Svařování

Svařování  je proces získávání trvalých spojů vytvořením meziatomových vazeb mezi součástmi, které mají být svařovány, během jejich místního nebo obecného ohřevu, plastické deformace nebo kombinovaného působení obou [1] . Specialista na svářečské práce se nazývá svářeč .

Základní pojmy

Stálý spoj provedený svařováním se nazývá svarový spoj [1] . Nejčastěji se kovové části spojují svařováním. Svařování se však používá i pro nekovy - plasty , keramiku nebo jejich kombinaci.

Při svařování se používají různé zdroje energie: elektrický oblouk , elektrický proud , plynový plamen , laserové záření , elektronový paprsek , tření , ultrazvuk . Rozvoj technologií nyní umožňuje provádět svařování nejen v podmínkách průmyslových podniků, ale v polních a instalačních podmínkách (ve stepi, na poli, na volném moři atd.), pod vodou a dokonce i v prostor. Proces svařování je spojen s nebezpečím požáru ; elektrický šok ; otravy škodlivými plyny; poškození očí a jiných částí těla tepelným, ultrafialovým , infračerveným zářením a postříkáním roztaveným kovem.

Svařování je možné za následujících podmínek:

  1. použití velmi vysokých specifických kompresních tlaků dílů bez zahřívání;
  2. zahřívání a současné stlačení dílů mírným tlakem;
  3. zahřívání kovu ve spoji, dokud se neroztaví, bez použití tlaku ke stlačení.

Historie

První metody svařování vznikly v počátcích civilizace - s počátkem používání a zpracování kovů. V místech výskytu železných rud a rud barevných kovů byla rozšířena výroba kovových výrobků.

Prvním svařovacím procesem bylo kovací svařování . Potřeba oprav, uvolnění pokročilejších produktů vedly k potřebě vyvinout a zlepšit metalurgické a svařovací procesy.

Svařování, využívající elektřinu k ohřevu kovu, začalo objevem elektřiny, elektrického oblouku .

V roce 1802 ruský vědec Vasilij Petrov objevil fenomén elektrického oblouku a zveřejnil informace o experimentech prováděných s obloukem.

V roce 1882 Nikola Tesla vynalezl metodu výroby střídavého proudu [2] .

V letech 1881-1882 vyvinuli vynálezci N. N. Benardos a N. G. Slavyanov , pracující nezávisle na sobě, metodu spojování kovových částí pomocí svařování.

V roce 1905 navrhl ruský vědec V.F.Mitkevich použít ke svařování elektrický oblouk buzený třífázovým proudem.

V roce 1919 vynalezl svařování střídavým proudem Jonathan Holslag [  2 ] [ 3] .

V 19. století zdokonalili svařovací procesy vědci Elihu Thomson , Edmund Davy a další.V SSSR se ve 20. století zabývali technologií svařování E. O. Paton , B. E. Paton , G. A. Nikolaev . Sovětští vědci byli první, kdo studoval metody a vlastnosti svařování v nulové gravitaci a aplikoval svařování ve vesmíru. První sváření na světě v hlubokém vakuu ve vesmíru provedli 16. října 1969 na kosmické lodi Sojuz-6 kosmonauti Georgij Stěpanovič Shonin a Valerij Nikolajevič Kubasov .

Od konce 60. let 20. století se v průmyslu začaly používat svařovací roboty . Počátkem 21. století se velmi rozšířila robotizace svařovacích operací [4] [5] .

V Rusku problematiku svařování a školení svářečských specialistů provádějí vzdělávací instituce: MSTU im. N. E. Bauman (Katedra technologie svařování a diagnostiky), MGIU (Katedra zařízení a technologie svařovací výroby), DSTU (RISHM) (Katedra strojů a automatizace svařovací výroby), UPI , CHIMESH , LGAU a další. Vychází odborná literatura a časopisy o svařování [6] .

Klasifikace svařování kovů

V současné době existuje více než 150 typů a metod svařovacích procesů. Existují různé klasifikace těchto procesů [8] .

GOST 19521-74 tedy stanoví klasifikaci svařování kovů podle hlavních skupin vlastností: fyzikální, technické a technologické.

Hlavním fyzikálním znakem svařování je forma a druh energie použité k získání svarového spoje. Forma energie určuje třídu svařování a její typ určuje typ svařování. Existují tři třídy svařování [~ 1] :

Technické vlastnosti zahrnují: způsob ochrany kovu ve svařovací zóně, kontinuitu procesu, stupeň jeho mechanizace.

Klasifikace podle technologických charakteristik je stanovena pro každý typ svařování zvlášť (podle typu elektrody , typu svařovacího proudu atd.).

Tepelná třída

Svařovací oblouk

Elektrický oblouk používaný ke svařování kovů se nazývá svařovací oblouk.

K napájení svařovacího oblouku lze použít střídavý , stejnosměrný a pulzující typ elektrického proudu. Při svařování na střídavý proud je v důsledku změny směru jeho toku každá z elektrod střídavě anodou a katodou. Při svařování stejnosměrným a pulsujícím proudem se rozlišuje přímá a obrácená polarita. S přímou polaritou jsou svařované díly připojeny ke kladnému pólu zdroje energie ( anoda ) a elektroda k zápornému pólu ( katoda ); s obrácenou polaritou - naopak - elektroda je připojena ke kladnému pólu a části k zápornému. Použití jednoho nebo druhého typu proudu určuje vlastnosti svařovacího procesu. Takže oblouk střídavého proudu zhasne pokaždé, když proud prochází nulou. Použití té či oné polarity mění tepelnou bilanci oblouku (při přímé polaritě vzniká více tepla na výrobku, při opačné polaritě - na elektrodě, viz níže). Při použití pulzujícího proudu změnou jeho parametrů (frekvence a trvání pulzů) je možné řídit přenos roztaveného kovu z elektrody do produktu až po jednotlivé kapky.

Mezera mezi elektrodami se nazývá oblouková mezera.

Za normálních podmínek nemají plyny elektrickou vodivost. Průchod elektrického proudu plynem je možný pouze tehdy, jsou-li v něm nabité částice - elektrony a ionty . Proces tvorby nabitých částic se nazývá ionizace a samotný plyn se nazývá ionizovaný. Hořící oblouk mezi elektrodou a předmětem svařování je přímý oblouk. Takový oblouk se obvykle nazývá volný oblouk (na rozdíl od stlačeného oblouku , jehož průřez je nuceně redukován v důsledku trysky hořáku, proudění plynu a elektromagnetického pole). K buzení oblouku dochází následovně. V případě zkratu se elektroda a obrobek v místech dotyku zahřejí na povrchu. Při otevření elektrod od zahřátého povrchu katody dochází k emisi elektronů - emise elektronů. Nechybí ani bezkontaktní zapálení oblouku pomocí oscilátoru-stabilizátoru svařovacího oblouku (OSSD). Svařovací oscilátor je generátor jisker, který poskytuje vysokonapěťový proud ( 3000 - 6000 V ) a frekvenci ( 150 - 250 kHz ). Svařovací oscilátor, prorážející vzdálenost mezi elektrodou a obrobkem, ionizuje plyn, ve kterém se zapálí pracovní oblouk. Takový proud nepředstavuje pro svářeče velké nebezpečí.

Po délce obloukové mezery je oblouk rozdělen do tří oblastí: katoda, anoda a sloupec oblouku. Oblast katody zahrnuje zahřátý povrch katody (katodovou skvrnu). Teplota katodové skvrny na ocelových elektrodách je 2400–2700 °C. Anodová oblast sestává z anodového bodu. Má přibližně stejnou teplotu jako katodová skvrna, ale v důsledku ostřelování elektrony se na ní uvolňuje více tepla než na katodě. Sloupec oblouku zabírá největší část obloukové mezery mezi katodou a anodou. Hlavním procesem vzniku nabitých částic je zde ionizace plynu. K tomuto procesu dochází v důsledku srážky nabitých a neutrálních částic. Obecně platí, že sloupec oblouku nemá žádný náboj. Je neutrální, protože v každé jeho sekci je současně stejné množství opačně nabitých částic. Teplota sloupce oblouku dosahuje 6000 - 8000 °C a více.

Zvláštním typem svařovacího oblouku je stlačený oblouk, jehož sloupec je stlačován pomocí úzké trysky hořáku nebo proudem ofukovacího plynu (argon, dusík apod.) Plazma je ionizovaný plyn sloupce oblouku, skládající se z kladně a záporně nabité částice. Plazma je generováno v kanálu trysky hořáku, stlačováno a stabilizováno jeho vodou chlazenými stěnami a studeným proudem plazmotvorného plynu. Stlačení a ochlazení vnějšího povrchu obloukového sloupce způsobuje jeho koncentraci, což vede k prudkému nárůstu počtu srážek mezi částicemi plazmatu, zvýšení stupně ionizace a prudkému zvýšení teploty obloukového sloupce (  10 000 –30 000 K ) a kinetická energie plazmového paprsku. Díky tomu je plazma zdrojem tepla s vysokou koncentrací energie. To umožňuje jeho úspěšné použití pro svařování, stříkání a tepelné řezání široké škály materiálů.

Svařování elektrickým obloukem

Zdrojem tepla je elektrický oblouk , který vzniká mezi koncem elektrody a svařovaným kusem při protékání svařovacího proudu v důsledku uzavření vnějšího obvodu elektrického svářecího stroje . Odpor elektrického oblouku je větší než odpor svařovací elektrody a drátů, takže většina tepelné energie elektrického proudu se uvolňuje právě do plazmatu elektrického oblouku. Tento neustálý příliv tepelné energie udržuje plazmu (elektrický oblouk) před rozpadem.

Uvolněné teplo (včetně tepelného záření z plazmatu) ohřívá konec elektrody a taví svařované povrchy, což vede k vytvoření svarové lázně - objemu tekutého kovu. V procesu ochlazování a krystalizace svarové lázně vzniká svarový spoj. Hlavní typy svařování elektrickým obloukem jsou:

Ruční obloukové svařování

Ruční obloukové svařování tavnou obalenou elektrodou se provádí pomocí svařovacího zdroje a svařovacích elektrod . Elektroda je přiváděna do svařovací zóny a posouvána po spoji samotným svářečem . Lze použít jak zdroje AC (transformátor), tak DC (usměrňovač). Svařovací elektroda je kovová tyč s naneseným povlakem.

Při svařování hoří mezi obrobkem a elektrodou elektrický oblouk , který je taví. Roztavený kov elektrody a produkt tvoří svarovou lázeň, která při následné krystalizaci vytváří svarový šev .

Látky tvořící povlak buď vyhoří - vytvoří plynový štít svařovací zóny od okolního vzduchu, nebo se roztaví a dostanou se do svarové lázně. Některé roztavené povlakové látky interagují s kovem svarové lázně deoxidací a/nebo legováním , jiné tvoří strusku, která chrání svarovou lázeň před vzduchem, pomáhá odstraňovat nekovové vměstky ze svarového kovu, tvorbu svaru atd.

Ruční obloukové svařování je označeno kódem 111 podle normy GOST R ISO 4063-2010, v ruskojazyčné literatuře se používá označení RD , v angličtině - SMAW (z angl .  shielded metal arc welding ) nebo MMA (z angl  . manual metal arc svařování ) [~ 2] .

TIG svařování

TIG svařování je v anglické literatuře známé jako svařování plynovým wolframovým obloukem ( GTA svařování, TGAW ) nebo svařování wolframovým inertním plynem ( TIG svařování, TIGW ), v německé literatuře jako wolfram-inertgasschweißen ( WIG ).

Použitá elektroda je tyč vyrobená z grafitu nebo wolframu , jejichž bod tání je vyšší než teplota, na kterou se zahřívají při svařování. Svařování se nejčastěji provádí v prostředí ochranného plynu ( argon , helium , dusík a jejich směsi) pro ochranu svaru a elektrody před vlivem atmosféry a také pro stabilní hoření oblouku. Svařování lze provádět bez přídavného materiálu i s přídavným materiálem. Jako výplňový materiál se používají kovové tyče, drát, pásy [9] .

Svařování v ochranných plynech

Obloukové svařování v ochranné atmosféře je svařování pomocí elektrického oblouku k roztavení kovu a ochraně roztaveného kovu a elektrody speciálními plyny [~ 3] .

Aplikace svařování v ochranných plynech

Široce se používá pro výrobu výrobků z oceli, neželezných kovů a jejich slitin [~ 3] .

Výhody svařování v ochranné atmosféře ve srovnání s jinými typy svařování [~ 3]
  1. vysoký výkon,
  2. snadno automatizované a mechanizované,
  3. není potřeba potahování elektrod nebo tavidla.
Technika Pro automatické svařování v ochranných plynech

Jako elektroda se používá kovový drát určité značky, ke kterému je proud přiváděn proudem vedoucím náustkem. Elektrický oblouk taví drát a drát je automaticky podáván podavačem drátu, aby byla zajištěna konstantní délka oblouku.

K ochraně před atmosférou se používají speciální plyny, které jsou dodávány ze svařovacího hořáku spolu s elektrodovým drátem. Speciální plyny se dělí na inertní ( argon , helium ) a aktivní ( oxid uhličitý , dusík , vodík ). Použití směsi plynů v některých případech zvyšuje produktivitu a kvalitu svařování [~ 3] . Pokud není možné provádět poloautomatické svařování v prostředí ochranného plynu, používá se také samostíněný drát (jádrový). Je třeba poznamenat, že oxid uhličitý je aktivní plyn - při vysokých teplotách se disociuje s uvolňováním kyslíku. Uvolněný kyslík oxiduje kov. V tomto ohledu je nutné zavést do svařovacího drátu deoxidanty (jako je mangan a křemík ). Dalším důsledkem vlivu kyslíku, spojeného také s oxidací, je prudký pokles povrchového napětí, který vede mimo jiné k intenzivnějšímu rozstřiku kovu než při svařování v argonu nebo heliu.

Mezinárodní označení.

V anglicky psané zahraniční literatuře je označováno jako svařování plynem s kovovým obloukem ( GMA welding, GMAW ), v německojazyčné literatuře - metallschutzgasschweißen ( MSG ). Oddělené svařování v atmosféře inertního plynu ( metal inert gas, MIG ) a v atmosféře aktivního plynu ( metal active gas, MAG ) [~ 2] .

Svařování pod tavidlem

V anglicky psané zahraniční literatuře se označuje jako SAW. Při tomto typu svařování je konec elektrody (ve formě kovového drátu nebo tyče) přiveden pod vrstvu tavidla . Oblouk hoří v plynové bublině umístěné mezi kovem a vrstvou tavidla, což zlepšuje ochranu kovu před škodlivými vlivy atmosféry a zvyšuje hloubku průniku kovu.

Elektrostruskové svařování

Zdrojem tepla je tavidlo , umístěné mezi svařovanými výrobky, ohřívané jím procházejícím elektrickým proudem. V tomto případě teplo uvolněné tavidlem roztaví okraje svařovaných dílů a přídavný drát. Metoda nachází uplatnění při svařování svislých svarů silnostěnných výrobků.

Hyperbarické svařování

Hyperbarické svařování  je proces svařování za zvýšeného tlaku , obvykle prováděný pod vodou. Hyperbarické svařování může probíhat ve vodě nebo nasucho , tedy ve speciálně vybudované komoře v suchém prostředí. Použití hyperbarického svařování je rozmanité – používá se pro opravy lodí , ropných plošin na moři a potrubí . Ocel je nejběžnějším materiálem pro hyperbarické svařování.

Orbitální svařování

Orbitální svařování je druh třecího svařování nebo automatického obloukového svařování (v závislosti na tom, zda se trubka otáčí nebo ne). Název pochází z aplikace orbitálního svařování - pro svařování trubkových spojů, přírub atd. Používá se pro svařování ocelových trubek z vysoce legovaných ocelí nebo hliníkových slitin velkého průměru se silnou stěnou.

Při koaxiálním otáčení svařovaných trubek dochází ke tření ve spojích, když jsou osy otáčení vzájemně rovnoběžně posunuty. Při tomto typu svařování se využívá tření k ohřevu spoje. Kombinované působení kovacího tlaku a ohřevu vede ke svaření spojů.

Pokud se trubky neotáčí, pak orbitální svařování používá svařovací hlavy, které se pohybují podél spoje a provádějí obloukové svařování s přídavným drátem nebo bez něj.

Svařování plamenem

Zdrojem tepla je plynový plamen vznikající při spalování směsi kyslíku a hořlavého plynu. Jako topný plyn lze použít acetylen , MAF , propan , butan , modrý plyn , vodík , petrolej , benzín , benzen a jejich směsi . Teplo uvolněné při spalování směsi kyslíku a hořlavého plynu roztaví svařované povrchy a přídavný materiál za vzniku svarové lázně. Plamen může být oxidační , "neutrální" nebo redukční (nauhličující), toto je řízeno poměrem kyslíku k hořlavým plynům.

  • Jako náhrada acetylenu se používá nový typ paliva - zkapalněný plyn MAF ( methylacetylen-allenová frakce ). MAF poskytuje vysokou rychlost svařování a vysokou kvalitu svaru, ale vyžaduje použití přídavného drátu s vysokým obsahem manganu a křemíku (SV08GS, SV08G2S). MAF je mnohem bezpečnější než acetylen, 2-3krát levnější a snadněji se přepravuje. Díky vysoké teplotě spalování plynu v kyslíku (2430 °C) a vysokému vývinu tepla (20 800 kcal/m 3 ) je řezání plynem s MAF mnohem efektivnější než řezání jinými plyny, včetně acetylenu.
  • Velkou zajímavostí je použití kyanidu pro svařování plynem , vzhledem k jeho velmi vysoké teplotě spalování (4500 °C). Překážkou pro rozšířené použití kyanidu pro svařování a řezání je jeho zvýšená toxicita. Na druhou stranu je účinnost kyanogenu velmi vysoká a srovnatelná s elektrickým obloukem, a proto kyanogen představuje významnou perspektivu dalšího pokroku ve vývoji plamenového zpracování. Plamen kyanogenu s kyslíkem, proudící ze svařovacího hořáku, má ostrý obrys, je velmi inertní ke zpracovávanému kovu, je krátký a má purpurově fialový odstín. Zpracovávaný kov (ocel) doslova „teče“ a při použití kyanidu jsou přijatelné velmi vysoké rychlosti svařování a řezání kovů.
  • Významného pokroku ve vývoji zpracování plamenem pomocí kapalných paliv lze dosáhnout použitím acetylendinitrilu a jeho směsí s uhlovodíky díky nejvyšší teplotě spalování (5000 °C). Acetylendinitril je náchylný k explozivnímu rozkladu při silném zahřívání, ale ve směsích s uhlovodíky je mnohem stabilnější. V současné době je výroba acetyledinitrilu velmi omezená a jeho cena je vysoká, ale s rozvojem výroby může acetyleditril výrazně rozvinout oblasti použití plamene ve všech oblastech svého použití.

Termitové svařování

Ve většině případů patří termitové svařování do tepelné třídy. Přesto existují technologické postupy, které patří do termomechanické třídy - například termitové svařování. Termitové svařování je svařování dílů roztaveným kovem vzniklým při chemické reakci doprovázené vysokou teplotou (velké množství tepla). Hlavní složkou tohoto typu svařování je termitová směs .

Plazmové svařování

Zdrojem tepla je plazmový paprsek, tedy stlačený oblouk získaný pomocí plazmového hořáku . Plazmový hořák může být přímý (oblouk hoří mezi elektrodou a základním kovem) a nepřímý (oblouk hoří mezi elektrodou a tryskou plazmového hořáku). Plazmový paprsek je stlačován a urychlován působením elektromagnetických sil, přičemž na svařovaný svařovaný kus působí jak tepelně, tak plynodynamicky. Kromě samotného svařování je tato metoda často využívána pro technologické operace svařování , stříkání a řezání .

Proces plazmového řezání je založen na použití vzduchovo-plazmového oblouku stejnosměrného proudu stejnosměrné polarity (elektroda - katoda, řezaný kov - anoda). Podstata procesu spočívá v lokálním tavení a vyfukování roztaveného kovu s vytvořením řezné dutiny při pohybu frézy vůči řezanému kovu.

Svařování elektronovým paprskem

Zdrojem tepla je elektronový paprsek , získaný termionickou emisí z katody elektronového děla . Svařování se provádí za vysokého vakua (10 −3  - 10 −4 Pa) ve vakuových komorách. Známá je také technologie svařování elektronovým paprskem v atmosféře normálního tlaku, kdy elektronový paprsek opouští vakuovou oblast bezprostředně před svařovanými díly.

Svařování elektronovým paprskem má významné výhody:

  • Vysoká koncentrace vneseného tepla do výrobku, které se uvolňuje nejen na povrchu výrobku, ale i v určité hloubce v objemu základního kovu. Fokusací elektronového paprsku je možné získat topný bod o průměru 0,0002 ... 5 mm, což umožňuje svařovat kovy o tloušťce od desetin milimetru do 200 mm jedním průchodem. V důsledku toho je možné získat švy, ve kterých je poměr hloubky k šířce průniku až 20:1 nebo více. Je možné svařovat žáruvzdorné kovy ( wolfram , tantal atd.), keramiku atd. Zkrácení délky tepelně ovlivněné zóny snižuje pravděpodobnost rekrystalizace základního kovu v této zóně.
  • Malé množství vneseného tepla. K dosažení stejné hloubky průniku při svařování elektronovým paprskem je zpravidla zapotřebí zavádět teplo 4–5krát menší než při obloukovém svařování. V důsledku toho se výrazně sníží deformace výrobku.
  • Nedostatek nasycení roztaveného a zahřátého kovu plyny. Naopak v řadě případů je pozorováno odplynění svarového kovu a zvýšení jeho plastických vlastností. Výsledkem je dosažení vysoce kvalitních svarových spojů na reaktivních kovech a slitinách, jako je niob , zirkon , titan , molybden atd. Dobré kvality svařování elektronovým paprskem je dosaženo také u nízkouhlíkových, korozi odolných ocelí, mědi a mědi , nikl, slitiny hliníku .

Nevýhody svařování elektronovým paprskem:

  • Možnost tvorby nesvarů a dutin v kořeni svaru na kovech s vysokou tepelnou vodivostí a svarech s velkým poměrem hloubek k šířkám;
  • Vytvoření vakua v pracovní komoře po naložení produktů trvá dlouho.

Laserové svařování

Zdrojem tepla je laserový paprsek. Používají se všechny typy laserových systémů . Vysoká koncentrace energie, vysoká rychlost laserového svařování ve srovnání s obloukovým svařováním a nevýznamný tepelný účinek na tepelně ovlivněnou zónu v důsledku vysokých rychlostí ohřevu a ochlazování kovu výrazně zvyšují odolnost většiny konstrukčních materiálů proti tvorbě horkých a studených trhlin. Tím je zajištěna vysoká kvalita svarových spojů z materiálů, které se jinými metodami svařování špatně svařují.

Laserové svařování se provádí ve vzduchu nebo v ochranných plynech: argon, CO 2 . Vakuum, jako při svařování elektronovým paprskem, není potřeba, takže velké konstrukce lze svařovat laserovým paprskem. Laserový paprsek se snadno ovládá a nastavuje, pomocí zrcadlových optických systémů je snadno transportován a směrován do míst, která jsou jinak těžko dostupná. Na rozdíl od elektronového paprsku a elektrického oblouku není ovlivňován magnetickými poli, což zajišťuje stabilní tvorbu švu. Vzhledem k vysoké koncentraci energie (v bodě o průměru 0,1 mm nebo méně) při laserovém svařování je objem svarové lázně malý, šířka tepelně ovlivněné zóny je malá a rychlost ohřevu a chlazení jsou vysoké. To zajišťuje vysokou technologickou pevnost svarových spojů, malé deformace svařovaných konstrukcí [10] .

Bleskové svařování plastů na tupo

Zdrojem tepla je ploché topné těleso potažené PTFE . Svařování je rozděleno do 5 fází: ohřev pod tlakem, ohřev hmoty, vytažení topného tělesa, svařování, tuhnutí.

Svařování s vestavěnými ohřívači

Používá se ke svařování polyetylenových trubek. Zdrojem tepla jsou odporové prvky připájené ve svařované objímce. Při svařování se zabudovanými elektrickými ohřívači se polyetylenové trubky propojují pomocí speciálních plastových tvarovek, které mají na vnitřní ploše zabudovanou elektrickou spirálu z kovového drátu. K výrobě svarového spoje dochází v důsledku natavení polyetylenu na površích trubek a dílů (spojky, kolena, sedlové T-kusy) vlivem tepla generovaného tokem elektrického proudu spirálovým drátem a následného přirozeného chlazení kloubu.

Slévárenské svařování

Termomechanická třída

Kovářské svařování

První typ svařování v historii. Spojení materiálů se provádí z důvodu výskytu meziatomových vazeb při plastické deformaci nástrojem ( kladivem ). V současnosti se v průmyslu prakticky nepoužívá.

Kontaktní svařování

Při svařování nastávají dva po sobě jdoucí procesy: ohřev svařovaných výrobků do plastického stavu a jejich plastická deformace spoje. Hlavní druhy kontaktního svařování jsou: kontaktní bodové svařování , svařování na tupo, reliéfní svařování, švové svařování.

Bodové svařování

Při bodovém svařování se díly upínají do elektrod svářečky nebo speciálních svařovacích kleští. Poté mezi elektrodami začne protékat velký proud, který ohřívá kov dílů v místě jejich kontaktu na teploty tání. Poté se proud vypne a „kování“ se provede zvýšením kompresní síly elektrod. Kov při stlačení elektrod krystalizuje a vytvoří se svarový spoj.

Svařování na tupo

Polotovary jsou svařeny po celé rovině jejich styku. V závislosti na jakosti kovu, ploše průřezu obrobků a požadavcích na kvalitu spoje lze svařování na tupo provádět jedním ze způsobů.

Odporové svařování na tupo

Polotovary nainstalované a upevněné v tupém stroji jsou k sobě přitlačovány silou určité velikosti, načež jimi prochází elektrický proud. Když se kov ve svařovací zóně zahřeje do plastického stavu, dochází k precipitaci. Proud je vypnutý až do konce srážek. Tento způsob svařování vyžaduje opracování a pečlivé čištění povrchů konců obrobků.

Nerovnoměrný ohřev a oxidace kovu na koncích obrobků snižují kvalitu odporového svařování, což omezuje jeho rozsah. Se zvětšováním průřezu obrobků se kvalita svařování zvláště znatelně snižuje, a to především v důsledku tvorby oxidů ve spoji.

Bleskové svařování na tupo

Skládá se ze dvou fází: tání a srážení. Obrobky se umístí do upínačů stroje, poté se zapne proud a pomalu se spojí. V tomto případě se konce obrobků dotýkají v jednom nebo více bodech. V místech kontaktu se tvoří propojky, které se okamžitě vypařují a explodují. Výbuchy jsou doprovázeny charakteristickým vymrštěním malých kapek roztaveného kovu ze spoje. Vzniklé kovové páry hrají roli ochranné atmosféry a snižují oxidaci roztaveného kovu. Při dalším sbližování polotovarů dochází k tvorbě a explozi propojek v jiných částech konců. V důsledku toho se obrobky zahřejí do hloubky a na koncích se objeví tenká vrstva roztaveného kovu, což usnadňuje odstranění oxidů ze spoje. V procesu přetavení jsou obrobky zkráceny o danou přídavek. Přetavení musí být stabilní (nepřetržitý tok proudu při absenci zkratu obrobků), zejména před pěchováním.

Během pěchování se prudce zvyšuje rychlost konvergence obrobků, přičemž dochází k plastické deformaci pro daný přídavek. Přechod od tání k pěchování by měl být okamžitý, bez sebemenšího přerušení. Srážky začínají, když je proud zapnutý, a končí, když je proud vypnutý.

Svařování na tupo kontinuálním lemováním zajišťuje rovnoměrný ohřev obrobků po průřezu, konce obrobků nevyžadují pečlivou přípravu před svařováním, lze svařovat obrobky s průřezem složitého tvaru a velkou plochou, stejně jako různých kovů a umožňuje získat stabilní kvalitu spojů. Jeho podstatnou výhodou je také možnost poměrně snadné automatizace procesu.

Svařování na tupo se používá pro spojování obrobků s průřezem do 0,1 m 2 . Typickými výrobky jsou prvky trubkových konstrukcí, kola, kolejnice, železobetonová výztuž, plechy, trubky.

Projekční svařování

Na dílech pro svařování jsou předběžně vytvořeny reliéfy - lokální vyvýšení na povrchu o velikosti několika milimetrů. Při svařování dochází ke kontaktu dílů podél reliéfů, které jsou roztaveny jimi procházejícím svařovacím proudem. V tomto případě dochází k plastické deformaci reliéfů, vytlačování oxidů a nečistot. Poté, co přestane protékat svařovací proud, roztavený kov krystalizuje a vzniká spoj. Výhodou tohoto typu svařování je možnost získat několik vysoce kvalitních svarových spojů v jednom cyklu.

Difuzní svařování

Zdrojem proudu pro difúzní svařování může být většina energetických zdrojů používaných při svařování kovů [~ 4] . Svařování se provádí díky difúzi  - vzájemnému pronikání atomů svařovaných výrobků za zvýšené teploty. Svařování se provádí ve vakuové jednotce zahřátí spojů na 800 °C. Místo vakua lze použít prostředí ochranného plynu . Metodu difuzního svařování lze použít k vytváření spojů z odlišných kovů , které se liší svými fyzikálními a chemickými vlastnostmi, k výrobě výrobků z vícevrstvých kompozitních materiálů .

Metodu vyvinul v 50. letech N. F. Kazakov.

Svařování vysokofrekvenčními proudy

Zdrojem tepla je vysokofrekvenční proud procházející mezi svařovanými výrobky. Následnou plastickou deformací a ochlazením vzniká svarový spoj [11] .

Třecí svařování

Existuje několik schémat třecího svařování , koaxiální se objevilo jako první. Podstata procesu je následující: na speciálním zařízení (třecí svařovací stroj) je jedna z částí, která se má svařovat, instalována v otočném sklíčidle , druhá je namontována v pevném třmenu , který má schopnost pohybovat se podél osy . Díl nainstalovaný ve sklíčidle se začne otáčet a díl nainstalovaný v třmenu se přiblíží k prvnímu a vyvíjí na něj dostatečně velký tlak. V důsledku tření jednoho konce o druhý se povrchy opotřebovávají a vrstvy kovu různých částí se k sobě přibližují na vzdálenosti úměrné velikosti atomů. Začnou působit atomové vazby (vznikají a zanikají obecné atomové mraky), v důsledku toho vzniká tepelná energie, která ohřívá konce polotovarů v lokální zóně na kovací teplotu. Po dosažení požadovaných parametrů se kazeta náhle zastaví a třmen pokračuje v tlaku ještě nějakou dobu, v důsledku toho se vytvoří integrální spojení. Svařování probíhá v pevné fázi podobně jako kování.

Metoda je poměrně ekonomická. Automatizovaná zařízení pro třecí svařování spotřebují 9krát méně elektřiny než zařízení pro odporové svařování. Díly jsou spojeny během několika sekund, prakticky bez emisí plynů. S dalšími výhodami je dosaženo vysoké kvality svařování, protože se nevyskytuje poréznost, vměstky a skořepiny. Při stálosti režimů poskytovaných automatizací zařízení je zajištěna stálost kvality svarového spoje, což zase umožňuje vyloučit drahou 100% kontrolu při zajištění kvality. Mezi nevýhody patří:

  • složitost požadovaného vybavení;
  • úzký rozsah použití metody (otočná tělesa jsou svařována na tupo);
  • nemožnost aplikace v nevýrobních podmínkách;
  • průměry svařovaných dílů od 4 do 250 mm.

Metoda umožňuje svařování různých materiálů: měď a hliník , měď a ocel , hliník a ocel , včetně těch, které nelze svařovat jinými metodami.

Nápad svařovat díly třením vyslovil soustružník - vynálezce A. I. Chudikov [12] . V 50. letech dokázal pomocí jednoduchého soustruhu pevně spojit dvě tyče z měkké oceli.

K dnešnímu dni existuje několik schémat třecího svařování: jako je axiální, míchací (umožňující svařování stacionárních částí), inerciální atd.

Mechanická třída

Výbušné svařování

Svařování se provádí přiblížením atomů svařovaných výrobků na vzdálenost působení meziatomových sil v důsledku energie uvolněné při výbuchu . Pomocí této metody svařování se často získávají bimetaly .

Ultrazvukové svařování kovů

Svařování se provádí přiblížením atomů svařovaných kovových výrobků na vzdálenost působení meziatomových sil v důsledku energie ultrazvukových vibrací vnášených do materiálů. Ultrazvukové svařování se vyznačuje řadou pozitivních vlastností, které i přes vysoké náklady na zařízení předurčují jeho použití při výrobě mikroobvodů (svařování vodičů s kontaktními podložkami), přesných výrobků, svařování různých druhů kovů a kovů bez -kovy.

Svařování za studena

Svařování za studena je spojování homogenních nebo nehomogenních kovů při teplotě pod minimální teplotou rekrystalizace ; ke svařování dochází v důsledku plastické deformace svařovaných kovů v oblasti spoje pod vlivem mechanické síly. Pro provádění svařování za studena je nutné ze svařovaných ploch odstranit oxidy a nečistoty a přiblížit spojované plochy na vzdálenost parametru krystalové mřížky; v praxi vytvářejí výrazné plastické deformace. Studené svařování může vytvářet tupé, přeplátované a T-kusové spoje. Před svařováním se svařované plochy očistí od nečistot odmaštěním, zpracováním rotačním drátěným kartáčem a oškrábáním. Při svařování natupo se dráty pouze odstřihnou na koncích [13] [14] .
Pevnost spoje výrazně závisí na tlakové síle a stupni deformace svařovaných dílů.

Svařováním za studena lze spojit například hliník , měď , olovo , zinek , nikl , stříbro , kadmium , železo . Výhoda studeného svařování oproti jiným metodám svařování je zvláště velká při spojování nepodobných kovů, které jsou citlivé na teplo nebo při zahřívání tvoří intermetalické sloučeniny [15] .

Jiné druhy svařování

Svařování krevních cév

Svařování cév je svařování cév zvýšením teploty tkání na 60-70 °C [16] .

Nástroje a přípravky pro svařování

  • Boční řezačky (kleště, jehlové kleště)
  • Vidlička
  • Nádrž na svářecí tavidlo ( nádrž na tavidlo)
  • štětec (štětec)
  • Šrot
  • Magnetický čtverec (magnetický roh, magnetický roh)
  • Kovový kartáč (štětec na šňůru, kartáč na kartáč)
  • Soubor
  • kleště
  • Elektrodová sušící pec (elektrodová vypalovací pec, elektrodová sušící pec)
  • Kleště
  • Ofukovací pistole (foukací pistole, foukací pistole, foukací pistole)
  • Přímá bruska
  • Svařovací závěs (ochranný svářečský závěs, ochranný závěs, ochranný svářečský závěs, ochranný závěs, svařovací závěs)
  • svařovací svorka
  • Svařovací kladivo (svářečské kladivo, struskové kladivo)
  • svařovací svorka
  • svařovací stůl
  • Svářečská clona (ochranná svářečská clona, ​​ochranná clona)
  • Svěrák na židle
  • Tepelné pouzdro na elektrody
  • Svěrák
  • Trubice na elektrody (nádoba na elektrody, pouzdro na elektrody, pouzdro na elektrody)
  • Úhlová bruska (úhlová bruska, bruska)
  • Svařovací stříkačka s tavidlem ( Flux stříkačka)
  • Štětec - zametat

Bezpečnostní opatření

Práce na elektrickém svařování jsou povoleny osobám, které dosáhly věku 18 let, které prošly speciálním školením, mají osvědčení pro právo svářet a druhou kvalifikační skupinu pro elektrickou bezpečnost [17] .

Mezinárodní označení metod svařování

V mezinárodní praxi se přijímají zkrácená označení pro metody svařování, jak je uvedeno v mezinárodní normě ISO 4063:2009 nebo jejím ruském protějšku GOST R ISO 4063-2010 [~ 2] . Některá z těchto označení jsou uvedena níže:

Číselné označení Název metody svařování Zkratka používaná v USA
111 Svařovací ruční elektroda pro obloukové svařování (tavná elektroda pro obloukové svařování) SMAW
114 Svařování elektrickým obloukem v ochranné atmosféře FCAW-S
12 Svařování pod tavidlem VIDĚL
135 Svařování tavnou elektrodou v ochranné atmosféře GMAW
136 Obloukové svařování tavidlem v aktivním plynu FCAW-G
141 Obloukové svařování netavitelnou wolframovou elektrodou v ochranném plynu GTAW

Svařování v umění

Svařování je často viděno jako předmět socialistického realismu .

Elektrická svářečka. Busta v Muzeu socialistického umění v Sofii Svařování v prostoru na poštovní známce. 2006

Organizace

Svařovací procesy jsou standardizovány American Welding Society a European Welding Federation .

Vzdělávací organizace specializující se na svařování: Welding Institute (Anglie), Edison Welding Institute (USA), Paton Electric Welding Institute (Ukrajina), International Welding Institute (Francie).

Viz také

Poznámky

Poznámky pod čarou
  1. ↑ Klasifikace , Příloha (odkaz).
  2. ↑ 1 2 3 Symboly , Symboly procesů.
  3. ↑ 1 2 3 4 Svařování , § 111 Všeobecné informace o svařování v ochranných plynech. 348.
  4. ↑ Klasifikace , Poznámky 1.
Prameny
  1. ↑ 1 2 GOST 2601-84 // Svařování kovů. Pojmy a definice základních pojmů. - M .: IPK Standards Publishing House, 1984.
  2. ↑ 1 2 Svařovací roboti: Technologie, systémové problémy a aplikace Archivováno 16. srpna 2021 na Wayback Machine .
  3. ↑ Howard B. Cary; Scott C. Helzer Moderní technologie svařování. Upper Saddle River, New Jersey: Pearson Education. (2005). ISBN 0-13-113029-3 .
  4. ↑ Romanov R. R.  Počítačová simulace pohybu robota pro odporové bodové svařování  // Postulát. - 2018. - č. 6 . Archivováno z originálu 2. ledna 2019.  - Umění. 119 (9 stran).
  5. ↑ Gladkov E. A., Brodyagin V. N., Perkovsky R. A. . Automatizace svařovacích procesů. - M . : Vydavatelství MSTU im. N. E. Bauman , 2014. - 424 s. - ISBN 978-5-7038-3861-7 .  - S. 6-7.
  6. ↑ Svařovací deníky . Datum přístupu: 5. ledna 2015. Archivováno z originálu 5. ledna 2015.
  7. ↑ Fyzikální základy svařování // Příručka: Svařování ve strojírenství . Získáno 27. července 2016. Archivováno z originálu dne 26. července 2016.
  8. ↑ Klasifikace svařování kovů. Schéma . Stránky www.gost-svarka.ru . Získáno 3. listopadu 2010. Archivováno z originálu 21. září 2011.
  9. ↑ Archivovaná kopie (odkaz není dostupný) . Získáno 8. února 2007. Archivováno z originálu 27. září 2007. 
  10. ↑ Laserové svařování . Získáno 1. dubna 2012. Archivováno z originálu 26. března 2012.
  11. ↑ Vysokofrekvenční svařování . Získáno 5. ledna 2015. Archivováno z originálu dne 4. dubna 2015.
  12. ↑ Třecí svařování . Získáno 20. prosince 2013. Archivováno z originálu dne 21. prosince 2013.
  13. ↑ Svařování kovů za studena . Získáno 7. prosince 2013. Archivováno z originálu 11. prosince 2013.
  14. ↑ Skoybeda A. T. aj. Části strojů a základy konstrukce: Učebnice / A. T. Kuzmin, A. V. Kuzmin, N. N. Makeichik; Pod součtem vyd. A. T. Skoybedy. - Minsk: "Nejvyšší škola", 2000. - 584 s. - 3000 výtisků. ISBN 985-06-0081-0
  15. ↑ Svařování za studena (nepřístupný odkaz) . Získáno 7. prosince 2013. Archivováno z originálu 30. května 2013. 
  16. ↑ Svařování a příbuzné technologie v medicíně . Datum přístupu: 28. listopadu 2018. Archivováno z originálu 28. listopadu 2018.
  17. ↑ GOST 12.3.003-86 Systém norem bezpečnosti práce. Elektromontážní práce. Bezpečnostní požadavky

Literatura

Normativní literatura

GOST
  • GOST R ISO 17659-2009 Svařování. Vícejazyčné termíny pro svarové spoje.
  • GOST R ISO 17659-2009 // Svařování. Vícejazyčné termíny pro svarové spoje. - M. : FSUE "Standartinform", 2009.
  • GOST EN 13705-2015 // Svařování termoplastů. Zařízení pro svařování horkým plynem a svařování vytlačováním. — 2015.
  • GOST 19521-74 // Svařování kovů. Klasifikace. - 1.1.1975.
  • GOST EN 1011-6-2017 // Svařování. Doporučení pro svařování kovových materiálů. Část 6. Laserové svařování. - 01.03.2019.
  • GOST 12.4.254-2013 // Systém norem bezpečnosti práce (SSBT). Osobní ochranné prostředky pro oči a obličej při svařování a podobných procesech. Všeobecné specifikace (v platném znění). - 01.06.2014.
  • GOST R ISO 4063-2010 // Svařování a související procesy. Seznam a symboly procesů. - 01.01.2012.
  • GOST 8713-79 Svařování pod tavidlem . Spoje jsou svařované. Základní typy, konstrukční prvky a rozměry.
  • GOST 11533-75 Automatické a poloautomatické svařování pod tavidlem. Spoje jsou svařeny pod ostrými a tupými úhly. Základní typy, konstrukční prvky a rozměry.
  • GOST 5264-80 Ruční obloukové svařování. Spoje jsou svařované. Základní typy, konstrukční prvky a rozměry.
  • GOST 11534-75 Ruční obloukové svařování. Spoje jsou svařeny pod ostrými a tupými úhly. Základní typy, konstrukční prvky a rozměry.
  • GOST 14771-76 Svařování stíněným obloukem. Spoje jsou svařované. Základní typy, konstrukční prvky a rozměry.
  • GOST 23518-79 Svařování ochranným obloukem. Spoje jsou svařeny pod ostrými a tupými úhly. Základní typy, konstrukční prvky a rozměry.
  • GOST 14776-79 Obloukové svařování. Svařované bodové spoje. Základní typy, konstrukční prvky a rozměry.
  • GOST R ISO 2553-2017 Svařování a související procesy. Symboly na výkresech. Svařované spoje.

Technická literatura

  • Cheban V.A. Svářečské práce / Vedoucí redaktor: Oksana Morozova, Technická redaktorka Galina Logvinova. - 5. vyd. - Rostov na Donu: "Phoenix", 2008. - 412 s. — (Základní odborné vzdělání). - 3000 výtisků.  — ISBN 978-5-222-13621-8 .
  • Kolganov L. S. Welding production / Vedoucí redaktor: E. Yusupyants. - Rostov na Donu : "Phoenix", 2002. - 512 s. — (Střední odborné vzdělání). — 10 000 výtisků.  — ISBN 5-222-02623-X .
  • Kornienko A. N. U počátků "electrohephaestus". - M .: Mashinostroenie , 1987.
  • Malysh V. M. , Soroka M. M. Elektrické svařování. - Kyjev : Technika, 1986.
  • Krasovsky P.I. , Mntkevich E.K. Autogenní svařování. — M.: 1926.
  • Lavrov S. I. Autogenní zpracování kovů. — Berlín , 1925.
  • Kontaktní svařovací technika / VV Smirnov. - Referenční příručka. - Petrohrad. : Energoatomizdat , 2000. - 848 s. — ISBN 5-283-04528-5 .
  • Sidorov M.A. Elektrická svářecí světla lákají. - M .: " Znalosti ", 1985.
  • Achenbach F.U. , Lavroff S. Elektrlsches und autogenes Schweissen und Schneiden von Metallen. — Berlín , 1925.
  • Pochekutov E. B. TCM jako poznání života. — Krasnojarsk , 1985
  • Nikolaev G. A. Svařování ve strojírenství: Referenční kniha ve 4 svazcích - M.: Mashinostroenie , 1978 (1-4 svazky).
  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie