Оглавление 
 
 
 

   Введение. 

          Сварочная металлургия отличается  от других металлургических процессов  высокими температурами термического  цикла и малым временем существования  сварочной ванны в жидком состоянии, т.е. в состоянии, доступном для металлургической обработки металла сварного шва. Кроме того, специфичны процессы кристаллизации сварочной ванны, начинающиеся от границы сплавления, и образования изменённого по своим свойствам металла зоны термического влияния.

         В своей работе я  отразил сущность лишь основных и  наиболее общих процессов, происходящих в металле при сварке, хотя постарался изложить их как можно подробней  и интересней. 

   Основные  вопросы сварки.

          Сварка сопровождается комплексом одновременно протекающих процессов, основными из которых являются: тепловое воздействие на металл в зоне термического влияния, термодеформационного плавления, металлургической обработки и кристаллизации металла в объёме сварочной ванны.

         Физическая свариваемость характеризует принципиальную возможность получения монолитных сварных соединений и главным образом относится к разнородным металлам.

         В процессе сварки имеет  место непрерывное охлаждение. Характер структурных превращений при  изотермической выдержке. При непрерывном охлаждении, значение инкубационного периода в 1.5 раза больше, чем при изотермическом. С увеличением скорости охлаждения получаемая структура в зоне изотермического влияния измельчается, твёрдость её повышается. Если скорость охлаждения превышает критическую скорость, образование структур закалки неизбежно.

         Закалённые структуры  в аппаратостроении являются крайне нежелательными: отличаются высокой  твёрдостью, хрупкостью, плохо обрабатываются, склонны к образованию трещин.

         Если скорость охлаждения ниже критической скорости, образование закалочных структур исключается. В зоне термического влияния наиболее желательными являются пластичные, хорошо обрабатываемые структуры типа перлита или сорбита. Поэтому получение качественных соединений непременно связано с достижением желаемых структур в основном регулированием скорости охлаждения.

         Подогрев способствует перлитному превращению и является действенным средством исключения закалочных структур. Поэтому он служит в качестве предварительной термической обработки сварных соединений (нагрев до сварки и в процессе её). Меняя скорость охлаждения, можно получить желаемую твёрдость в зоне термического влияния.

         В некоторых случаях  появляется необходимость увеличения скорости охлаждения. Путём ускоренного охлаждения удаётся измельчить зерно, повысить прочностные свойства и ударную вязкость в зоне термического влияния. С этой целью находит применение метод сопутствующего охлаждения. Сварное соединение в процессе сварки с обратной стороны дуги охлаждается водой или воздушной смесью, что способствует получению крутой ветви скорости охлаждения. 
 
 
 

   Сварка. Понятие, сущность процесса.

          Сварка - это один из ведущих технологических процессов обработки металлов. Большие преимущества сварки обеспечили её широкое применение в народном хозяйстве. С помощью сварки осуществляется производство судов, турбин, котлов, самолётов, мостов, реакторов и других необходимых конструкций.

         Сваркой  называется технологический процесс получения  неразъёмных  соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместным действием того и другого.

   Сварное соединение металлов характеризует  непрерывность структур. Для получения сварного соединения нужно осуществить межмолекулярное сцепление между свариваемыми деталями, которое приводит к установлению атомарной связи в пограничном слое.

   Если  зачищенные поверхности двух соединяемых  металлических деталей при сжатии под большим давлением сблизить так, чтобы могло возникнуть общее, электронное облако, взаимодействующее с ионизированными атомами обоих металлических поверхностей, то получаем прочное сварное соединение. На этом принципе основана холодная сварка пластичных металлов.

   При повышении температуры в месте  соединения деталей, амплитуды колебания  атомов относительно постоянных точек  их равновесного состояния увеличиваются, и тем самым создаются условия  более легкого получения связи  между соединяемыми деталями. Чем выше температура нагрева, тем меньшее давление требуется для  осуществления сварки, а при нагреве до температур плавления необходимое давление становится равным нулю.

   Кусок твёрдого металла можно рассматривать  как гигантскую молекулу, состоящую  из атомов, размещённых в строго определённом, зачастую очень сложном порядке и прочно связанных в одно целое силами межатомного взаимодействия.

   Принципиальная  сущность процесса сварки очень проста. Поверхностные атомы куска металла  имеют свободные, ненасыщенные связи, которые захватывают всякий атом или молекулу, приблизившуюся на расстояние действия межатомных сил. Сблизив поверхности двух кусков металла на расстояние действия межатомных сил или, говоря проще, до соприкосновения поверхностных атомов, получим по поверхности соприкосновения сращивание обоих кусков в одно монолитное целое с прочностью соединения цельного металла, поскольку внутри металла и по поверхности соединения действуют те же межатомные силы. Процесс соединения после соприкосновения протекает самопроизвольно (спонтанно), без затрат энергии и весьма быстро, практически мгновенно.

   Объединение отдельных объёмов конденсированной твёрдой или жидкой фазы в один общий объём сопровождается уменьшением  свободной поверхности и запаса энергии в системе, а потому термодинамический процесс объединения должен идти самопроизвольно, без подведения энергии извне. Свободный атом имеет избыток энергии по сравнению с атомом конденсированной системы, и присоединение свободного атома сопровождается освобождением энергии. Такое самопроизвольное объединение наблюдается на объёмах однородной жидкости.

   Гораздо труднее происходит объединение  объёмов твёрдого вещества. Приходится затрачивать значительные количества энергии и применять сложные  технические приёмы для сближения  соединяемых атомов. При комнатной температуре обычные металлы не соединяются не только при простом соприкосновении, но и при сжатии значительными усилиями. Две стальные пластинки, тщательно отшлифованные и “пригнанные”, подвергнутые длительному сдавливанию усилием в несколько тысяч килограммов, при снятии давления легко разъединяются, не обнаруживая никаких признаков соединения. Если соединения возникают в отдельных точках, они разрушаются действием упругих сил при снятии давления. Соединению твёрдых металлов мешает, прежде всего, их твёрдость, при их сближении действительное соприкосновение происходит лишь в немногих физических точках, и расширение площади действительного соприкосновения достаточно затруднительно.

   Металлы с малой твёрдостью, например, свинец, достаточно прочно соединяются уже при незначительном сдавливании. У более важных для техники металлов твёрдость настолько велика, что поверхность действительного соприкосновения очень мала по сравнению с общей кажущейся поверхностью соприкосновения, даже на тщательно обработанных и пригнанных поверхностях.

   На  процесс соединения сильно влияют  загрязнения поверхности металла - окислы, жировые плёнки и пр., а  также слои адсорбированных молекул  газов, образующиеся на свежезачищенной  поверхности металла под действием атмосферы почти мгновенно. Поэтому чистую поверхность металла, лишенную слоя адсорбированных газов, можно сколько-нибудь длительно сохранить лишь в высоком вакууме. Такие естественные условия имеются в космическом пространстве, где металлы получают способность довольно прочно свариваться или «схватываться» при случайных соприкосновениях. В обычных же, земных условиях приходится сталкиваться с отрицательным действием, как твёрдости металлов, так и слоя адсорбированных газов на поверхности. Для борьбы с этими затруднениями техника использует два основных средства: нагрев и давление.  

   Классификация электрической дуговой  сварки. 

   Все существующие способы сварки, как  уже упоминалось выше, можно разделить  на две основные группы:

1. Сварку давлением – контактная, газопрессовая – трением, холодная – ультразвуком,
2. Сварку плавлением – газовая, термитная, электродуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерная.

   Самое широкое распространение получили различные способы электрической  сварки плавлением, а ведущее место занимает дуговая сварка, при которой источником теплоты служит электрическая дуга.

   Электрическую сварку плавлением в зависимости  от характера источников нагрева  и расплавления свариваемых кромок можно разделить на следующие  основные виды сварки:

1. электрическая дуговая, где источником тепла является электрическая дуга;
2. электрошлаковая, где основным источником теплоты является расплавленный шлак, через который протекает электрический ток;
3. электронно-лучевая, при которой нагрев и расплавление кромок соединяемых деталей производят направленным потоком электронов, излучаемых раскалённым катодом;
4. лазерная, при которой нагрев и расплавление кромок соединяемых деталей производят направленным сфокусированным мощным световым лучом микрочастиц-фотонов.

   При электрической дуговой сварке основная часть теплоты, необходимая для нагрева и плавления металла, получается за счет дугового разряда, возникающего между свариваемым металлом и электродом. Под действием теплоты дуги кромки свариваемых деталей и торец плавящегося электрода расплавляются, образуя сварочную ванну, которая некоторое время находится в расплавленном состоянии. При затвердевании металла образуется сварное соединение. Энергия, необходимая для образования и поддержания дугового разряда, получается от источников питания дуги постоянного или переменного тока. Классификация дуговой сварки производится в зависимости от степени механизации процесса сварки, рода тока и полярности, типа дуги, свойств электрода, вида защиты зоны сварки от атмосферного воздуха и др.