Основные этапы развития сварки

Кратки курс лекции по профессии

«Электрогазосварщик»

 

 

Бузулук 2012 г.

 

Тема 1.

Преимущества сварки перед другими видами соедине­ний

Преимущества сварки:

 

Применение сварки для соединения элементов различных металлических объектов, имеет ряд преимуществ перед другими видами соединения:

1. Экономное использование металла конструкции, вследствие полного использования поверхности сечения для соединения; более низкий вес элементов, соединенных при помощи сварки; возможность соединения более тонких элементов конструкции; снижение уровня брака и уменьшение припусков на дополнительную обработку при замене литья сваркой.

2. Применение сварки имеет целый ряд финансовых преимуществ: снижение себестоимости работ вследствие уменьшения их трудоемкости, снижение ресурсоемкости, увеличение производительности труда и, вследствие этого, сокращения сроков выполняемых работ, уменьшение расхода материалов.

3. Сварка с успехом заменяет ковку и литье, так как при помощи сварочного аппарата можно с легкостью изготовить изделие сложной конструкции из отдельных штампованных или отлитых элементов.

4. Значительное снижение стоимости производственного оборудования.

5. Возможность создания полностью автоматизированного и механизированного производства различных сварных изделий.

6. Возможность использования в свариваемых конструкциях новейших материалов: высокопрочных сталей, облегченных профилей, листового проката с многими слоями, легких сплавов, особо чистых металлов и т.п.

7. Облегчение производства миниатюрных деталей и элементов.

8. Широкий диапазон применения сварочных аппаратов: сварка, резка, наплавка.

9. Более высокие показатели прочности и надежности сварных соединений.

10. Улучшение условий труда на производстве благодаря более низкому уровню шума.

Тема 2.

Развитие сварки

В развитие сварочной науки и техники особый вклад внесли российские ученые и инженеры — В. В. Петров (1761 — 1834), Н. Н. Бенардос (1842-1905), Н. Г. Славянов (1854-1897).

 

Василий Владимирович Петров впервые в мире в 1802 г. обнаружил явление электрического дугового разряда от построенного им сверхмощного «вольтового столба», который состоял из 2100 пар разнородных кружков — элементов (медь + цинк), проложенных бумажными кружками, смоченными водным раствором нашатыря.

 

Проделав большое количество опытов со своей батареей, он показал возможность использования электрической дуги для освещения и плавления металлов. К моменту открытия дугового разряда электротехника только начинала создаваться. Открытие В. В. Петрова опередило время практического применения дуги для сварки на 80 лет. Его осуществил Николай Николаевич Бенардос — автор многих изобретений в области электротехники.

 

Н. Н. Бенардос предложил и произвел в 1880-1890 гг. все основные виды дуговой сварки: плавящимся и неплавящимся электродами дугой прямого и косвенного действия, ручную, полуавтоматическую и автоматическую, незащищенной дугой и в среде защитного газа.

 

Н. Н. Бенардос в 1887 г. предложил основные виды электроконтактной сварки — точечную и роликовую.

 

После детальной разработки своего изобретения Н. Н. Бенардос получил на него патенты в Англии, Бельгии, Германии, Италии, Франции, США и в других странах.

 

В 1886 г. он получил русский патент на «Способ соединения и разъединения металлов непосредственным действием электрического тока». Н. Н. Бенардос применил созданный им способ не только для сварки, но и для наплавки и резки металлов.

 

Почти одновременно с Н. Н. Бенардосом работал другой крупнейший изобретатель — Николай Гаврилович Славянов, много сделавший для развития дуговой сварки.

 

Николай Гаврилович Славянов в конце 1888-1889 гг. осуществил и широко внедрил электродуговую отливку металлических изделий и сварку плавящимся металлическим электродом, разработал основы металлургии сварочного процесса и, в частности, осуществил сварку под шлаковой защитой.

 

Обладая глубокими знаниями металлурги и электротехники, Н. Г. Славянов разработал способ дуговой сварки металлическим электродом с защитой сварочной зоны слоем порошкообразного вещества (флюса) и первый в мире механизм «электроплавильник» — для полуавтоматической подачи электродного прутка в зону сварки.

 

Способ сварки плавящимся металлическим электродом получил название «дуговая сварка по способу Славянова». Первая публичная демонстрация нового способа состоялась в 1888 г. в Перми.

 

Изобретения Н. Г. Славянова получили мировое признание, они были запатентованы во многих странах Европы, в Америке. В 1893 г. на Всемирной выставке в Чикаго Н. Г. Славянов был награжден дипломом и золотой медалью за изобретение электродуговой сварки металлов.

 

Н. Г. Славянов научился рассчитывать и строить электрические приборы и машины, в том числе крупные по тем временам динамо-машины для нужд заводского производства, и в частности специальный сварочный генератор.

 

Эти машины в дальнейшем стали технической базой разработки блестящих изобретений дуговой электросварки и электрической отливки, прототипа электрошлаковой сварки и электрошлакового переплава сталей.

 

Славянов впервые с помощью нового способа сварил вал паровой машины. Свой способ он назвал «электрической отливкой металлов», электросварщика — «электроотливщиком», а организованный им впервые в мире электросварочный цех — «электролитейным». Здесь были подготовлены первые электросварщики. Под «электрической отливкой» изобретатель понимал дуговую электрическую сварку металлическим электродом, а под термином «сварка» — только сварку давлением или пластическую сварку без расплавления свариваемого металла, например, широко применяемую тогда кузнечную сварку.

 

В 30-х годах XX в. были организованы исследовательские лаборатории, институты. Началась подготовка специалистов по сварке. В этот период большой вклад в развитие и внедрение сварочных процессов внес другой наш соотечественник — Евгений Оскарович Патон. Он разработал и приступил к реализации программы совершенствования оборудования и технологий сварки, особо добиваясь улучшения качества соединений. В созданной им лаборатории, преобразованной в 1934 г. в научно-исследовательский институт (первую в мире специализированную организацию по изучению проблем сварки), одним из направлений стало развитие электродуговой сварки металлическими электродами и электродной проволокой.

 

К концу 30-х годов исследователи вернулись к идее Славянова защищать зону дуги насыпным флюсом, а электрод подавать без специальных защитных материалов.

 

 

Тема 3.

Основные этапы развития сварки

 

Развитие сварки в нашей стране можно условно разделить на 5 этапов.

1. Подготовка кадров (1918-1928) и начало развития науки. В 1925 г. академики В. П. Никитин и А. И. Вологдин организовали сварочные специальности в институтах Днепропетровска и Владивостока.

2. 1929-1935 годы — бурное развитие сварки и резкое повышение ее качества. Сварка стала применяться как технический процесс для изготовления новых изделий в отдельных областях промышленности. В 1929 г. создан Автогенный комитет, который способствовал внедрению электродуговой сварки.

3. 1935-1940 годы — курс на резкое повышение качества сварных конструкций и производительности труда сварщиков. В этот период сварку стали внедрять во всех отраслях промышленности. В 1936 г. началось применение качественных электродов вместо электродов с меловой обмазкой.

4. 1941-1945 гг. — активное применение сварки, продиктованное условиями военного времени. В Нижнем Тагиле открыто явление саморегулирования дуги (профессор Дятлов). Разрабатываются различные способы сварки под флюсом, а также продолжаются исследования в области сварки.

5. С 1946 г. — дальнейшее всестороннее развитие сварки и наплавки, появление новых видов и способов сварки, наплавки и резки, например, сварка трением, ультразвуковая сварка, взрывом, вибродуговая наплавка, плазменная, лазерная сварка и резка, сварка в защитных газах и другие.

 

Тема 4.

---

Недостатки сварки | Железная лаборатория

Недостатки сварки

Автор Сварщик | 25 декабря 2010

К недостаткам сварки относятся:
1. Значительное загрязнение воздуха внутри помещения, в котором производится сварка, газами, выделяющимися при плавлении электродов.
2. Способность наплавленного металла шва давать трещины. Это явление часто наблюдается при сварке малоуглеродистой стали кипящей плавки из-за неравномерного распределения в слитке, а затем в прокате вредных примесей.
3. Отсутствие простого и надежного способа контроля качества швов.
4. Образование в конструкции остаточных сварочных напряжений от неравномерного нагрева изделий в процессе сварки.
5. Деформация металла от усадки сварных швов, приводящая к искажению первоначальной формы изделий.
Для устранения перечисленных явлений или ослабления их отрицательного воздействия разработаны и применяются эффективные мероприятия, как-то: устройство в сварочных цехах приточно-вытяжной вентиляции; изготовление ответственных конструкций из малоуглеродистой стали спокойной плавки; наложение швов в определенной последовательности, установленной технологическим процессом; сварка конструкций в жестких фиксаторах или придание элементу начальных деформаций, обратных тем, которые будут вызваны швами; выбор рациональной формы конструкции в процессе проектирования; соблюдение при сварке размеров сечения швов, предусмотренных расчетом; применение сборочных приспособлений, кондукторов и установок.
В настоящее время клепаные конструкции изготовляются в очень небольшом количестве.
Клепаными выполняются только конструкции, непосредственно воспринимающие переменные и ударные нагрузки, а именно: пролетные строения железнодорожных мостов, балки под краны грузоподъемностью свыше 50 т и некоторые другие виды конструкций. Однако высокое качество соединений, обеспечиваемое автоматической сваркой, позволило вести изготовление сварных пролетных строений городских и частично железнодорожных мостов, которые являются наиболее ответственными инженерными сооружениями.

загрузка…

Похожие сообщения

• Нет связанных записей.

Электрическая дуговая сварка стальных конструкций

Плюсы и минусы сварки в защитных газах

Сварка — это процесс соединения двух металлических заготовок, который применяется как в быту, так и на производстве. Существует множество ее видов, один из самых распространенных подразумевает использование защитных газов. Важно заметить, что ремонт сварочного оборудования должны выполнять только сертифицированные специалисты. Это гарантирует не только высокое качество шва, но и безопасность оператора и окружающих.

Основные плюсы и минусы сварки в защитных газах

Специфическая среда оказывает значительное влияние на конечный результат работ. Так, свойства дуги и характеристики шва будут заметно отличаться от аналогичных показателей электрической сварки. При этом большую роль играет тип используемого газа.

Например, аргон позволяет создать фигурный шов за счет мягкости дуги. А гелий применяют тогда, когда необходимо, чтобы место сварки было практически незаметно, а также при обработке тонких листов металла. Однако гелий расходуется менее эффективно из-за своего низкого веса.

Когда необходимо соблюсти баланс между экономичностью и незаметностью шва, применяют углекислый газ. Он, к слову, является практически универсальным. С его помощью можно произвести сварку изделий из практически любых сплавов.

Стоит заметить, что тип газа не оказывает никакого влияния на выбор электрода. Он может быть как плавящимся, так и нет. Однако из-за высокой степени опасности газов следует не забывать о повышенной осторожности во время процесса сварки.

Итак, общие преимущества данной технологии:

• высокое качество швов;
• универсальность в плане обрабатываемых материалов и их толщины;
• независимость результата от пространственного положения;
• визуальный контроль шва во время его образования;
• нет необходимости засыпать и убирать флюс, шлак;
• оперативность;
• возможность автоматизации;
• дешевизна.

Существуют и недостатки сварки в защитных газах. Так, к ним стоит отнести наличие световой и тепловой радиации дуги. От данных негативных факторов следует надежно защищать оператора, что требуется дополнительных финансовых затрат. А вот ремонт таких сварочных аппаратов в целом ничем не отличается от других.

Преимущества сварки в среде защитных газов

Среди самых эффективных способов сваривания металлов выделяется сварка в защитных газах. Специальные газы, поступающие в область сваривания, предотвращают поступление воздуха, который оказывает негативное влияние на свойства соединения материалов.

Благодаря этому сварные швы получаются чистыми (без шлака), герметичными (без пор) и соответствуют заданным характеристикам при соблюдении рекомендаций ГОСТ 14771-76.

Ручной способ и сваривание в камере

Проводимая на аппаратах полуавтоматического типа, ручная дуговая сварка в защитном газе бывает двух видов: локальная и общая в камере. Самая распространенной является локальная защита в струе инертного газа, который истекает из сопла сварочной горелки.

Местная защитная среда позволяет варить изделия любой сложности и любых габаритов, но не дает стопроцентной гарантии. Надежная защита обеспечивается только в зоне ламинарного потока газа, где возникает турбулентность, происходит захват воздуха и в этой области качество шва резко падает. Поэтому задача сварщика заключается еще и в расположении сварочной ванны в зоне ядра потока.

Организация нейтральной среды в камере обеспечивает стопроцентную защиту и позволяет получить сварной шов требуемого качества.

В камере создается избыточное давление, где размещаются свариваемые детали и аппарат для сварки с проволокой. В камерах обычно производят сварку металлов высокой химической активности, типа молибдена или титана.

Сварку в защитном газе можно проводить плавящимся электродом и с таким же успехом – неплавящимся.

Достоинства и слабые места процесса

К преимуществам работы в защитной газовой среде можно отнести следующее:

• качество шва значительно лучше, чем при использовании обычной электродуговой сварки;
• часть защитных газов имеют невысокую стоимость, но все же обеспечивают высочайшее качество шва;
• освоение данной технологии сварки не представляет никаких трудностей для сварщиков имеющих опыт работы с другим технологическим оборудованием;
• в защитных газах может производиться сварка как тонкостенных, так и толстостенных заготовок;
• процесс сварки идет с высокой производительностью;
• значительно упрощается работа с алюминием, цветными металлами и их сплавами, коррозионностойкой сталью;
• технология сваривания в защитной среде легко поддается механизации и автоматизации.

Недостатки у данной технологии имеются, но не так существенны. Для работы на открытом воздухе требуются защитные экраны для предотвращения сдувания потока газа с области сваривания.

При сварке в закрытых помещениях должна быть вентиляция или обеспечено проветривание. Аргон, применяемый в сварочных работах, имеет высокую стоимость.

Какие газы применяют

Для защиты от воздействия воздуха применяют газ, которые условно разделяют на две группы инертные и химически активные.

Инертные газы всем хорошо известны – аргон, гелий и их сочетание. Вытесняя воздух из зоны окружения свариваемых заготовок, они не реагируют с металлом и не растворяются в нем.

Их применяют при сваривании алюминия, магния, титана и сплавов. В специальной литературе такой вид сварки с защитной средой из инертных газов обозначается как MIG (металл, инертный газ).

Если применять неплавящийся электрод для сварки в среде защитных газов, то такой процесс будет отлично подходить для соединения тугоплавких сталей, химически активных металлов или особо ответственных соединениях.

Сварка с активными газами получила название MAG сварки (металл, активный газ). К активным реактивам относят углекислоту, азот, водород, кислород.

Наибольшее распространение получила углекислота благодаря своей низкой стоимости. Для сравнения, азот стоит в 1,5 раза дороже, кислород в 3, водород в 4 раза, аргон и гелий в 45 и 156 раз соответственно.

В углекислоте

Сварка полуавтоматом в углекислоте получила широкое применение из-за ее дешевизны. Углекислота, попадая в область расплава, защищает его от разрушающего воздействия воздуха.

Но из-за высокой температуры в районе сварочной ванны она разлагается на окись углерода и кислород, поэтому в области сваривания оказываются три газа: углекислота, окись углерода и кислород.

Чтобы не допустить окисления, в сварочную проволоку добавляют кремний и марганец, который реагирует с кислородом раньше железа. За счет этого гасятся реакции образования вредных окисей.

При этом углекислый газ сохраняет свои изолирующие свойства, а соединения кремния и марганца вступают в реакцию друг с другом, в результате чего получается легкое по плотности вещество, которое всплывает в расплаве. Образовавшийся шлак впоследствии легко удаляется.

Перед использованием углекислоты нужно обязательно удалить воду из баллона. Для этого его переворачивают и сливают воду, через 20 минут процедуру повторяют, в противном случае пары воды вызовут пористость шва.

В азотной среде

Азот используют при сваривании деталей из меди и нескольких видов нержавеющей стали. Это обусловлено тем, что азот не реагирует с медью. В качестве электродов используются графитовые или угольные прутки, применение вольфрамовых прутков приводит к их перерасходу из-за образования легкоплавких соединений.

Работают на токах 150-500 А и напряжении дуги 22-30 В. Расход азота находится в пределах 3-10 л/мин. Газ хранится в баллонах при давлении 150 атмосфер.

Сварочное оборудование ничем не отличается от других видов сварки использующих газы, только в горелке предусмотрено специальное крепление для угольного электрода.

Оборудование

В аппаратуре для производства сварочных работ в защитной среде в качестве источника питания чаще всего используют инверторы с широкой регулировкой величины сварочного тока.

Они снабжены устройством подачи сварочной проволоки и газовую систему с баллонами, шлангами, понижающими редукторами. Сварку плавящимся электродом в защитных газах ведут постоянным или импульсным высокочастотным током.

Главными параметрами, характеризующими оборудование, является ток, который можно изменять; напряжение для зажигания и стабильного горения дуги; скорость подачи проволоки, ее толщина. Режимы сварки полуавтоматом многообразны. В зависимости от свариваемых материалов сила тока и другие параметры могут значительно меняться.

Перед началом сварочных работ в защитном газе свариваемые поверхности требуется очистить от всевозможных загрязнений. В первую очередь необходимо очистить кромки от оксидной пленки, ржавчины, жира, масла. Для этого применяются стальные скребки, растворители, нетканые материалы.

Применение защитных газов требует соблюдения определенной последовательности операций. Сначала подается защитный газ, затем включается источник питания, начинает подаваться присадочная проволока и зажигается дуга, потом только начинается процесс сварки.

После гашения электродуги, еще 10-15 секунд в зону сварки подают инертный газ. Это делается для того, чтобы избежать пагубного влияния атмосферы на шов.

В зависимости от видов свариваемых металлов, их толщины используют различные защитные газы. Например, аргон обеспечивает стабильность электрической дуги, а гелий позволяет получать более глубокую проварку шва.

При сварке меди используется водород. Наиболее универсальным газом, который может использоваться практически при сварке любых металлов является аргон. Только его высокая стоимость вынуждает применять более дешевые газы типа углекислого или азота.

Как и электродуговую, в автоматическом режиме применяют технологию сварочного процесса в газовой среде. Она легко поддается автоматизации и используется в роботизированных комплексах в больших производствах. Полуавтоматы широко применяются в мелких мастерских и автосервисах.

Достоинства и недостатки сварки разных видов

Сварка – это способ воздействия на металлические предметы для соединения их между собой. Каждый человек в своей жизни сталкивается со свариванием на работе и/или в быту. Например, при протечке металлической трубы в доме, ремонте автомобиля, устройстве беседки на даче и в других случаях.

Сварка применяется в быту и на производстве, выбор вида сварки зависит от вида свариваемого металла или сплавов.

Преимущества и недостатки сварки зависят от ее вида.

В настоящее время используется большое количество видов. Их можно объединить в группы:

1. Механические. Слияние атомов материала происходит за счет превращения механической энергии в кинетическую, нагреву подвергается место стыка материала.
2. Термические. Предметы разогреваются до той температуры, при которой становятся мягкими, а потом просто соединяются.
3. Термомеханические. Объединяет предыдущие методы. Детали нагреваются, а соединяют их между собой с помощью давления.

Каждый из этих методов сваривания используется для разных металлов.

Достоинства и недостатки механических видов

К ним относятся холодная, сварка трением и взрывом.

Первый способ подходит для свинца, меди, алюминия, олова и прочих нетвердых материалов, проходит без термической обработки.

Сварка трением применяется для чугунных, стальных, медных, латунных сплавов.

Второй способ – температура изделий повышается за счет их трения. Он применяется для чугуна, стали, меди, латуни. В третьем способе при взрыве температура предметов увеличивается, при ударе их друг о друга происходит соединение.

Плюсы холодного сваривания:

• очень хорошо подходит для заделки течи в трубах;
• происходит без нагрева поверхности изделий;
• быстро;
• не требуется особых навыков;
• после сваривания практически не остается грязи;
• можно провести самостоятельно в домашних условиях.

Самый значительный минус – при слиянии изделия очень сильно повреждаются. Например, ковка тоже относится к холодной сварке.

Преимущества сваривания трением:

• достаточно небольшая мощность;
• процесс проходит быстро;
• невысокая температура нагревания металла.

Недостатки: повреждение изделий вокруг шва; одна деталь должна быть округлой формы, а другая – плоской. Это нужно, для того чтобы первая ввинчивалась во вторую.

Достоинства сварки взрывом:

• прочность;
• температура металла повышается на короткое время;
• занимает мало времени.

Отрицательные свойства этого вида слияния деталей – взрывная волна, необходимо соблюдать нормы безопасности; можно провести только в специально отведенных для этого местах, в быту не применяется.

Плюсы и минусы термических способов

Схема электродуговой сварки.

К ним относятся плазменная (газовая), электродуговая, электрошлаковая и другие. Первый вид – газ нагревается до очень высоких температур (максимум – 30000° С), металл плавится, его можно резать, гнуть, соединять. При втором способе используется тот же самый принцип металлообработки, что и при газовом сваривании, но максимальная температура дуги – 7000° С. Третий вид – нагрев происходит, за счет того что электрический ток раскаляет шлак, а потом и сам предмет.

Положительные характеристики газовой сварки:

• легко транспортировать оборудование для металлообработки;
• не повреждает металл и окружающие предметы;
• можно не только соединять детали, но и разделять их;
• не нужны электрические сети.

Недостатки этого вида:

• очень большая площадь разогрева предметов при очень высокой температуре;
• на одно соединение уходит достаточно много времени;
• высокий уровень опасности, специалист должен иметь высокую квалификацию и опыт работы.

Намного чаще используется дуговая сварка. Ее преимущества:

Устройство прибора для газовой сварки.

• подходит для слияния практически всех металлов;
• соединения очень прочные;
• универсальный вид, применяется и в промышленности, и в быту.

Отрицательные свойства – вредные условия труда, прочность и аккуратность места соединения изделий зависит от навыков исполнителя.

Преимущества электрошлакового сваривания заключается в том, что оно применяется для слияния предметов любой толщины. По сравнению с дуговой электропотребление намного меньше.

Недостатки:

• нельзя бросать работу до полного слияния изделий;
• сваривать можно только, если предметы находятся в вертикальном положении, легкий наклон допускается;
• прочность стыков снижается, если температура окружающей среды ниже 0° С.

Этот способ соединения металлов применяется на заводах, фабриках и т. д.

Преимущества и недостатки термомеханических видов сваривания

Схема электронно-лучевой сварки .

Это диффузионная, контактная (автоматическая) сварка и другие способы. Первая представляет собой соединение предметов путем нагревания и механического давления на них, при этом они остаются в твердом состоянии. Вторая – разогрев изделий с помощью электричества и последующее их сжатие в единое целое.

Плюсы диффузного сваривания:

• возможно слияние разных металлов, при этом толщина деталей может не совпадать;
• швы получаются ровные, поэтому последующая обработка не понадобится;
• низкий расход энергии.

Минус этого вида в том, что для работы потребуются квалифицированные сварщики, имеющие навыки работы с подобным оборудованием.

Достоинства контактной сварки:

• прочное и аккуратное место стыка предметов;
• быстро;
• не вредит окружающей среде.

Отрицательные характеристики: непростое оборудование для проведения работ.