Особливості з'єднання деталей зварюванням і характеристика з'єднань

Зварювання – технологічний процес з'єднання деталей, який здійснюється при місцевому нагріванні стику деталей до розплавленого або пластичного стану їх із подальшим взаємним деформуванням. Утворення такого типу з'єднання базується на використанні сил молекулярного зчеплення.

Нині є багато різних способів з'єднання деталей зварюванням. Переважне використання знаходять такі способи: ручне дугове зварювання металевим електродом, автоматичне дугове зварювання металевим електродом під шаром флюсу, електрошлакове зварювання та контактне зварювання – стикове, шовне та точкове. Перші три способи належать до зварювання плавленням, а останній – до зварювання, що здійснюється деформуванням нагрітого до пластичного стану матеріалу деталей, які підлягають з'єднанню.

Ручне дугове зварювання металевим електродом здійснюється за допомогою електричної дуги, що виникає між деталлю та електродом. Виділена при цьому теплота оплавляє краї деталей і розплавляє електрод, матеріал якого витрачається на формування зварного шва. Ручне дугове зварювання використовується переважно для з'єднань із короткими або складними за конфігурацією зварними швами, а також в індивідуальному та малосерійному виробництві. Цей спосіб зварювання вживається для з'єднання деталей завтовшки 1–60 мм і більше.

Автоматичне дугове зварювання металевим електродом під флюсом відрізняється від ручного тим, що воно виконується зварювальною машиною автоматично і під шаром флюсу. До складу флюсу входять шлакоутворюючі (для захисту шва від впливу зовнішнього середовища), легуючі та розкислювальні компоненти. Таке зварювання забезпечує високу продуктивність та якість зварних швів. Цей метод економічно найдоцільніший для неперервних прямолінійних та кільцевих швів значної довжини, особливо в великосерійному та масовому виробництві. При цьому можливе зварювання деталей завтовшки 2–130 мм і більше.

Електрошлакове зварювання металевим електродом відрізняється від дугового зварювання тим, що в ньому джерелом нагрівання є теплота, що виділяється при проходженні струму від електроду до деталі через шлакову ванну. Цей спосіб дуже продуктивний при зварюванні сталевих листів завтовшки 40–50 мм. На сьогодні таким способом зварюють сталеві та чавунні вироби завтовшки до 1 м, наприклад станини прокатних станів, корпуси пресів.

Контактне зварювання основане на нагріванні стику з'єднуваних деталей теплотою, яка виділяється при проходженні через стик електричного струму. Нагрівання стику деталей здійснюється до температури пластичного стану матеріалу (або до оплавлювання) із подальшим деформуванням (стисканням) деталей. Контактне шовне зварювання використовують для утворення герметичних швів, а контактне точкове – для виготовлення конструкцій, в яких герметичність швів не обов'язкова. Контактним зварюванням з'єднують деталі, виготовлені із тонколистових елементів.

При дуговому зварюванні конструкційних вуглецевих та низьколегованих сталей застосовують електроди у формі сталевого стержня з товстим захисним покриттям, яке при плавленні виділяє велику кількість шлаку та газу, що утворює захисне середовище для шва. Цим забезпечують підвищення якості зварного шва, механічні властивості якого різко погіршуються під впливом кисню та азоту повітря.

Крім розглянутих вище, широко використовують спеціальні способи зварювання. Для з'єднання деталей із високолегованих сталей, різних сплавів та кольорових металів успішно застосовують зварюван­ня в середовищі інертних газів (аргону, гелію). Ті самі матеріали, а також тугоплавкі метали і неметалеві матеріали, наприклад кераміка, достатньо добре зварюються у вакуумних камерах електронним променем або дифузійним зварюванням.

Зварні з'єднання є найдосконалішими з нероз'ємних з'єднань, оскільки вони у значній мірі наближають з'єднані деталі до цілісних.Зварювання використовують не тільки як спосіб з'єднання деталей, а й як технологічний метод виготовлення самих деталей. Зварені деталі в багатьох випадках із успіхом заміняють деталі ковані, штамповані або виготовлені литтям Зварюванням виготовляють станини, рами і основи машин, корпуси редукторів, зубчасті колеса, шківи, зірочки, маховики, барабани, ферми, колони, різні резервуари, труби, корпуси річкових та морських суден.

Основними перевагами зварних з'єднань є такі: відсутність додаткових з'єднуючих елементів; рівноміцність шва щодо з'єднуваних елементів деталей, економія матеріалу та зменшення маси виробів; висока продуктивність та простота процесу зварювання

До недоліків зварних з'єднань належать: поява температурних напружень і пов'язана з цим можливість викривлювання деталей після зварювання; значна концентрація напружень в області зварних швів; знижена стійкість проти корозії та ін.