Tehnica de sudare a gazului 14
Sudare. Conceptul, esența procesului.
Sudarea este unul dintre cele mai importante procese tehnologice de prelucrare a metalelor. Marile avantaje ale sudării au asigurat aplicarea sa în economia națională. Cu ajutorul producției de sudare a navelor, turbinelor, cazanelor, aeronavelor, podurilor, reactoarelor și altor structuri necesare.
Sudarea este procesul tehnologic de obținere a îmbinărilor ne-detașabile prin stabilirea unor legături interatomice între piesele sudate la încălzirea lor locală sau generală sau deformarea plastică sau acțiunea comună a ambelor.
Compusul sudat de metale caracterizează continuitatea structurilor. Pentru a obține o îmbinare sudată, este necesar să se efectueze o cuplare intermoleculară între piesele sudate, ceea ce duce la stabilirea unei legături atomice în stratul de graniță.
Dacă suprafețele periate ale celor două părți metalice îmbinate se comprimă împreună sub presiune înaltă, astfel încât un nor electronic obișnuit care interacționează cu atomii ionizați din ambele suprafețe metalice se poate forma, obținem o îmbinare sudată puternică. Sudarea rece a metalelor ductile se bazează pe acest principiu.
Pe măsură ce crește temperatura la joncțiunea părților, amplitudinile vibrațiilor atomilor față de punctele constante ale stării lor de echilibru cresc și astfel sunt create condiții pentru o legătură mai ușoară între părțile care sunt conectate. Cu cât temperatura de încălzire este mai mare, cu atât presiunea este mai mică pentru sudură, iar când este încălzită la punctul de topire, presiunea necesară devine zero.
O bucată de metal solid poate fi privită ca o moleculă gigantică formată din atomi plasați într-o ordine strict definită, adesea foarte complexă și conectată ferm într-un întreg prin forțele interacțiunii interacționale.
Natura fundamentală a procesului de sudare este foarte simplu. bucată de suprafață de atomi de metal sunt disponibile legături nesaturate care captează orice atom sau o abordare moleculă la o distanță de acțiune a forțelor interatomice. A adus mai aproape suprafețele a două piese metalice cu o distanță de acțiune a forțelor interatomice sau, mai simplu, la contactul atomii de suprafață primesc pe suprafața de contact care fuzionează două piese într-un întreg monolitic cu puterea de compuși metalici solizi ca în interiorul metalului și suprafața lipitură, aceeași forță interatomică. Procesul de conectare după contactul se produce în mod spontan (spontan), fără energie și foarte repede, aproape instantaneu.
Combinând volumele individuale condensate în fază solidă sau lichidă într-un volum total însoțită de scăderea suprafeței libere și a sistemului de stocare a energiei, și, prin urmare, procesul termodinamic de unificare ar trebui să meargă în mod spontan, fără să însumare energie externă. Un atom liber are un exces de energie în comparație cu atomul unui sistem condensat, iar adăugarea unui atom liber este însoțită de eliberarea energiei. O astfel de unificare spontană se observă pe volumele unui lichid omogen.
Mult mai dificilă este unificarea volumului de materie solidă: este necesar să se cheltuiască cantități semnificative de energie și să se aplice tehnici complexe de convergență a atomilor care sunt conectați. La temperatura camerei, metalele obișnuite nu sunt unite nu numai prin contact simplu, ci și prin compresie cu efort considerabil. Două plăci din oțel, lustruite și montate cu grijă, supuse unei forțe lungi de stoarcere de câteva mii de kilograme, pentru a elibera presiunea ușor separată, fără semne de conectare. În cazul în care conexiunile apar în anumite puncte, acestea sunt distruse de acțiunea forțelor elastice atunci când presiunea este îndepărtată. compus din metal solid previne, mai presus de toate, duritatea lor, deoarece acestea se apropie de contactul real apare doar câteva locații fizice, și extinderea zonei de contact actual este destul de dificil.
Metalele cu duritate scăzută, de exemplu plumb, sunt suficient de strâns legate deja cu puțină compresie. Mai important pentru tehnica metalelor, duritatea este atât de mare încât suprafața contactului actual este foarte mică în comparație cu suprafața aparentă de contact aparentă, chiar și pe suprafețele atent prelucrate și montate.
Procesul de conectare este puternic influențat de contaminarea suprafețelor metalice - oxizi, filme grase etc., precum și straturi de molecule de gaz adsorbite formate pe suprafața de metal proaspăt curățată sub influența atmosferei aproape instantaneu. Prin urmare, o suprafață curată de metal, lipsită de un strat de gaze adsorbite, poate fi stocată pentru o perioadă de timp numai într-un vid înalt. Astfel de condiții naturale există în spațiul cosmic, unde metalele sunt capabile să se adune destul de ferm sau să "prindă" la atingeri ocazionale. În condiții obișnuite, terestre, trebuie să se confrunte cu un efect negativ atât asupra durității metalelor, cât și asupra stratului de gaze adsorbite la suprafață. Pentru a combate aceste dificultăți, tehnica folosește două mijloace fundamentale: încălzirea și presiunea. Deoarece această lucrare este dedicată sudării metalelor prin topire, sudarea sub presiune nu va fi detaliată în detaliu.
Sudarea prin topire se realizează prin încălzirea marginilor sudate până la punctul de topire fără a se strânge piesele sudate.
Când se încălzește cu o temperatură în creștere, duritatea metalului scade și crește plasticitatea acestuia. Metalul, solid și plastic scăzut la temperatura camerei, cu o încălzire suficientă, poate deveni foarte moale și ductil. O creștere suplimentară a temperaturii poate duce la topirea metalelor; în acest caz toate dificultățile asociate durității metalului sunt eliminate; volumele de metal lichid se îmbină în mod spontan într-o piscină comună de sudură.
În multe cazuri, procesul de sudare este semnificativ afectat de contaminarea suprafeței metalului: în principal, oxizi și filme grase. Aceste impurități, care intră în îmbinarea sudată, pot reduce calitatea sudării. Acestea, spre deosebire de gazele adsorbite, pot fi îndepărtate mecanic de pe suprafața metalică (perii, abrazive etc.) sau chimic (solvenți, etanșe și fluxuri).
Agenții de curățare specifici pentru sudare sunt fluxuri care dizolvă oxizi la temperaturi ridicate. Pe lângă îndepărtarea contaminanților de pe suprafața metalică, se iau măsuri pentru a reduce contaminarea metalului în timpul sudării, în principal prin oxizi. Fluxuri, zguri, gaze de protecție suflate în zona de sudură sunt utilizate în acest scop.
Contradicția dintre posibilitatea teoretică de sudare a metalelor fără energie și nevoia practică de costuri și destul de semnificative poate fi explicată prin modelul energetic al procesului de sudare reprezentat schematic în figura 1.
Fig. 1. Modelul energetic al procesului de sudare
Atomul de pe suprafața liberă a metalului din poziția 1 are o energie h, atomul din volumul metalului din poziția 3 este energia mai mică h0; unirea volumului unui metal cu distrugerea unei suprafețe libere este însoțită de eliberarea energiei într-un atom: Dh = h-h0. Dar, pentru a trece de la poziția 1 la poziția 3 atom trebuie să depășească un prag de energie și să treacă în poziția 2 cu energie H. pentru a depăși pragul de energie necesară pentru a rezuma energia DH atom = H-h, fără de care este imposibil de a depăși volumul de prag și un compus metalic. Energia DH se cheltuiește pe deformarea elastică și plastică a metalului, necesară pentru apropierea suprafețelor metalice, încălzirea acestuia, distrugerea peliculei de gaz adsorbite etc. Încălzirea reduce pragul de energie, care împiedică conectarea metalelor solide; topirea reduce înălțimea pragului la aproape zero, făcând posibilă conectarea fără energie. Conectarea atomilor la sudarea metalelor are loc, de obicei, într-un strat foarte subțire, cu mai multe grosimi de diametru atomic, iar zona de sudură are un caracter de film. Creșterea lățimii zonei de sudură poate fi realizată prin procese precum difuzia, dizolvarea, cristalizarea, procedând mai lent în timp și răspândind treptat peste volumul metalului.
Cele mai simple tipuri de sudare prin fuziune sunt cunoscute din cele mai vechi timpuri, de exemplu, sudarea prin turnătorie. Schema curentă de fuziune prin sudură este prezentată în Fig. 2
Fig. 2. Schema de sudare.
Flanșa de sudură este aplicată pieselor de sudat; produce topirea locală a pieselor până la formarea unei baze comune de sudură din metal lichid. După îndepărtarea flăcării de sudură, metalul băii se răcește rapid și se solidifică, ca urmare piesele se dovedesc a fi conectate într-o singură bucată. Prin deplasarea flăcării de-a lungul liniei de sudură, este posibilă obținerea unei cusături sudate de orice lungime. Flacăra de sudare trebuie să aibă o putere termică și o temperatură suficientă; Piscina de sudură trebuie să fie formată pe un metal relativ rece: conductivitatea termică a metalelor este ridicată și numai o flacără foarte caldă poate forma o baie rapid. Experiența arată că pentru sudarea unui oțel cu o grosime de câțiva milimetri, temperatura flacării de sudură nu trebuie să fie mai mică de 2700-3000 ° C. O flacără cu o temperatură mai scăzută sau nu formează deloc o baie sau o formează prea lent, ceea ce dă o eficiență scăzută a sudării și o face ineficientă din punct de vedere economic. Sursele de căldură care dezvoltă astfel de temperaturi ridicate au apărut relativ recent.
Flacăra de sudare topește atît metalul, cît și impuritățile pe suprafața lui, zgura care rezultă plutește la suprafața băii. O flacără fierbinte încălzește puternic metalul de pe suprafață, mult mai mare decât punctul de topire; ca urmare, compoziția chimică a metalului și modificarea structurii sale după solidificare; se schimbă și proprietățile mecanice. Metalul solidificat al băii, așa-numitul metal de sudură, de obicei diferă de proprietățile sale de metalul de bază, neafectat de sudură. Sudarea prin topire este foarte versatilă; sursele moderne de sudare pot fi ușor topite aproape toate metalele, eventual conectarea unor metale diferite.
Caracteristică caracteristică a sudării prin fuziune; efectuând-o într-o singură etapă de încălzire cu o flacără de sudură, spre deosebire de sudarea cu presiune.
Clasificarea sudării cu arc electric.
Cele mai utilizate pe scară largă sunt diferite metode de sudare prin fuziune electrică, iar locul de frunte este ocupat de sudarea cu arc, în care sursa de căldură este un arc electric.
Sudarea electrică prin fuziune, în funcție de natura surselor de încălzire și de topirea marginilor sudate, poate fi împărțită în următoarele tipuri principale de sudare: Schema 1 (vezi anexa):
1. arc electric, unde sursa de căldură este un arc electric;
2. Electrolag, unde sursa principală de căldură este zgura topită, prin care curge un curent electric;
3. fascicul de electroni, în care muchiile de încălzire și topire ale părților conectate sunt produse printr-un flux direcțional de electroni radiat de catodul încălzit;
4. Laser, în care muchiile de încălzire și de topire ale părților conectate produc un fascicul focalizat concentrat de lumină microparticule-fotoni.
În cazul sudării cu arc electric, cea mai mare parte a căldurii necesare pentru încălzirea și topirea metalelor este obținută printr-o descărcare de arc care apare între metalul care urmează să fie sudat și electrodul. Sub influența căldurii arcului, muchiile părților sudate și capătul electrodului topit sunt topite, formând o baie de sudură, care de ceva timp este în stare topită. Când metalul se solidifică, se formează o îmbinare sudată. Energia necesară pentru formarea și menținerea unei descărcări arc este obținută din surse de curent continuu sau de curent alternativ. sudare cu arc Clasificarea se realizează în funcție de gradul de mecanizare a procesului de sudare, tipul de curent și polaritate, tipul cu arc, proprietăți de electrozi, protecție zona de sudură tip din aerul atmosferic și altele.
Prin gradul de mecanizare se disting sudura manuală, semi-automată și automată. Procesul de alocare la o anumită metodă depinde de modul de a efectua aprinderea și menținerea unei anumite lungimi de arc, electrod de manipulare pentru a conferi forma cusătura dorită, se deplasează electrod al liniei de sutură și încetarea procesului de sudare.
La sudarea manuală, aceste operațiuni, necesare pentru formarea unei cusături, sunt realizate manual de un sudor fără a folosi mecanisme.
În cazul sudării semi-automate cu un electrod consumabil, operațiile de alimentare a conductorului de electrod în zona de sudură sunt mecanizate și operațiile rămase ale procesului de sudare sunt efectuate manual.
În sudarea automată cu arc submersibil, operațiile de excitare a arcului, de a menține o anumită lungime a arcului, de a deplasa arcul de-a lungul liniei cusăturii sunt mecanizate. Sudarea automată cu un electrod consumabil este efectuată de un cablu de sudură cu un diametru de 1-6 mm; în care condițiile de sudare (curent, tensiune, viteza de deplasare și de arc etc.) este mai stabil, care asigură o uniformitate a calității sudurii de-a lungul lungimii sale, în același timp, necesită o mai mare precizie în pregătirea și asamblarea pieselor pentru sudare.
Prin tipul curent, se disting arcurile, alimentate de polaritatea directă a curentului direct (minus la electrod) sau invers (plus la electrod) sau de curent alternativ. În funcție de metodele de sudură, utilizați această polaritate. Suflările submersibile și de gaze de protecție sunt de obicei efectuate pe polaritatea inversă.
Prin tipul de arc, se disting un arc de acțiune directă (un arc dependent) și un arc de acțiune indirectă (un arc independent). În primul caz, arcul arde între electrod și metalul de bază, care este, de asemenea, o parte a circuitului de sudare, și utilizat pentru sudarea de căldură degajată în coloana arcului și electrozii; în al doilea - arcul arde între doi electrozi. Metalul de bază nu face parte din lanțul de sudare și este topit în principal prin transferul de căldură din gazele din arc. În acest caz, puterea arcului se realizează de obicei cu curent alternativ, dar are puține aplicații datorită mici arce ale eficienței (raportul dintre util arc puterea termică utilizată pentru energie termică completă).
Proprietățile electrodului fac distincția între metodele de sudare cu un electrod consumabil și non-topirea (cărbune, grafit și tungsten). Sudarea cu un electrod consumabil este cea mai obișnuită metodă de sudură; în timp ce arcul arde între metalul de bază și tija metalică alimentată în zona de sudură pe măsură ce se topește. Acest tip de sudură poate fi produs de unul sau mai mulți electrozi. În cazul în care doi electrozi sunt conectați la un pol al sursei de alimentare cu arc, o astfel de metodă de sudură cu doi electrozi este numit, iar dacă mai - electrozi de sudură cu fascicul mulți electrozi. Dacă fiecare dintre electrozii primește o alimentare independentă, sudarea se numește sudură cu arc dublu. În cazul sudării prin topire prin arc, eficiența arcului atinge 0,7-0,9.
Conform condițiilor de observare a procesului de ardere, arcele se disting printr-un arc deschis, închis și semi-deschis. Cu un arc deschis, observarea vizuală a procesului de ardere a arcului se realizează prin intermediul unor filtre speciale de protecție din sticlă. Un arc deschis este utilizat pentru numeroase metode de sudare: pentru sudarea manuală de metal și electrozi de carbon și sudarea în gazele de ecranare. Arcul închis este situat în întregime în fluxul topit - zgură, metal de bază și sub fluxul granulat, și este invizibil. Arcul semi-deschis este caracterizat prin faptul că o parte este în metalul principal și fluxul topit, iar cealaltă este deasupra acestuia. Procesul este monitorizat prin filtrele de lumină. Se utilizează pentru sudarea automată a aluminiului prin flux.
Prin natura zonei de sudură de protecție împotriva mediului ambiant distinge următoarele tehnici de sudare: neprotejate (electrod goale, un electrod cu un strat de stabilizare), cu protecție zgurei (electrozii tolstopokrytymi submerse) shlakogazovoy (electrozi tolstopokrytymi)
Articole similare
-
Sociologie ca știință a societății - o bancă de rezumate, eseuri, rapoarte, cursuri și
-
Teatru abstract ca instituție socială - o bancă de rezumate, eseuri, rapoarte, cursuri și diplome
Trimiteți-le prietenilor: