возможность сварки термочувствительных деталей, возможность сварки в труднодоступных местах, возможность проведения сварки в вакууме и защитных газах, возможность подвода строго дозированной энергии в зону сварки, высокая промышленная стерильность процесса и отсутствие выделения вредных паров, высокая технологичность, высокая степень автоматизации, высокая производительность, возможность применения лазерного луча для резки, наплавки и прошивки отверстий.

Недостатками являются необходимость приобретения дорогостоящей установки, высокие требования к квалификации персонала, наличие вибраций и необходимость применения вибростойких платформ, необходимость защиты персонала от лазерного излучения аппаратуры.

К преимуществам термитной сварки относятся простота и низкая себестоимость, а недостатки — высокая гигроскопичность процесса, пожароопасность, взрывоопасность, невозможность управления процессом.

Достоинствами холодного способа сварки являются простота и доступность технологического оборудования, при этом не требуется высокая квалификация персонала, отсутствие вредных выделений, возможность сварки без нагрева, высокая степень механизации, небольшой расход энергии, высокая производительность процесса.

К недостаткам относятся наличие больших удельных давлений, небольшой диапазон толщин свариваемых деталей, невозможность сварки высокопрочных металлов.

Достоинства сварки взрывом: высокая скорость сваривания (миллисекунды), возможность изготовления биметаллических соединений, возможность плакирования деталей (покрытия слоем металла с особыми свойствами), возможность изготовления криволинейных и прямолинейных заготовок большой площади, возможность изготовления заготовок для ковки и штамповки, простота применяемого оборудования.

Недостатками являются необходимость защиты от детонации, наличие квалификации персонала по работе со взрывоопасными веществами, невозможность механизации и автоматизации.

Преимущества сварки трением — высокая производительность, стабильное качество соединения, возможность получения соединений из разнородных металлов, отсутствие вредных выделений, высокие энергетические показатели, высокая степень механизации и автоматизации, возможность применения в качестве основного оборудования универсальные токарные и сверлильные станки.

К недостаткам относят необходимость разработки технологического процесса для каждого вида металла и конфигурации детали, необходимость контроля момента сварки для своевременного прекращения сварочного процесса, необходимость создания осевого давления с помощью специального механизма.

Сварные соединения. Достоинства, недостатки, виды. Типы сварных швов (по форме)

Достоинства сварных соединений:• Возможность получения изделий больших размеров (корпуса судов и летательных аппаратов, железнодорожные вагоны, кузова автомобилей, трубопроводы, резервуары, фермы, мосты и др.). • Снижение массы по сравнению с литыми деталями до 30…50%, с клепанными – до 20%. Этого достигают благодаря в основном снижению толщин стенок и припусков на механическую обработку, а также отсутствию ослаб-ляющих отверстий и накладок при наклепе. • Снижение стоимости изготовления сложных деталей в условиях единичного и мелкосерийного производства. • Малая трудоемкость, невысокая стоимость оборудования, возможность автоматизации.

Недостатки сварных соединений:• Вероятность возникновения при сварке плавлением различных дефектов швов, снижающих прочность соеди-нения при переменных нагрузках. • Низкая прочность швов при электроконтактной сварке вследствие неправильного выбора параметров техно-логического процесса. • Необходимость проведения для всех сварных швов визуального контроля, а для сварных изделий ответствен-ного назначения неразрушающего инструментального или выборочно разрушающего контроля. • Возникновение остаточных напряжений (вследствие термических деформаций от неравномерного нагрева) снижает прочность и вызывает необходимость проведения в ряде случаев механической обработки после старения (изменение свойств металла во времени вследствие внутренних процессов). • Местный нагрев вызывает в зоне термического влияния вблизи шва изменение механических свойств метал-ла.

По технологии изготовления различают: 1) электродуговая (нагрев происходит пропусканием электрического тока между электродом и материалом ,материал участвует в образовании шва, материал электрода защищает шов от окисления) 2) автоматическая (под слоем флюса, для деталей большой длины) 3) газовая (в углекислом газе, для сваривания деталей из углеродистых и низколегированных сталей, в среде аргона и гелия для высоко легированных сталей плавящимся или вольфрамовым электродом) 4) электрошлаковая (для сварки деталей неограниченной толщины) 5) сварка электронным лучом (в вакуумных камерах, диффузионная сварка легированных сталей, алюминиевых сплавов, неметаллов) 6) контактная сварка.

Тип сварного соединения определяет взаимное расположение свариваемых элементов. Различают: стыковые, угловые, тавровые, нахлесточные и торцовые сварные соединения.

Стыковое соединение— сварное соединение двух элементов, примыкающих друг к другу торцовыми поверхностями и расположенных в одной плоскости или на одной поверхности (рис. 1.2). Поверхности элементов могут быть несколько смещены при соединении листов разной толщины (см. рис. 1.2, б).

Рис. 1.2. Стыковые соединения

Угловое соединение— сварное соединение двух элементов, расположенных под углом и сваренных в месте примыкания их краев (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Угловые соединения

Тавровое соединение— сварное соединение, в котором торец одного элемента примыкает под углом и приварен к боковой поверхности другого элемента (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Тавровые соединения

Нахлесточное соединение— сварное соединение, в котором сваренные элементы расположены параллельно и частично перекрывают друг друга (рис. 1.5, а, б). Отсутствие опасности прожогов при сварке облегчает применение высокопроизводительных режимов сварки. Применение нахлесточных соединений облегчает сборку и сварку швов, выполняемых при монтаже конструкций (монтажных швов).

Торцовое соединение— сварное соединение, в котором боковые поверхности сваренных элементов примыкают друг к другу (рис. 1.5, е).

Рис. 1.5. Нахлесточные (а, б) и торцовое соединения (в)

Сварные швы подразделяют по разным признакам: по типу шва, по протяженности, по способу выполнения, по пространственному положению и по форме разделки кромок.

По типу сварные швы делят на стыковые, угловые и прорезные.

Стыковой шов— сварной шов стыкового соединения.Угловой шов— сварной шов углового, нахлестанного или таврового соединений.Прорезной шов(рис. 1.6) получается в результате полного проплавления верхнего, а иногда и последующих листов, и частичного проплавления нижнего листа (детали). Частным случаем прорезного шва является точечный или пробочный шов (электрозаклепка — при дуговой сварке) (рис. 1.6, г). Прорезные швы при приварке толстого листа (рис. 1.6, д) могут выполняться по заранее выполненным отверстиям в верхнем листе (при точечном шве) или прорези (при непрерывном шве).

Различают следующие характеристики сварного шва: ширину, выпуклость, вогнутость и корень шва.

Рис. 1.6. Прорезные швы

Ширина шва е — расстояние между видимыми линиями сплавления сварного шва (см. рис. 1.2, а). Выпуклость шва g определяется расстоянием между плоскостью, проходящей через видимые линии границы сварного шва с основным металлом и поверхностью сварного шва, измеренным в месте наибольшей выпуклости (см. рис. 1.2, а; 1.4, а). Вогнутость шва T определяется расстоянием между плоскостью, проходящей через видимые линии границы шва с основным металлом и поверхностью шва, измеренным в месте наибольшей вогнутости (см. рис. 1.2, в; 1.3, в). Вогнутость корня стыкового шва является дефектом обратной стороны одностороннего шва. Корень шва— часть сварного шва, наиболее удаленная от его лицевой поверхности (см. рис. 1.2, б; 1.4, а). По существу это обратная сторона шва, в которой различают ширину е₁и высоту g₁обратного валика (см. рис. 1.2, а).

Угловой шов имеет следующие размерные характеристики: катет, толщину, расчетную высоту. Катет углового швак определяется кратчайшим расстоянием от поверхности одной из свариваемых частей до границы углового шва на поверхности второй свариваемой части (см. рис. 1.3, в; 1.4, а). Катет задается в качестве параметра режима, который нужно выдерживать при сварке.Толщина углового шваа — наибольшее расстояние от поверхности углового шва до точки максимального проплавления основного металла (см. рис. 1.4, а). Для оценки прочности сварного соединения используют расчетную высоту углового шва — р (см. рис. 1.4, а). Для угловых швов более благоприятна вогнутая форма поверхности шва с плавным переходом к основному металлу (см. рис. 1.3, в).

По протяженности сварные швы подразделяют на непрерывные и прерывистые. Стыковые сварные швы, как правило, выполняют непрерывными. Угловые швы могут быть непрерывными (рис. 1.7, а) и прерывистыми (рис. 1.7, б), с шахматным (рис. 1.7, в) и цепным (рис. 1.7, г) расположением отрезков шва. Угловые швы могут быть выполнены и точечными швами (рис. 1.7, б, д).

Рис. 1.7. Угловые швы тавровых соединений

По способу выполнения различают сварку: одностороннюю и двустороннюю, однослойную и многослойную. Одностороннюю сварку стыкового сварного соединения выполняют со сквозным проплавлением кромок на подкладке или без подкладки (на весу). Двустороннюю сварку выполняют с зачисткой (удалением) корня шва (механической обработкой) перед сваркой обратной стороны сварного соединения или без зачистки корня шва. При двусторонней сварке зачастую приходится кантовать изделие или вести сварку в трудном потолочном положении.

Многослойный шовприменяют при сварке металла большой толщины, а также для уменьшения зоны термического влияния. Подслоем сварного шва(I—IV на рис. 1.8) понимают часть металла сварного шва, которая состоит из одного или нескольких валиков (1-5 на рис. 1.8), располагающихся на одном уровне поперечного сечения шва.Валик— металл сварного шва, наплавленный за один проход. Подпроходомпри сварке подразумевается однократное перемещение в одном направлении источника тепла при сварке или наплавке.

Рис. 1.8. Многослойный шов

По пространственному положению с учетом требований международных стандартов различают следующие сварные швы: горизонтальные (на вертикальной плоскости), вертикальные, потолочные и швы, сваренные в нижнем положении (рис. 1.9, 1.10). На рисунках даны русские и в скобках международные обозначения. Схемы сварки, стыков труб с горизонтальной, вертикальной или наклоненной осью показаны на рис. 1.10.

Рис. 1.9. Положение шва при сварке стыковых (а) и тавровых (б) соединений листов: HI — нижнее; Н2 — нижнее тавровых соединений; B1 — вертикальное (сварка низу вверх); B2 — вертикальное (сварка сверху вниз); Г — горизонтальное; П1 — потолочное; П2 — потолочное тавровых соединений

Рис. 1.10. Положение шва при сварке стыковых (а) и угловых (б) соединений труб: HI — нижнее при горизонтальном расположении осей труб (трубы), свариваемых (привариваемой) с поворотом; Н2 — нижнее при вертикальном расположении оси трубы, привариваемой без поворота или с поворотом; В1 — переменное при горизонтальном расположении осей труб (трубы), свариваемых (привариваемой) без поворота «на подъем»; В2 — переменное при горизонтальном расположении осей труб (трубы), свариваемых (привариваемой) без поворота «на спуск»; Г — горизонтальное при вертикальном расположении осей труб, свариваемых без поворота или с поворотом; Н45 — переменное при наклонном расположении осей труб (трубы), свариваемых (привариваемой) без поворота; П2 — потолочное при вертикальном расположении оси трубы, привариваемой без поворота или с поворотом

Технология дуговой сварки. Виды электродуговой сварки.

Технология дуговой сварки. Виды электродуговой сварки.

Самый распространенный способ электродуговой сварки является способ сварки с помощью металлических электродов.

Схематический процесс электродуговой сварки и её виды изображены на рис. 1.

Виды электродуговой сварки.

Рис. 1. Виды дуговой электросварки:

а – сварка металлическим электродом:

1 – генератор; 2,3 – провод; 4 – металл; 5 – электрододержатель; 6 – электрод; 7 электрическая дуга.

б – сварка угольным электродом:

1 – электрическая дуга; 2 – электрод угольный; 3 – металл; 4 – присадочный пруток; 5 – держатель.

Технология ручной дуговой сварки.

Ток от генератора или трансформатора 1 по проводу 2 подводится к свариваемому металлу 4, а по проводу 3—к электрододержателю 5, в который зажимается электрод 6. Сварщик, приближая электрод к свариваемому металлу, замыкает цепь, возникает электрическая дуга 7. От тепла электрической дуги металл нагревается до температуры плавления и происходит слияние двух металлов. Расплавленный металл электрода служит присадочным материалом. Оказывать механические усилия на свариваемые детали при этом способе электросварки не требуется.

Преимущества и недостатки сварки постоянным и переменным током.

Электродуговая сварка выполняется как при переменном, так и постоянном токе.

Преимущества и недостатки постоянного тока.

Постоянный ток дает более устойчивую электрическую дугу и, благодаря неодинаковому выделению тепла на положительном и отрицательном полюсах, допускает более гибкую регулировку распределения тепла, применяя прямую (отрицательный полюс на электроде) или обратную (отрицательный полюс на детали) полярности. Это имеет большое значение при сварке цветных металлов, тонких листов металлов и некоторых марок специальных сталей. Оборудование для сварки на постоянном токе в 1,5 раза дороже оборудования для сварки на переменном токе.

Преимущества переменного тока.

Преимуществом сварки на переменном токе служат небольшие габариты, малый вес и сравнительно невысокая стоимость электросварочных трансформаторов, а также простота их эксплуатации и значительная экономичность.

Недостатки переменного тока.

К недостаткам сварки на переменном токе относятся трудность выполнения потолочной и вертикальной сварки и необходимость употребления более дорогих обмазных электродов. Качество сварки при использовании переменного и постоянного тока равноценно.

Сварка угольным электродом.

Другим способом электросварки является сварка угольным электродом.

Процесс сварки угольным электродом.

Процесс электросварки угольными электродами следующий (см. рис. 1, б). При сварке электрическая дуга 1 возникает между угольным или графитовым электродом 2 и свариваемой деталью 3. Шов получается при плавлении прутка 4, который называется присадочным прутком, он вводится со стороны в электрическую дугу. Для начала сварки электроды графитовые или угольные зажимаются в держатель 5. Одновременно происходит плавление электрической дугой кромок свариваемого металла. Такой способ сварки в промышленности применяется очень редко.

Значит, для угольного электрода присадочным материалом для заполнения шва будет пруток, который вводится со стороны в электрическую дугу, а при сварке металлическим электродом присадочным материалом будет металл самого электрода.

Преимущества электродуговой сварки перед газовой заключаются в том, что она в три-четыре раза дешевле газовой и безопасна от взрыва горючих газов.