Технологии получения неразъемных соединений

 

Ключевые слова: Классификация способов и технологий. Сварка, пайка и склеи­вание материалов. Свойства электрической дуги, сварочные материалы и оборудование, основные способы электродуговой сварки и выбор элементов режима ручной электродуговой сварки. Особенности сварки углеродистых и легированных сталей, чугунов, цветных металлов и сплавов, пайки и склеивания материалов.

 

Основными способами получения неразъемных соединений являют­ся сварка, пайка и склеивание материалов. Использование их для получения заготовок и деталей значительно уменьшает трудоемкость изготовления и снижает расход материала. При выборе способа получения неразъемного соединения, устра­нения трещин и достижения других технологических целей необходимо учитывать усло­вия работы изделия (нагрузка, температура, среда и пр.), особенности технологий и их трудоемкость.

Сваркой материалов называется процесс получения неразъемных соединений в изделии за счет использования межмолекулярных и межа­томных сил сцепления. Поэтому, чтобы сварить заготовки необходимо сблизить их на межатомное расстояние. Сварка металлов и ихсплавов более значима по сравнению с другими методами получения неразъемных соедине­ний. Это объясняется ее широким распространением и высокой тех­нико-экономической эффективностью. Так, замена литья сваркой эко­номит 40-50% массы детали. Большой экономический эффект

сварочные технологии дают при ремонте судового оборудования и восстановлении деталей. Сварку широко применяют для соединения однородных и разнородных материалов.

Физическая сущность сварки металлических изделий заключается в сближении поверхностей заготовок на расстояние примерно равное параметру кристалли­ческой решетки. Этому сближению мешают неровности механической обработки и наличие окисных пленок, которые на несколько порядков больше указанного расстояния. Для преодоления этого препятствия необходимо либо сдавить эти заготовки, либо расплавить место их соединения. В связи с этим сварку делят на два основных способа: сварку давлением и сварку плавлением.

При сварке давлением сварное соединение образуется либо за счет только давления в холодном состоянии (свинец, алюминий, медь и другие пластичные металлы) либо нагрева и давления (методы электроконтактной сварки железоуглеродистых сплавов). При сварке плавлением кромки соединяемых деталей, основной металл, и при необходимости дополнительный (присадочный), нагре­вают до расплавленного состояния, образуя общую сварочную ванну. После удаления источника нагрева металл ванны охлаждается и зат­вердевает, образуя наплавленный металл, или сварной шов, соединя­ющий свариваемые поверхности в одно целое.

Способы сварки плавлением и давлением классифицируются следующим образом: электродуговая, плазменная, электрошлаковая, газовая, термитная литьем, литейная лучевая, электроконтактная, индукционная, горновая, прессовая, трением, ультразвуковая, диффузионная и др. Электродуговая сварка металлов и их сплавов, как наиболее распространенная, может обеспечить прочность сварного соединения на уровне основного материала. Особенностью этой технологии является правиль­ный выбор режима сварки и сварочных материалов, а также последующей термической обработки сварного соединения. Различают следующие способы электродуговой сварки: ручная, полуавтоматическая (автоматическая подача проволоки и ручное пе­ремещение вдоль шва) и автоматическая (под слоем флюса и в среде защитных газов).

Пайкой называется процесс получения неразъемных соединений изделий за счет диффузии расплавленного припоя, проникающего в нагретые поверхностные слои заготовок. Припой - металлический сплав, имеющий температуру плавления ниже температуры плавления соединяемых материалов. Температура пайки обычно на 10-30°С выше температуры линии ликвидуса припоя. Пайка характеризуется широкими возможностями в отношении со­единения разнородных материалов: металлов с керамикой, стеклом, графитом и т.п. В большинстве случаев сварка позволяет получить более высо­кую прочность и пластичность соединений, чем пайка. Поэтому пайку применяют обычно в следующих случаях: при отсутствии требования равнопрочности соединения с основным металлом, нежелательности или недопустимости высокого нагрева металла, необходимости получить детали сразу после их соединения с высокой точностью. В судостроении и судоремонте пайку применяют при выполнении разного рода жестяницких работ, изготовлении неответственных мел­ких деталей. Широко используется пайка в судовом приборостроении при изготовлении деталей электро- и радиоаппаратуры (электровакуумные приборы, соединения металлов со стеклом, керамикой, графи­том, электро- и радиомонтаж).

Склеиванием материалов называется процесс получения неразъ­емного соединения изделия за счет адгезии, когезии и механическо­го сцепления клеевой пленки с поверхностями склеиваемых загото­вок. При этом адгезией (прилипаемостью) называется способность клеевой пленки прочно удерживаться на поверхности склеиваемых ма­териалов, а когезия представляет собой собственную прочность пленки. Склеивание материалов по сравнению с другими способами полу­чения неразъемных соединений имеет ряд преимуществ: возможность соединения различных материалов (металлов и сплавов, пластмасс, стекол, керамики и др.) как между собой, так и в различных соче­таниях; стойкость к коррозии клеевого шва и атмосферным изменениям; возможность соединения тонких материалов, значительное упрощение технологии изготовления изделий и др. Недостатками клеевых соеди­нений являются относительно низкая длительная теплостойкость (до 350^ОС), склонность к старению и др. Склеивание пластмасс определяется их химической структурой, физико-механическими характеристиками, а также свойствами

применяемых клеев. Детали из термопластов склеивают преимущественно растворите­лями. Например, оргстекло и винипласт - дихлорэтаном, полистирол - бензолом или раствором этих материалов в соответствующих раст­ворителях. Технологический процесссклеивания деталей состоит из подго­товки их поверхностей (пригонки, очистки) к склеиванию и непос­редственного склеивания: нанесения клея, выдержки для удаления растворителя, сборки деталей и выдержки под прессом без нагрева или с нагревом, в зависимости от применяемых клеев.

 

Контрольные вопросы для самопроверки по разделу 6.5.

1. Какими основными способами можно получить неразъемные со­единения? В чем их преимущества и недостатки?

2. Что называют сваркой, пайкой и склеиванием материалов? В чем их физическая сущность?

3. Из каких характерных участков состоит сварное соединение?

4. Какие структуры сварного соединения снижают его механи­ческие свойства?

5. Какие мероприятия необходимо провести для восстановления механических свойств сварного соединения?

6. Как влияет на механические свойства сварных соединений появление в них структур закалки?

7. Что называют эквивалентным содержанием углерода и что оно характеризует?

8. Как подразделяются стали в зависимости от эквивалентного содержания углерода?

9. Что называют ЗТВ сварного шва?

10. Какими способами можно определить склонность к закалке данной стали?

11. По какой формуле можно определить температуру подогрева при сварке?

12. Какие марки сталей можно назвать незакаливающимися, слабозакаливающимися и закаливающимися?

13. Как зависят размеры ЗТВ от вида электрода и способа сварки?

14. Что называют пайкой? В чем физическая сущность пайки мягким и твердым припоями?

15. Какие теории объясняют физико-химическую сущность адгезионных явлений при склеивании материалов?

16. В чем заключается технологический процесс склеивания матери­алов?

 

Контрольные вопросы по подразделу «Электродуговая сварка, пайка, склеивание»

1. Какими основными видами характеризуется электродуговая сварка?

2. В чем заключается физическая сущность сварочной дуги? Ка­кие ее основные свойства?

3. Какие основные параметры характеризуют свойства сварочной дуги?

4. Какую вольтамперную характеристику имеет сварочная дуга?

5. Что называют сварочными материалами?

6. Какие основные компоненты входят в состав качественного покрытия электрода?

7. Как выбрать величину сварочного тока в зависимости от ма­териала и диаметра электрода?

8. Какой из способов электродуговой сварки: на постоянном токе прямой или обратной полярности или переменном токе, позволяет получить максимальную глубину провара (глубину сварки)?

9. Какими способами можно возбудить (зажечь) сварочную дугу?

10. Какие основные технологические особенности сварки сталей, чугуна, цветных металлов и сплавов, пластмасс?

11. Что называют пайкой и лужением? В чем разница в пайке мягким и твердым припоями?

12. В чем заключаются технологические процессы пайки и склеи­вания материалов?

 

Иллюстрации к теме 6 – см. учебные пособия на сайте и др.