Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Приведены методики определения сопротивляемости сварных соединений образованию в них трещин при сварке. Описаны рациональные технологические процессы при изготовлении сварных конструкций, принципы механизации и автоматизации сварочного производства. Изложены вопросы технического нормирования и экономики сварочного производства, проектирования сварочных цехов и охраны труда. В четвертом томе приведены сведения по источникам питания для сварки, наплавки н резки; трансформаторам, генераторам н специальным устройствам для питания и возбуждения дуги, а также по оборудованию для дуговой сварки в защитных газах, сварки под флюсом, электрошлаковой и контактной сварки, для специальных способов сварки и наплавки, газопламенной сварки, газопламенной и дуговой резки. Рассмотрена пайка металлов, технология и оборудование для осуществления этого процесса.
Изложены методы контроля качества сварных соединений и конструкций: радиационные, акустические, магнитные, капиллярные и другие; приведены стандарты, используемые в сварочном производстве. Глава 1 ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ, ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ СВАРКИ ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СВАРКИ Монолитность сварных соединений достигается обеспечением физико-химических, атомно-молекулярных связей между элементарными частицами соединяемых тел.
В технике используют различные виды разъемных и неразъемных соединений твердых тел. Неразъемные соединения могут быть выполнены монолитными (сплошными) и немонолитными. К монолитным следует относить соединения, получаемые сваркой, пайкой или склеиванием, а к немонолитным — клепаные соединения. Сварку, пайку и склеивание используют для соединения металлов и неметаллов между собой и в разнородных сочетаниях. Элементарные связи удерживают каждый атом внутри кристалла симметрично направлен- ~н ными силами, На свободной поверхности тела атом неуравновешен вследствие отсутствия нли а) ослабления связей с внешней стороны (рис.
1, а). Это явление увеличивает потенциальную энергию Е„ поверхностного слоя. При соединении тел требуется извне механическая или тепловая ! ~ц энергия Е, для преодоления энергетического барьера (рис. 1, б). Внешняя механическая энергия деформации будет затрачена на преодоление сил отталкива- ф ниЯ, возникающих междУ повеРхностными ато- Р 1 Э йба ье мами сближаемых тел. Когда расстояния между ними будут близки к межатомным, в решетке кристаллов возникают квантовые процессы взаимодействия электронных оболочек атомов.
После этого общая энергия системы начнет снижаться до уровня, соответствующего энер- " "Д"~~ "" тактирования гии Е атомов в решетке целого кристалла, т. е. будет получено монолитное соединение. Тепловая энергия, сообщенная поверхностным атомам при повышении температуры, увеличивает флуктуационную вероятность развития процессов электронного взаимодействия и облегчает процесс соединения. Трехстадийность процесса сварки связана с тем, что ее (так же как и пайку) можно отнести к классу так называемых топохимических реакций.
Последние на микроучастках отличаются двухстаднйностью процесса образования прочных связей между атомами соединяемых веществ (рис. 2). В макрообъемах процесс сварки завершается третьей стадией — диффузией. На первой стадии А развивается физический контакт, т. е. осуществляется сближение соединяемых веществ на расстояния, требуемые для межатомного взаимодействия, а также происходит подготовка поверхностей к взаимодействию.
На второй стадии Б — стадии химического взаимодействия — заканчивается процесс образования прочного соединения на микроучастке. 10 7(дассификация процессов сварки деи~естдв Знергия Классирикаиия Классификация по ббечеиной внергоо Лреоа а« ание ,6~ по саствянию па дабпению г ти пм / с ]В жидква ] Увз фаге додления 1 Процессы с дабление»« (В тдердвй] Основы, источники энергии и класси4икация процессов сварки Диффузионные процессы развиваются почти одновременно с прорастанием дислокаций при пластической деформации контактирующих поверхностей либо при наличии высокой температуры.
« I — Практическое получение монолитных соединений осложнено двумя факторами.' свариваемые поверхности имеют микро- неровности, поэтому при совмещении поверх- 6 ностей контактирование возможно лишь в отдельных точках; / свариваемые поверхности имеют загрязпения, так как на любой поверхности твердого тела адсорбируются атомы внешней 4 в среды. Для качественного соединения изделий необходимо обеспечить контакт по ббльшей части стыкуемых поверхностей и активацию их.
Активация поверхностей состоит в том, что поверхностным атомам твердого тела сообщается некоторая энергия, необходимая для обрыва связей между атомами тела и атомами внешней среды, насыщающими их свободные связи; для повышения энергии поверхностных атомов до уровня энергетического барьера схватывания„т. е.
для перевода их в активное состояние. Такая энергия активации может в общем случае быть сообщена в виде теплоты (термическая активация), упругопластической деформации (механическая активация), электронного облучения и других видов воздействия. Рис. 3. Схема-модель, поясняющая термодинамическое определение и класси- фикацию процессов сварки: Т, ТМ, ПМ вЂ” термические, термомеханические и прессово-механические процессы Определение процесса сварки целесообразно дать исходя из анализа физико- химических особенностей получения соединений.
В зоне сварки можно установить наличие двух основных физических явлений, связанных с термодинамически необратимым изменением формы энергии и состояния вещества (рис. 3): введения и преобразования энергии; движения (превращения) вещества. Вид, интенсивность вводимой энергии и характер ее преобразования — это главное, что определяет вид процесса сварки, причем введение энергии всегда является необходимым условием сварки, так как без этого невозможна активация соединяемых поверхностей. Введение вещества необходимо только при некоторых видах сварки плавлением и пайки, причем энергия в этих случаях может быть введена также с расплавленным материалом.
Характер движения вещества в зоне сварки сильно меняется от процесса к процессу. Движение значительно при сварке плавлением, особенно при наличии присадочного материала, и при пайке. При сварке давлением с нагревом движение материала в зоне стыка незначительное, и существенна только дйффузия вещества через стык.
Холодная сварка реализуется практически без движения вещества, если не учитывать переползания дислокаций и выхода их на нове хность. сходя из сказанного, можно дать следующее термодинамическое определение процесса сварки [1]. Сварка — это процесс получения монолитного соединения материалов за счет термодинамически необратимого превращения тепловой и механической энергии и вещества в стыке. Склеивание, цементирование и другие соединительные процессы, обеспечивающие монолитность соединения, в отличие от сварки и пайки, как правило, не требуют специальных источников энергии. Они реализуются обычно только за счет введения (преобразования) вещества (клея, цемента и т. д.) Кроме самого общего, термодинамического, возможны и другие определения сварки, Например, в технологическом аспекте, согласно ГОСТ 260! — 74, сварка — это процесс получения неразъемных соединений посредством установлвния межатомных связей между свариваемыми частями при их местном нагреве или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого.
КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ СВАРКИ Согласно схеме термодинамических превращений (см. рис. 3) целесообразно выделить при классификации процессов сварки три основных физических признака: форму вводимой энергии, наличие давления и вид инструмента — носителя энергии. Остальные признаки условно отнесены к техническим и технологическим (табл. 1). Такая классификация использована в ГОСТ 19521 — 74. По виду вводимой в изделие энергии все основные сварочные процессы, включая сварку, пайку и резку, разделены (табл.
2) на термические (Т), термомеханические (ТМ) (или точнее термопрессовые) и механические (М) (точнее — прессово-механические). Признак классификации по наличию давления применим только к сварке и пайке. Форма энергии, применяемой в источнике энергии для сварки (злектрическая, химическая и др.), как классификационный признак в стандарте не использована, так как она характеризует главным образом не процесс, а оборудование для сварки. Т-процессы осуществляются без давления (сварка плавлением), остальные— обычно только с давлением (сварка давлением). Указанные в табл.
1 термины (класс, метод, вид) условные, но, войдя в классификацию, они позволяют в дальнейшем вести четкую систему типизации процессов сварки. Термин «процесс» использован как независимый от классификационных групп. Все известные в настоящее время процессы сварки металлов осуществляются за счет введения только двух видов энергии — термической и механической или при их сочетании. Поэтому в четвертый подкласс особых процессов пока могут быть включены только нейтронная сварка пластмасс и (условно) склеивание, которое происходит без существенного введения энергии извне. В табл. 2 эти процессы не указаны, так же как сварка восстановлением из солей металлов, электролитическая сварка, сварка напылением и другие весьма редко используемые процессы. 14 Основы, источники энергии и классификация процессов сварки „а эффективности сварочных процессов В балансе удобно использовать удельную энергию е, Дж/мз, определяемую в расчете на единицу площади стыка.
Энергия, получаемая сварочной установкой от сети питания (е,„), может быть использована непосредственно на сварку (е„) и на вспомогательные операции (е„„). Примерный анализ затрат энергии на собственно сварочные н вспомогательные операции показан на рис. 5. На выходе ТЭ энергия передается источником инструменту, вводящему ее затем в зону сварки. С учетом потерь П, в ТЭ энергия е„ составит Зса Евых Евх Пт ° те Учитывая потери П, при передаче энергии к изделию и потери П П на плопроводность в изделие и на унос, можно найти з„— энергию, введенную в з изделие, и е„— энергию, преобразованную Езх Сета непосредственно в зоне стыка: ! ен=е„— Пз' ,е„=ен — (Пз+П4). и, тз Потери уноса П, характерны главным обра- Г зом для резки, но имеют место и при высокоЕсд ее ~ интенсивных процессах из-за испарения мате- и инструмента риала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
