2. Термічні способи зварювання

Термічне зварювання здійснюють за рахунок часткового плавлення елементів з'єднання. Кромки цих елементів (основний метал) і, в біль­шості випадків, присадний (додатковий) метал розплавляють, утворю­ючи загальну зону розплаву (зварювальну ванну). Після віддалення джерела теплоти, розплавлений метал затвердіває, утворюючи зварний шов, який з'єднує зварювальні елементи.

Найпоширенішим способом термічного зварювання є електродуго­ве. Джерелом теплоти при дуговому зварюванні служить електрична дуга, яка виникає між електродом і заготівкою.

Дугове зварювання виконують ручним, напівавтоматичним і авто­матичним способами.

Вироби великої товщини найчастіше зварюють цими способами.

Ручне дугове зварювання виконують зварювальними електродами, які подають в дугу і перемішують вздовж заготівки.

Ручне зварювання зручне при виконанні коротких і криволінійних швів в будь-яких просторових положеннях – нижньому, вертикально­му, горизонтальному, при накладенні швів у важкодоступних місцях, а також при монтажних роботах і збиранні конструкцій складної форми.

При напівавтоматичному зварюванні електродний дріт подається автоматично, дуга переміщується вручну.

Д ля автоматичного дугового зварювання під флюсом використовують непокритий електродний дріт і флюс – порошкоподібні сполуки для захисту дуги і зварювальної ванни від кисню (окиснення) та азоту повітря (рис. 16.3). Подача і переміщення електродного дроту механізо­вані, процеси запалювання дуги автоматизовані.

Автоматичне зварювання під шаром флюсів виключає недоліки ручного і напівавтоматичного зварювання – малу продуктивність і не­достатню якість шва.

На рис. 16.3 приведена схема автоматичного дугового зварювання під шаром флюсів, де показані дуга 4 та зварювальна ванна, що утво­рилася від плавлення електродного дроту 2 та країв виробу 1, щільно закриті шаром флюсів 3. Поверхня розплавленого металу 5 покрита розплавленим шлаком 6. Зварний шов 8 прикритий твердою шлаковою кіркою 7.

Порівняно з ручним зварю­вання під шаром флюсів має швидкість та продуктивність у 5 – 10 разів більшу, якість шва кращу, собівартість 1 м шва знач­но меншу, витрати електроенер­гії у 1,5 рази менші.

Автоматичне зварювання під флюсом застосовується в серій­ному і масовому виробництвах для виконання довгих прямолі­нійних і кільцевих швів в нижньо­му положенні на металі товщи­ною 2 – 100 мм. Автоматичне зва­рювання широко застосовують при виготовленні казанів, резер­вуарів для зберігання рідин і газів, корпусів судів, мостових балок і інших виробів. Для автоматич­них ліній по виготовленню звар­них автомобільних коліс, звар­них прямошовних та інших труб цей вид зварювання є головним.

Електрошлакове зварювання розроблено спеціалістами ін­ституту електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України. При електрошлаковому зварю­ванні (рис. 16.4) основний і елект­родний метали розплавляються т еплотою, що виділяється при проходженні електричного стру­му через шлакову ванну. Процес електрошлакового зварювання починається з утвореннях шла­кової ванни в просторі між кром­ками основного металу і форму­ючими пристроями – повзунами. Між вертикально встановле­ними деталями 6, приставною початковою планкою 9 і повзунами 7 подають флюси і один або кілька електродних дротів 4, що знаходяться в електродотримачі 5. Після розплавлений флюсів і утворення достатньої кількості розплаву 3 елект­родний дріт опускають у розплав і горіння дуги припиняється. Струм продовжує проходити крізь розплав, продовжується подальше плав­лення флюсів, країв виробів та електродного дроту. Метал, що потрап­ляє до зварювальної ванни 2 під час проходження через флюси, очи­щається від сірки, неметалевих включень, газів тощо. Шов 8 форму­ється між повзунами, які охолоджуються водою 1.

Електрошлакове зварювання має ряд переваг в порівнянні з авто­матичним зварюванням під флюсом: підвищену продуктивність, кра­щу макроструктуру шва і менші витрати коштів на виконання 1 м звар­ного шва.

Електрошлакове зварювання широко застосовують у важкому ма­шинобудуванні для виготовлення ковано-зварних і лито-зварних конструкцій таких, як станини і деталі могутніх пресів і станків, колінчасті вали судових дизелів, ротори і вали гідротурбін, казани ви­сокого тиску.

При газовому зварюванні місце з'єднання нагрівають до розплав-лення високотемпературним газовим полум'ям. При нагріванні газо­зварювальним полум'ям кромки заготівок, що зварюються, розплавля­ються, а зазор між ними заповнюється металом, який вводять в по­лум'я пальника зовні. Газове полум'я отримують при згорянні горючо­го газу (ацетилену, водню або природного газу) в атмосфері технічно чистого кисню. При газовому зварюванні заготівки нагріваються більш плавно, ніж при дуговому; це і визначає основні області його застосування: для зварювання листових і трубчастих конструкцій з маловуглецевих і низьколегованих сталей завтовшки до 5 мм; при вип­равленні дефектів на виливках із чавуну і бронзи; для зварювання легкоплавких кольорових металів і сплавів та виконання наплавочних робіт.

При збільшенні товщини металу продуктивність газового зварю­вання різко знижується. При цьому за рахунок повільного нагріву вироби, що зварюються, значно деформуються. Це обмежує використан­ня газового зварювання.

Електронно-променеве, лазерне та плазмове зварювання. Для зварювання нержавіючих металів, сплавів на основі алюмінію та титану, кераміки та металокераміки використовують електронно-променеве зварювання.

Зварювання відбувається у вакуумних камерах.

Для з'єднання виробів із міді та танталу, вольфраму і алюмінію, ме­талів із неметалами, а також у випадках приварювання контактів напівпровідникових пристроїв, тонкоплівкових схем використовують лазери.

Для з'єднання напівпровідникових матеріалів га діелектриків використовують плазмове зварювання.

Плазмовим зварюванням можна з'єднувати вироби товщиною 0,08 – 5 мм.