Sudare

Sudarea  este procesul de obținere a îmbinărilor permanente prin stabilirea legăturilor interatomice între piesele care urmează a fi sudate în timpul încălzirii locale sau generale, deformării plastice sau acțiunii combinate a ambelor [1] . Un specialist în lucrări de sudare se numește sudor .

Concepte de bază

O legătură permanentă realizată prin sudare se numește îmbinare sudata [1] . Cel mai adesea, piesele metalice sunt conectate prin sudare. Cu toate acestea, sudarea este utilizată și pentru nemetale - materiale plastice , ceramică sau o combinație a acestora.

În sudare se folosesc diverse surse de energie: arc electric , curent electric , flacără de gaz , radiație laser , fascicul de electroni , frecare , ultrasunete . Dezvoltarea tehnologiilor face acum posibilă efectuarea sudării nu numai în condițiile întreprinderilor industriale, ci în condiții de câmp și de instalare (în stepă, în câmp, în marea liberă etc.), sub apă și chiar în spaţiu. Procesul de sudare este asociat cu un pericol de incendiu ; șoc electric ; otrăvire cu gaze nocive; leziuni ale ochilor și ale altor părți ale corpului prin radiații termice, ultraviolete , infraroșii și stropi de metal topit.

Sudarea este posibilă în următoarele condiții:

  1. utilizarea unor presiuni specifice de compresie foarte mari ale pieselor, fara incalzire;
  2. încălzirea și compresia simultană a pieselor cu presiune moderată;
  3. încălzirea metalului la îmbinare până se topește, fără a aplica presiune pentru a comprima.

Istorie

Primele metode de sudare au apărut la originile civilizației - odată cu începutul utilizării și prelucrării metalelor. Fabricarea de produse metalice a fost larg răspândită în locurile de apariție a minereurilor de fier și a minereurilor de metale neferoase.

Primul proces de sudare a fost sudarea prin forjare . Nevoia de reparație, lansarea unor produse mai avansate a dus la necesitatea dezvoltării și îmbunătățirii proceselor metalurgice și de sudare.

Sudarea, folosind electricitatea pentru a încălzi metalul, a început odată cu descoperirea electricității, a arcului electric .

În 1802, omul de știință rus Vasily Petrov a descoperit fenomenul arcului electric și a publicat informații despre experimentele efectuate cu arcul.

În 1882, Nikola Tesla a inventat o metodă de producere a curentului alternativ [2] .

În 1881-1882, inventatorii N. N. Benardos și N. G. Slavyanov , lucrând independent unul de celălalt, au dezvoltat o metodă de îmbinare a pieselor metalice prin sudare.

În 1905, omul de știință rus V.F. Mitkevich a propus utilizarea unui arc electric excitat de un curent trifazat pentru sudare.

În 1919, sudarea AC a fost inventată de Jonathan Holslag [  2 ] [ 3] .

În secolul al XIX-lea, oamenii de știință Elihu Thomson , Edmund Davy și alții au îmbunătățit procesele de sudare . În URSS, în secolul al XX-lea, E. O. Paton , B. E. Paton , G. A. Nikolaev s-au angajat în tehnologia de sudare . Oamenii de știință sovietici au fost primii care au studiat metodele și caracteristicile sudării în gravitate zero și au aplicat sudarea în spațiu. Prima sudare din lume într-un vid profund în spațiu a fost efectuată pe 16 octombrie 1969 pe nava spațială Soyuz-6 de cosmonauții Georgy Stepanovici Shonin și Valery Nikolaevich Kubasov .

De la sfârșitul anilor 1960, roboții de sudură au început să fie utilizați în industrie . Până la începutul secolului XXI, robotizarea operațiunilor de sudare a devenit foarte răspândită [4] [5] .

În Rusia, problemele de sudare și pregătirea specialiștilor în sudare sunt efectuate de institutele de învățământ: MSTU im. N. E. Bauman (Departamentul de Tehnologie de Sudare și Diagnosticare), MGIU (Departamentul de Echipamente și Tehnologia de Producție de Sudare), DSTU (RISHM) (Departamentul de Mașini și Automatizare a Producției de Sudare), UPI , CHIMESH , LGAU și alții. Se publică literatură științifică și reviste despre sudare [6] .

Clasificarea sudării metalelor

În prezent, există peste 150 de tipuri și metode de procese de sudare. Există diferite clasificări ale acestor procese [8] .

Deci, GOST 19521-74 prevede clasificarea sudării metalelor în funcție de principalele grupe de caracteristici: fizice, tehnice și tehnologice.

Principalul semn fizic al sudării este forma și tipul de energie utilizată pentru obținerea unei îmbinări sudate. Forma energiei determină clasa de sudare, iar tipul acesteia determină tipul de sudare. Există trei clase de sudare [~ 1] :

Caracteristicile tehnice includ: o metodă de protecție a metalului în zona de sudare, continuitatea procesului, gradul de mecanizare a acestuia.

Clasificarea în funcție de caracteristicile tehnologice se stabilește pentru fiecare tip de sudare separat (după tip de electrod , tip de curent de sudare etc.).

Clasa termică

Arc de sudare

Arcul electric folosit pentru sudarea metalelor se numește arc de sudare.

Pentru alimentarea arcului de sudare, pot fi utilizate tipuri de curent electric alternativ , direct și pulsatoriu . La sudarea pe curent alternativ, din cauza unei modificări a direcției de curgere, fiecare dintre electrozi este alternativ un anod și un catod. La sudarea pe curent continuu și pulsatoriu, se disting polaritatea directă și inversă. Cu polaritate directă, piesele care urmează să fie sudate sunt conectate la polul pozitiv al sursei de alimentare ( anod ), iar electrodul la negativ ( catod ); cu polaritate inversă - dimpotrivă - un electrod este conectat la polul pozitiv, iar piesele la negativ. Utilizarea unuia sau altui tip de curent determină caracteristicile procesului de sudare. Deci, un arc de curent alternativ se stinge de fiecare dată când curentul trece prin zero. Utilizarea uneia sau alteia polarități modifică echilibrul termic al arcului (cu polaritate directă, se generează mai multă căldură pe produs, cu polaritate inversă - pe electrod, vezi mai jos). Când se folosește un curent pulsatoriu prin modificarea parametrilor acestuia (frecvența și durata impulsurilor), devine posibil să se controleze transferul metalului topit de la electrod la produs până la picături individuale.

Intervalul dintre electrozi se numește interval de arc.

În condiții normale, gazele nu au conductivitate electrică. Trecerea unui curent electric printr-un gaz este posibilă numai dacă în el există particule încărcate - electroni și ioni . Procesul de formare a particulelor încărcate se numește ionizare , iar gazul în sine se numește ionizat. Arcul care arde între electrod și obiectul sudării este un arc direct. Un astfel de arc este de obicei numit arc liber (spre deosebire de arcul comprimat , a cărui secțiune transversală este redusă forțat din cauza duzei arzătorului, a fluxului de gaz și a câmpului electromagnetic). Excitația arcului are loc după cum urmează. În cazul unui scurtcircuit, electrodul și piesa de prelucrat la punctele de contact își încălzesc suprafețele. Când electrozii sunt deschiși de pe suprafața încălzită a catodului, sunt emiși electroni - emisie de electroni. Există, de asemenea, aprinderea fără contact a arcului folosind un oscilator-stabilizator al arcului de sudare (OSSD). Oscilatorul de sudare este un generator de scântei care furnizează curent de înaltă tensiune ( 3000 - 6000 V ) și frecvență ( 150 - 250 kHz ). Oscilatorul de sudare, punând distanța dintre electrod și piesa de prelucrat, ionizează gazul în care se aprinde arcul de lucru. Un astfel de curent nu prezintă un mare pericol pentru sudor.

Pe lungimea intervalului arcului, arcul este împărțit în trei regiuni: catod, anod și coloană cu arc. Regiunea catodică include suprafața încălzită a catodului (punctul catodic). Temperatura punctului catodic de pe electrozii din oțel este de 2400–2700 °C. Regiunea anodică este formată dintr-un punct anodic. Are aproximativ aceeași temperatură ca și punctul catodului, dar, ca urmare a bombardamentului cu electroni, se eliberează mai multă căldură pe el decât pe catod. Coloana arcului ocupă cea mai mare parte a spațiului de arc dintre catod și anod. Procesul principal de formare a particulelor încărcate aici este ionizarea gazului. Acest proces are loc ca urmare a ciocnirii particulelor încărcate și neutre. În general, coloana cu arc nu are nicio sarcină. Este neutru, deoarece în fiecare dintre secțiunile sale există simultan cantități egale de particule încărcate opus. Temperatura coloanei arcului ajunge la 6000 - 8000 °C și mai mult.

Un tip special de arc de sudare este un arc comprimat, a cărui coloană este comprimată folosind o duză îngustă pentru arzător sau un flux de gaz de suflare (argon, azot etc.) Plasma este un gaz ionizat al coloanei cu arc, constând din pozitiv și particule încărcate negativ. Plasma este generată în canalul duzei arzătorului, comprimată și stabilizată de pereții săi răciți cu apă și de fluxul rece de gaz care formează plasmă. Comprimarea și răcirea suprafeței exterioare a coloanei cu arc determină concentrarea acesteia, ceea ce duce la o creștere bruscă a numărului de ciocniri între particulele de plasmă, o creștere a gradului de ionizare și o creștere bruscă a temperaturii coloanei cu arc (  10.000 ). –30.000 K ) și energia cinetică a jetului de plasmă. Ca urmare, plasma este o sursă de căldură cu o concentrație mare de energie. Acest lucru îi permite să fie utilizat cu succes pentru sudarea, pulverizarea și tăierea termică a unei game largi de materiale.

Sudarea cu arc electric

Sursa de caldura este un arc electric care apare intre capatul electrodului si piesa de sudat atunci cand curge curentul de sudare ca urmare a inchiderii circuitului exterior al aparatului de sudura electric . Rezistența arcului electric este mai mare decât rezistența electrodului și a firelor de sudură, astfel încât cea mai mare parte a energiei termice a curentului electric este eliberată exact în plasma arcului electric. Acest aflux constant de energie termică împiedică descompunerea plasmei (arcul electric).

Căldura degajată (inclusiv din cauza radiației termice din plasmă) încălzește capătul electrodului și topește suprafețele care trebuie sudate, ceea ce duce la formarea unui bazin de sudură - volumul de metal lichid. În procesul de răcire și cristalizare a bazinului de sudură, se formează o îmbinare sudată. Principalele tipuri de sudare cu arc electric sunt:

Sudarea manuală cu arc

Sudarea manuală cu arc cu un electrod acoperit consumabil se realizează folosind o sursă de putere de sudare și electrozi de sudare . Electrodul este introdus în zona de sudare și deplasat de-a lungul îmbinării de către sudor însuși . Pot fi utilizate atât surse de alimentare AC (transformator), cât și DC (redresoare). Electrodul de sudare este o tijă de metal cu un strat aplicat.

În timpul sudării, un arc electric arde între piesa de prelucrat și electrod, topindu-le. Metalul topit al electrodului și al produsului formează un bazin de sudură, care, în timpul cristalizării ulterioare, formează un cordon de sudură .

Substanțele care alcătuiesc acoperirea fie ard - formând un scut de gaz al zonei de sudură față de aerul din jur, fie se topesc și intră în bazinul de sudură. Unele substanțe de acoperire topite interacționează cu metalul din bazinul de sudură deoxidându -l și/sau aliându -l, altele formează zgură care protejează bazinul de sudură de aer, ajută la îndepărtarea incluziunilor nemetalice din metalul de sudură, formarea sudurii etc.

Sudarea manuală cu arc este desemnată prin codul 111 conform standardului GOST R ISO 4063-2010, în literatura în limba rusă este folosită denumirea RD , în engleză - SMAW (din engleză  shielded metal arc welding ) sau MMA (din engleză  manual metal arc sudare ) [~ 2] .

sudare TIG

Sudarea TIG este cunoscută în literatura engleză ca sudare cu arc de tungsten cu gaz ( GTA welding, TGAW ) sau sudare cu gaz inert de tungsten ( sudura TIG, TIGW ), în literatura germană ca wolfram-inertgasschweißen ( WIG ).

Electrodul folosit este o tijă din grafit sau tungsten , al cărui punct de topire este mai mare decât temperatura la care sunt încălzite în timpul sudării. Sudarea se realizează cel mai adesea într-un mediu cu gaz de protecție ( argon , heliu , azot și amestecuri ale acestora) pentru a proteja cusătura și electrodul de influența atmosferei, precum și pentru arderea stabilă a arcului. Sudarea poate fi efectuată atât fără, cât și cu material de umplutură. Ca material de umplutură se folosesc tije metalice, sârmă, benzi [9] .

Sudarea în gaze de protecție

Sudarea cu arc protejat cu gaz este sudarea folosind un arc electric pentru a topi metalul și pentru a proteja metalul topit și electrodul cu gaze speciale [~ 3] .

Aplicarea sudurii în gazele de protecție

Folosit pe scară largă pentru fabricarea produselor din oțel, metale neferoase și aliajele acestora [~ 3] .

Avantajele sudurii ecranate cu gaz în comparație cu alte tipuri de sudare [~ 3]
  1. performanta ridicata,
  2. ușor automatizat și mecanizat,
  3. nu este nevoie de acoperiri cu electrozi sau flux.
Tehnologie Pentru sudarea automată în gaze de protecție

Ca electrod se folosește un fir metalic de o anumită marcă, căruia îi este furnizat curent printr-un muștiuc care transportă curent. Arcul electric topește firul, iar firul este alimentat automat de către alimentatorul de sârmă pentru a asigura o lungime constantă a arcului.

Pentru a proteja împotriva atmosferei, se folosesc gaze speciale care sunt furnizate de la pistolul de sudură împreună cu firul de electrod. Gazele speciale sunt împărțite în inerte ( argon , heliu ) și active ( dioxid de carbon , azot , hidrogen ). Utilizarea unui amestec de gaze în unele cazuri crește productivitatea și calitatea sudurii [~ 3] . Dacă nu este posibil să se efectueze sudarea semi-automată într-un mediu cu gaz de protecție, se folosește și sârmă auto-ecranată (cu miez). Trebuie remarcat faptul că dioxidul de carbon este un gaz activ - la temperaturi ridicate se disociază cu eliberarea de oxigen. Oxigenul eliberat oxidează metalul. În acest sens, este necesar să se introducă dezoxidanți (cum ar fi mangan și siliciu ) în firul de sudură. O altă consecință a influenței oxigenului, asociată și cu oxidarea, este o scădere bruscă a tensiunii superficiale, ceea ce duce, printre altele, la stropi de metal mai intens decât la sudarea în argon sau heliu.

Denumirea internațională.

În literatura străină în limba engleză, se face referire la sudare cu arc de metal cu gaz ( GMA welding, GMAW ), în literatura în limba germană - metallschutzgasschweißen ( MSG ). Sudarea separată într-o atmosferă de gaz inert (gaz inert metalic, MIG ) și într-o atmosferă de gaz activ (gazul metalic activ, MAG ) [~ 2] .

Sudarea cu arc scufundat

În literatura străină în limba engleză, se numește SAW. În acest tip de sudare, capătul electrodului (sub formă de sârmă sau tijă metalică) este alimentat sub stratul de flux . Arcul arde într-o bula de gaz situată între metal și stratul de flux, ceea ce îmbunătățește protecția metalului de efectele nocive ale atmosferei și crește adâncimea de penetrare a metalului.

Sudare cu zgură electrică

Sursa de căldură este fluxul , situat între produsele de sudat, încălzit de curentul electric care trece prin acesta. În acest caz, căldura degajată de flux topește marginile pieselor de sudat și firul de umplutură. Metoda își găsește aplicarea în sudarea cusăturilor verticale ale produselor cu pereți groși.

Sudarea hiperbară

Sudarea hiperbară  este un proces de sudare la presiuni ridicate , de obicei efectuat sub apă. Sudarea hiperbară poate avea loc în apă sau poate fi uscată , adică în interiorul unei camere special construite într-un mediu uscat. Aplicația sudurii hiperbare este diversă - este folosită pentru repararea navelor , platformelor petroliere offshore și conductelor . Oțelul este cel mai comun material pentru sudarea hiperbară.

Sudarea orbitală

Sudarea orbitală este un tip de sudare prin frecare sau sudare automată cu arc (în funcție de faptul că țeava se rotește sau nu). Denumirea provine de la aplicarea sudurii orbitale - pentru sudarea îmbinărilor de țevi, flanșe etc. Este folosit pentru sudarea țevilor de oțel din oțeluri înalt aliate sau aliaje de aluminiu de diametru mare cu perete gros.

Cu rotația coaxială a țevilor sudate, frecarea în îmbinări apare atunci când axele de rotație sunt deplasate paralel între ele. În acest tip de sudare, frecarea este utilizată pentru încălzirea îmbinării. Acțiunea combinată a presiunii de forjare și a încălzirii duce la sudarea îmbinărilor.

Dacă țevile nu se rotesc, atunci sudarea orbitală utilizează capete de sudură care se mișcă de-a lungul îmbinării și efectuează sudarea cu arc cu sau fără fir de umplere.

Sudarea la flacără

Sursa de căldură este o flacără de gaz formată în timpul arderii unui amestec de oxigen și gaz combustibil. Acetilena , MAF , propanul , butanul , gazul albastru , hidrogenul , kerosenul , benzina , benzenul și amestecurile acestora pot fi utilizate ca gaz combustibil . Căldura eliberată în timpul arderii unui amestec de oxigen și gaz combustibil topește suprafețele care trebuie sudate și materialul de umplutură pentru a forma un bazin de sudură. Flacăra poate fi oxidantă , „neutră” sau reducătoare (cementare), aceasta este controlată de raportul dintre oxigen și gaz combustibil.

  • Ca înlocuitor al acetilenei, este folosit un nou tip de combustibil - gaz lichefiat MAF ( fracția metilacetilenă-alenă ). MAF asigură viteză mare de sudare și calitate înaltă a sudurii, dar necesită utilizarea sârmei de umplutură cu un conținut ridicat de mangan și siliciu (SV08GS, SV08G2S). MAF este mult mai sigur decât acetilena, de 2-3 ori mai ieftin și mai ușor de transportat. Datorită temperaturii ridicate de ardere a gazului în oxigen (2430 °C) și a generării mari de căldură (20.800 kcal/m 3 ), tăierea gazelor cu MAF este mult mai eficientă decât tăierea cu alte gaze, inclusiv acetilena.
  • De mare interes este folosirea cianurii pentru sudarea cu gaz , datorita temperaturii foarte ridicate de ardere (4500°C). Un obstacol în calea utilizării extinse a cianurii pentru sudare și tăiere este toxicitatea crescută a acesteia. Pe de altă parte, eficiența cianogenului este foarte mare și comparabilă cu un arc electric și, prin urmare, cianogenul reprezintă o perspectivă semnificativă pentru progrese suplimentare în dezvoltarea tratamentului cu flacără. Flacăra de cianogen cu oxigen, care curge din pistolul de sudură, are un contur ascuțit, este foarte inertă față de metalul prelucrat, este scurtă și are o nuanță violet-violet. Metalul care este prelucrat (oțel) literalmente „curge”, iar când se utilizează cianura, sunt acceptabile viteze foarte mari de sudare și tăiere a metalului.
  • Progrese semnificative în dezvoltarea tratamentului cu flacără folosind combustibili lichizi pot fi realizate prin utilizarea acetilendinitrilului și a amestecurilor acestuia cu hidrocarburi, datorită celei mai ridicate temperaturi de ardere (5000 °C). Acetilendinitrilul este predispus la descompunere explozivă la încălzire puternică, dar în amestecuri cu hidrocarburi este mult mai stabil. În prezent, producția de acetiledinitril este foarte limitată și costul său este ridicat, dar odată cu dezvoltarea producției, acetiledinitrilul poate dezvolta semnificativ domeniile de aplicare a tratamentului cu flacără în toate domeniile sale de aplicare.

Sudarea cu termita

În cele mai multe cazuri, sudarea cu termită aparține clasei termice. Cu toate acestea, există procese tehnologice care aparțin clasei termomecanice - de exemplu, sudarea prin presa termică. Sudarea cu termită este sudarea pieselor cu metal topit format în timpul unei reacții chimice însoțite de temperatură ridicată (cantitate mare de căldură). Componenta principală a acestui tip de sudare este amestecul de termită .

Sudarea cu plasmă

Sursa de căldură este un jet de plasmă , adică un arc comprimat obținut folosind o torță cu plasmă . Lanterna cu plasmă poate fi de acțiune directă (arcul arde între electrod și metalul de bază) și indirectă (arcul arde între electrod și duza pistolului cu plasmă). Jetul de plasmă este comprimat și accelerat sub influența forțelor electromagnetice, exercitând efecte atât termice, cât și gaz-dinamice asupra piesei de sudat. Pe lângă sudarea în sine, această metodă este adesea folosită pentru operațiuni tehnologice de sudare , pulverizare și tăiere .

Procesul de tăiere cu plasmă se bazează pe utilizarea unui arc aer-plasmă de curent continuu de polaritate directă (electrod - catod, metal tăiat - anod). Esența procesului constă în topirea și suflarea locală a metalului topit cu formarea unei cavități tăiate atunci când dispozitivul de tăiere este deplasat în raport cu metalul tăiat.

Sudarea cu fascicul de electroni

Sursa de căldură este un fascicul de electroni , obținut datorită emisiei termoionice din catodul tunului de electroni . Sudarea se realizează în vid înalt (10 −3  - 10 −4 Pa) în camere de vid. De asemenea, este cunoscută tehnologia sudării cu fascicul de electroni într-o atmosferă de presiune normală, când fasciculul de electroni părăsește regiunea vidului imediat în fața pieselor de sudat.

Sudarea cu fascicul de electroni are avantaje semnificative:

  • O concentrație mare de căldură introdusă în produs, care este eliberată nu numai pe suprafața produsului, ci și la o anumită adâncime în volumul metalului de bază. Prin focalizarea fasciculului de electroni, este posibil să se obțină un punct de încălzire cu un diametru de 0,0002 ... 5 mm, care face posibilă sudarea metalelor cu o grosime de la zecimi de milimetru la 200 mm într-o singură trecere. Ca rezultat, este posibil să se obțină cusături în care raportul adâncime de penetrare la lățime este de până la 20:1 sau mai mult. Devine posibilă sudarea metalelor refractare ( wolfram , tantal etc.), ceramică etc. Reducerea lungimii zonei afectate de căldură reduce probabilitatea recristalizării metalului de bază în această zonă.
  • Cantitate mică de aport de căldură. De regulă, pentru a obține o adâncime de penetrare egală în sudarea cu fascicul de electroni, este necesar să se introducă căldură de 4-5 ori mai puțină decât în ​​sudarea cu arc. Ca urmare, deformarea produsului este redusă brusc.
  • Lipsa saturației cu gaze a metalului topit și încălzit. Dimpotrivă, într-un număr de cazuri se observă degazarea metalului de sudură și o creștere a proprietăților sale plastice. Drept urmare, îmbinările sudate de înaltă calitate sunt realizate pe metale și aliaje reactive, cum ar fi niobiu , zirconiu , titan , molibden , etc. O bună calitate a sudării cu fascicul de electroni este realizată și pe oțeluri cu conținut scăzut de carbon, rezistente la coroziune, cupru și cupru. , nichel, aliaje de aluminiu .

Dezavantajele sudării cu fascicul de electroni:

  • Posibilitatea de formare a nefuziunilor și a cavităților în rădăcina sudurii pe metale cu conductivitate termică ridicată și suduri cu un raport mare adâncime-lățime;
  • Este nevoie de mult timp pentru a crea un vid în camera de lucru după încărcarea produselor.

Sudarea cu laser

Sursa de căldură este un fascicul laser . Sunt utilizate toate tipurile de sisteme laser . Concentrația mare de energie, viteza mare a sudării cu laser în comparație cu sudarea cu arc și efectul termic nesemnificativ asupra zonei afectate de căldură datorită ratelor mari de încălzire și răcire a metalului cresc semnificativ rezistența majorității materialelor structurale la formare. de fisuri calde si reci. Acest lucru asigură o calitate înaltă a îmbinărilor sudate din materiale care sunt slab sudate prin alte metode de sudare.

Sudarea cu laser se realizează în aer sau în gaze protectoare: argon, CO 2 . Vidul, ca și în sudarea cu fascicul de electroni, nu este necesar, astfel încât structurile mari pot fi sudate cu un fascicul laser. Fasciculul laser este ușor de controlat și reglat, cu ajutorul sistemelor optice cu oglindă este ușor de transportat și direcționat către locuri greu accesibile prin alte mijloace. Spre deosebire de un fascicul de electroni și un arc electric, acesta nu este afectat de câmpurile magnetice, ceea ce asigură o formare stabilă a cusăturii. Datorită concentrației mari de energie (într-un loc cu un diametru de 0,1 mm sau mai puțin) în timpul sudării cu laser, volumul bazinului de sudură este mic, lățimea zonei afectate de căldură este mică, iar ratele de încălzire și răcire sunt ridicate. Aceasta asigură rezistență tehnologică ridicată a îmbinărilor sudate, mici deformații ale structurilor sudate [10] .

Sudarea cap la cap a materialelor plastice

Sursa de căldură este un element de încălzire plat acoperit cu PTFE . Sudarea este împărțită în 5 etape: încălzirea sub presiune, încălzirea masei, retragerea elementului de încălzire, sudare, solidificare.

Sudarea cu încălzitoare încorporate

Se aplică la sudarea țevilor de polietilenă. Sursa de caldura o reprezinta elementele de rezistenta lipite in priza sudata. La sudarea cu încălzitoare electrice încorporate, țevile din polietilenă sunt interconectate cu ajutorul unor fitinguri speciale din plastic, care au o spirală electrică încorporată din sârmă metalică pe suprafața interioară. Producerea unei îmbinări sudate are loc ca urmare a topirii polietilenei pe suprafețele țevilor și pieselor (cuplaje, coturi, teuri de șa) din cauza căldurii generate de fluxul de curent electric prin sârma spirală și a răcirii naturale ulterioare. a articulației.

Sudarea turnătoriei

Clasa termomecanica

Forja sudare

Primul tip de sudare din istorie. Conectarea materialelor se realizează datorită apariției legăturilor interatomice în timpul deformării plastice cu o unealtă ( ciocan ). În prezent, practic nu este folosit în industrie.

Sudura la contact

La sudare au loc două procese succesive: încălzirea produselor sudate în stare plastică și deformarea plastică a îmbinării acestora. Principalele varietăți de sudare prin contact sunt: ​​sudarea prin puncte de contact , sudarea cap la cap, sudarea în relief, sudarea cusăturii.

Sudarea prin puncte

În sudarea în puncte, piesele sunt prinse în electrozii aparatului de sudură sau clești speciale de sudură. După aceea, între electrozi începe să curgă un curent mare, care încălzește metalul pieselor în punctul de contact al acestora cu temperaturile de topire. Apoi curentul este oprit și „forjarea” este efectuată prin creșterea forței de compresie a electrozilor. Metalul cristalizează atunci când electrozii sunt comprimați și se formează o îmbinare sudată.

sudare cap la cap

Semifabricatele sunt sudate de-a lungul întregului plan al contactului lor. În funcție de calitatea metalului, aria secțiunii transversale a pieselor de prelucrat și cerințele pentru calitatea îmbinării, sudarea cap la cap poate fi efectuată într-unul dintre modalități.

Sudarea cap la cap cu rezistență

Semifabricatele instalate și fixate în mașina de cap sunt presate unul împotriva celuilalt cu o forță de o anumită magnitudine, după care trece un curent electric prin ele. Când metalul din zona de sudare este încălzit la o stare plastică, are loc precipitații. Curentul este oprit până la sfârșitul precipitațiilor. Această metodă de sudare necesită prelucrare și curățare atentă a suprafețelor capetelor pieselor de prelucrat.

Încălzirea neuniformă și oxidarea metalului la capetele pieselor de prelucrat reduc calitatea sudării prin rezistență, ceea ce îi limitează domeniul de aplicare. Odată cu creșterea secțiunii transversale a pieselor de prelucrat, calitatea sudurii scade în mod deosebit semnificativ, în principal datorită formării de oxizi în îmbinare.

Sudare cap la cap cu fulger

Se compune din două etape: topire și precipitare. Piesele de prelucrat sunt plasate în clemele mașinii, apoi curentul este pornit și sunt adunate încet împreună. În acest caz, capetele pieselor de prelucrat se ating în unul sau mai multe puncte. În locurile de contact se formează jumperi, care se evaporă și explodează instantaneu. Exploziile sunt însoțite de o ejecție caracteristică a micilor picături de metal topit din îmbinare. Vaporii de metal rezultați joacă rolul unei atmosfere protectoare și reduc oxidarea metalului topit. Odată cu o convergență suplimentară a semifabricatelor, formarea și explozia de jumperi au loc în alte părți ale capetelor. Drept urmare, piesele de prelucrat sunt încălzite în profunzime, iar la capete apare un strat subțire de metal topit, care facilitează îndepărtarea oxizilor din îmbinare. În procesul de reflux, piesele de prelucrat sunt scurtate cu o anumită alocație. Refluxul trebuie să fie stabil (flux de curent continuu în absența unui scurtcircuit al pieselor de prelucrat), mai ales înainte de răsturnare.

În timpul răsturnării, rata de convergență a pieselor de prelucrat crește brusc, în timp ce se efectuează deformarea plastică pentru o anumită toleranță. Trecerea de la topire la supărare ar trebui să fie instantanee, fără cea mai mică întrerupere. Precipitația începe când curentul este pornit și se termină când curentul este oprit.

Sudarea cap la cap prin fulgere continuă asigură încălzirea uniformă a pieselor de prelucrat peste secțiunea transversală, capetele pieselor de prelucrat nu necesită o pregătire atentă înainte de sudare, este posibilă sudarea pieselor de prelucrat cu o secțiune transversală de formă complexă și o suprafață mare, precum și metale diferite, și permite obținerea unei calități stabile a îmbinărilor. Avantajul său semnificativ este și capacitatea de a automatiza relativ ușor procesul.

Sudarea cap la cap este utilizată pentru conectarea pieselor de prelucrat cu o secțiune transversală de până la 0,1 m 2 . Produsele tipice sunt elemente de structuri tubulare, roți, șine, armături din beton armat, table, țevi.

Sudare prin proiecție

Reliefurile sunt create preliminar pe piesele pentru sudură - cote locale pe suprafață de câțiva milimetri în diametru. În timpul sudării, contactul pieselor are loc de-a lungul reliefurilor, care sunt topite de curentul de sudare care trece prin acestea. În acest caz, are loc deformarea plastică a reliefurilor, oxizii și impuritățile sunt stoarse. După ce curentul de sudare nu mai curge, metalul topit se cristalizează și se formează îmbinarea. Avantajul acestui tip de sudare este posibilitatea de a obține mai multe îmbinări sudate de înaltă calitate într-un singur ciclu.

Sudarea prin difuzie

Sursa curentă pentru sudarea prin difuzie poate fi majoritatea surselor de energie utilizate în sudarea metalelor [~ 4] . Sudarea se realizează datorită difuziei  - pătrunderii reciproce a atomilor produselor sudate la temperatură ridicată. Sudarea se realizează într-o unitate de vid, încălzind îmbinările la 800 °C. În loc de vid , poate fi folosit un mediu cu gaz de protecție . Metoda de sudare difuză poate fi utilizată pentru a crea îmbinări din metale diferite care diferă în proprietățile lor fizice și chimice, pentru a fabrica produse din materiale compozite multistrat .

Metoda a fost dezvoltată în anii 1950 de către N. F. Kazakov.

Sudarea cu curenți de înaltă frecvență

Sursa de căldură este un curent de înaltă frecvență care trece între produsele sudate. Odată cu deformarea plastică și răcirea ulterioară, se formează o îmbinare sudată [11] .

Sudarea prin frecare

Există mai multe scheme de sudură prin frecare , coaxiale a apărut prima. Esența procesului este următoarea: pe echipamente speciale (mașină de sudură prin frecare), una dintre piesele care urmează să fie sudate este instalată într-o mandrină rotativă , a doua este montată într-un etrier fix , care are capacitatea de a se deplasa de-a lungul axei. . Piesa instalata in mandrina incepe sa se roteasca, iar piesa instalata in etrier se apropie de prima si exercita asupra acesteia o presiune suficient de mare. Ca urmare a frecării unui capăt față de celălalt, suprafețele se uzează și straturile de metal din diferite părți se apropie unul de celălalt la distanțe proporționale cu dimensiunea atomilor. Legăturile atomice încep să acționeze (norii atomici generali sunt formați și distruși), ca urmare, apare energia termică, care încălzește capetele semifabricatelor din zona locală la temperatura de forjare. La atingerea parametrilor necesari, cartușul se oprește brusc, iar etrierul continuă să apese pentru mai mult timp, ca urmare, se formează o conexiune integrală. Sudarea are loc în fază solidă, similar forjării.

Metoda este destul de economică. Instalatiile automate de sudura prin frictiune consuma de 9 ori mai putina energie electrica decat instalatiile de sudura prin rezistenta. Piesele sunt conectate în câteva secunde, practic fără emisii de gaze. Cu alte avantaje, se obține o înaltă calitate a sudurii, deoarece nu apar porozitatea, incluziunile și învelișurile. Odată cu constanța modurilor oferite de automatizarea echipamentelor, este asigurată constanța calității îmbinării sudate, ceea ce, la rândul său, face posibilă excluderea unui control scump 100%, asigurând în același timp calitatea. Dezavantajele includ:

  • complexitatea echipamentului necesar;
  • o gamă restrânsă de aplicare a metodei (corpurile de revoluție sunt sudate cap la cap);
  • imposibilitatea aplicarii in conditii de neproductie;
  • diametre ale pieselor sudate de la 4 la 250 mm.

Metoda permite sudarea materialelor diferite: cupru și aluminiu , cupru și oțel , aluminiu și oțel , inclusiv cele care nu pot fi sudate prin alte metode.

Ideea de a suda piesele prin frecare a fost exprimată de strungarul - inventatorul A. I. Chudikov [12] . În anii 1950, folosind un strung simplu , a reușit să conecteze ferm două tije din oțel moale.

Până în prezent, există mai multe scheme de sudare prin frecare: cum ar fi axială, agitare (permite sudarea pieselor staționare), inerțială etc.

Clasa mecanică

Sudarea explozivă

Sudarea se realizeaza prin apropierea atomilor produselor de sudat la distanta de actiune a fortelor interatomice datorate energiei degajate in timpul exploziei . Folosind această metodă de sudare, se obțin adesea bimetale .

Sudarea cu ultrasunete a metalelor

Sudarea se realizează prin apropierea atomilor produselor metalice care se sudează la distanța de acțiune a forțelor interatomice datorate energiei vibrațiilor ultrasonice introduse în materiale. Sudarea cu ultrasunete se caracterizează printr-o serie de calități pozitive, care, în ciuda costului ridicat al echipamentului, determină utilizarea acestuia în producția de microcircuite (sudarea conductorilor cu plăcuțe de contact), produse de precizie, sudarea diferitelor tipuri de metale și metale cu -metale.

Sudarea la rece

Sudarea la rece este o legătură de metale omogene sau neomogene la o temperatură sub temperatura minimă de recristalizare ; sudarea are loc datorită deformării plastice a metalelor sudate în zona de îmbinare sub influența forței mecanice. Pentru a efectua sudarea la rece este necesară îndepărtarea oxizilor și impurităților de pe suprafețele de sudat și aducerea suprafețelor de îmbinat mai aproape de distanța parametrului rețelei cristaline; în practică, ele creează deformații plastice semnificative. Sudarea la rece poate produce îmbinări cap la cap, suprafețe și tee. Înainte de sudare, suprafețele care urmează a fi sudate sunt curățate de contaminanți prin degresare, prelucrare cu o perie de sârmă rotativă și răzuire. La sudarea cap la cap, firele sunt tăiate numai de capetele [13] [14] .
Rezistența îmbinării depinde în mod semnificativ de forța de compresiune și de gradul de deformare a pieselor sudate.

Sudarea la rece poate îmbina, de exemplu, aluminiu , cupru , plumb , zinc , nichel , argint , cadmiu , fier . Avantajul sudării la rece față de alte metode de sudare este deosebit de mare atunci când se îmbină metale diferite care sunt sensibile la căldură sau formează compuși intermetalici atunci când sunt încălzite [15] .

Alte tipuri de sudare

Sudarea vaselor de sânge

Sudarea vaselor de sânge este sudarea vaselor de sânge prin ridicarea temperaturii țesuturilor la 60-70 °C [16] .

Scule si accesorii pentru sudare

Măsuri de siguranță

Lucrările de sudare electrică sunt permise persoanelor care au împlinit vârsta de 18 ani, care au urmat pregătire specială, au certificat de drept de sudare și a doua grupă de calificare pentru securitatea electrică [17] .

Denumiri internaționale ale metodelor de sudare

În practica internațională, sunt adoptate denumiri abreviate pentru metodele de sudare, conform standardului internațional ISO 4063:2009 sau omologul său rus GOST R ISO 4063-2010 [~ 2] . Unele dintre aceste denumiri sunt prezentate mai jos:

Denumirea numerică Denumirea metodei de sudare Abrevierea folosită în SUA
111 Electrod consumabil manual pentru sudare cu arc (electrod acoperit consumabil pentru sudare cu arc) SMAW
114 Sudare cu arc autoecranat cu miez de flux FCAW-S
12 Sudarea cu arc scufundat A VĂZUT
135 Sudura cu electrozi consumabile protejat cu gaz GMAW
136 Sudarea cu arc cu miez flux în gaz activ FCAW-G
141 Sudare cu arc cu electrod de tungsten neconsumabil în gaz de protecție GTAW

Sudarea în artă

Sudarea este adesea văzută ca un subiect al realismului socialist .

Sudor electric. Bust la Muzeul de Artă Socialistă din Sofia Sudarea în spațiu pe o timbru poștal. 2006

Organizații

Procesele de sudare sunt standardizate de Societatea Americană de Sudare și Federația Europeană de Sudare .

Organizații educaționale specializate în sudare: Welding Institute (Anglia), Edison Welding Institute (SUA), Paton Electric Welding Institute (Ucraina), International Welding Institute (Franța).

Vezi și

Note

Note de subsol
  1. Clasificare , Anexă (referință).
  2. 1 2 3 Simboluri , Simboluri ale proceselor.
  3. 1 2 3 4 Sudare , § 111 Informații generale despre sudarea în gaze de protecție., p. 348.
  4. Clasificare , Note 1.
Surse
  1. 1 2 GOST 2601-84 // Sudarea metalelor. Termeni și definiții ale conceptelor de bază. - M. : Editura IPK Standards, 1984.
  2. 1 2 Welding Robots: Technology, System Issues and Application Arhivat 16 august 2021 la Wayback Machine .
  3. Howard B. Cary; Scott C. Helzer Tehnologia modernă de sudare. Upper Saddle River, New Jersey: Pearson Education. (2005). ISBN 0-13-113029-3 .
  4. Romanov R. R.  Simulare computerizată a mișcării robotului pentru sudarea prin puncte de rezistență  // Postulat. - 2018. - Nr 6 . Arhivat din original pe 2 ianuarie 2019.  - art. 119 (9 p.).
  5. Gladkov E. A., Brodyagin V. N., Perkovsky R. A. . Automatizarea proceselor de sudare. - M . : Editura MSTU im. N. E. Bauman , 2014. - 424 p. - ISBN 978-5-7038-3861-7 .  - P. 6-7.
  6. Jurnalele de sudare . Data accesului: 5 ianuarie 2015. Arhivat din original pe 5 ianuarie 2015.
  7. Fundamentele fizice ale sudării // Manual: Sudura în inginerie mecanică . Preluat la 27 iulie 2016. Arhivat din original la 26 iulie 2016.
  8. Clasificarea sudării metalelor. Schema . Site www.gost-svarka.ru . Consultat la 3 noiembrie 2010. Arhivat din original pe 21 septembrie 2011.
  9. Copie arhivată (link nu este disponibil) . Consultat la 8 februarie 2007. Arhivat din original pe 27 septembrie 2007. 
  10. Sudarea cu laser . Consultat la 1 aprilie 2012. Arhivat din original pe 26 martie 2012.
  11. Sudarea de înaltă frecvență . Consultat la 5 ianuarie 2015. Arhivat din original la 4 aprilie 2015.
  12. Sudarea prin frecare . Consultat la 20 decembrie 2013. Arhivat din original la 21 decembrie 2013.
  13. Sudarea la rece a metalelor . Preluat la 7 decembrie 2013. Arhivat din original la 11 decembrie 2013.
  14. Skoybeda A. T. et al. Piese de mașini și elemente de bază ale designului: Manual / A. T. Kuzmin, A. V. Kuzmin, N. N. Makeichik; Sub total ed. A. T. Skoybedy. - Minsk: „Cea mai înaltă școală”, 2000. - 584 p. - 3000 de exemplare. ISBN 985-06-0081-0
  15. Sudarea la rece (link inaccesibil) . Preluat la 7 decembrie 2013. Arhivat din original la 30 mai 2013. 
  16. Sudarea și tehnologiile conexe în medicină . Data accesului: 28 noiembrie 2018. Arhivat din original pe 28 noiembrie 2018.
  17. GOST 12.3.003-86 Sistemul standardelor de securitate a muncii. Lucrări electrice. Cerințe de siguranță

Literatură

Literatura normativă

GOST
  • GOST R ISO 17659-2009 Sudare. Termeni multilingvi pentru îmbinări sudate.
  • GOST R ISO 17659-2009 // Sudare. Termeni multilingvi pentru îmbinări sudate. - M. : FSUE „Standartinform”, 2009.
  • GOST EN 13705-2015 // Sudarea materialelor termoplastice. Echipamente pentru sudare cu gaz fierbinte si sudare prin extrudare. — 2015.
  • GOST 19521-74 // Sudarea metalelor. Clasificare. - 01/01/1975.
  • GOST EN 1011-6-2017 // Sudare. Recomandări pentru sudarea materialelor metalice. Partea 6. Sudarea cu laser. - 01.03.2019.
  • GOST 12.4.254-2013 // Sistemul standardelor de securitate a muncii (SSBT). Echipament individual de protecție pentru ochi și față în timpul sudării și proceselor similare. Specificații generale (după cum au fost modificate). - 01.06.2014.
  • GOST R ISO 4063-2010 // Sudare și procese aferente. Lista și simbolurile proceselor. - 01.01.2012.
  • GOST 8713-79 Sudare cu arc scufundat. Conexiunile sunt sudate. Tipuri de bază, elemente structurale și dimensiuni.
  • GOST 11533-75 Sudare automată și semiautomată cu arc scufundat. Conexiunile sunt sudate la unghiuri acute și obtuze. Tipuri de bază, elemente structurale și dimensiuni.
  • GOST 5264-80 Sudare manuală cu arc. Conexiunile sunt sudate. Tipuri de bază, elemente structurale și dimensiuni.
  • GOST 11534-75 Sudare manuală cu arc. Conexiunile sunt sudate la unghiuri acute și obtuze. Tipuri de bază, elemente structurale și dimensiuni.
  • GOST 14771-76 Sudare cu arc ecranat. Conexiunile sunt sudate. Tipuri de bază, elemente structurale și dimensiuni.
  • GOST 23518-79 Sudare cu arc ecranat. Conexiunile sunt sudate la unghiuri acute și obtuze. Tipuri de bază, elemente structurale și dimensiuni.
  • GOST 14776-79 Sudare cu arc. Imbinari sudate la puncte. Tipuri de bază, elemente structurale și dimensiuni.
  • GOST R ISO 2553-2017 Sudare și procese aferente. Simboluri pe desene. Conexiuni sudate.

Literatură tehnică

  • Cheban V.A. Lucrări de sudare / Redactor director: Oksana Morozova, Redactor tehnic Galina Logvinova. - a 5-a ed. - Rostov-pe-Don: „Phoenix”, 2008. - 412 p. — (Învăţământul profesional primar). - 3000 de exemplare.  — ISBN 978-5-222-13621-8 .
  • Kolganov L. S. Productie de sudare / Redactor director: E. Yusupyants. - Rostov-pe-Don : „Phoenix”, 2002. - 512 p. — (Învăţământul secundar profesional). — 10.000 de exemplare.  — ISBN 5-222-02623-X .
  • Kornienko A. N. La originile „electrohephaestus”. - M . : Mashinostroenie , 1987.
  • Malysh V. M. , Soroka M. M. Sudura electrică. - Kiev : Tehnika, 1986.
  • Krasovsky P.I. , Mntkevich E.K. Sudarea autogenă. — M.: 1926.
  • Lavrov S. I. Prelucrarea autogenă a metalelor. - Berlin , 1925.
  • Contact echipamente de sudare / VV Smirnov. - Manual de referință. - Sankt Petersburg. : Energoatomizdat , 2000. - 848 p. — ISBN 5-283-04528-5 .
  • Sidorov M.A. Lămpile electrice de sudură fac semn. - M. : „ Cunoașterea ”, 1985.
  • Achenbach F.U. , Lavroff S. Elektrlsches und autogenes Schweissen und Schneiden von Metallen. - Berlin , 1925.
  • Pochekutov E. B. TCM ca cunoaștere a vieții. — Krasnoyarsk , 1985
  • Nikolaev G. A. Sudarea în inginerie mecanică: O carte de referință în 4 volume - M .: Mashinostroenie , 1978 (1-4 volume).