Metode și tehnologii pentru sudarea metalelor

Sudarea este o metodă de îmbinare a pieselor dintr-un material omogen: plastic cu plastic, metal și metal. La sudare, suprafețele de contact se topesc sau se contractă strâns. În zona de contact este fuziunea a două materiale într-una. Rezultatul este o legătură puternică strânsă a celor două suprafețe.

Sudarea este o combinație de părți fabricate din același material pentru a forma un singur model.

Sucurile de sudare metalice sunt utilizate pentru o conexiune ermetică calitativă a pieselor critice: elemente de conducte, caroserie (autobuz, plan), pereți și porți de garaj metalic, suporturi orizontale pentru bare sportive, racordarea armăturii în interiorul unui perete de beton și multe altele. Ce tipuri de sudura folosesc tehnologia moderna de sudare? Cum se face sudarea metalului corect?

Tipuri de sudare a suprafețelor metalice

Sudarea metalelor se poate realiza prin topirea suprafețelor de contact sau prin compresia lor. În acest caz, procesele de sudare sunt numite:

• sudare prin fuziune (sau topire);
• sudare prin deformare plastică.

Clasificarea principalelor tipuri de sudare.

Deformarea poate fi realizată cu sau fără preîncălzire. Deformarea suprafețelor fără încălzire se numește sudare la rece. Cu compresie densă, atomii de materiale diferite sunt în apropiere și formează legături interatomice. Se produce conexiunea la suprafață.

În timpul sudării prin fuziune, suprafețele de îmbinare sunt încălzite și topite local. De multe ori, se utilizează un al treilea material (material de umplutură) care se topește și umple spațiul dintre două metale. În același timp, în topitura lichidă se formează legături interatomice între materialul principal și aditivul (electrod topit). După răcire și solidificare se formează o sudură solidă.

Încălzirea locală a pieselor pentru sudare poate fi efectuată prin curent electric sau gaz de ardere. În consecință, conform metodei de încălzire locală, sudarea este împărțită în două tipuri:

• electric (inclusiv electroslag, electrofluid, laser);
• de gaz.

Numele sunt determinate de sursa de căldură utilizată. Electricitatea poate funcționa atât direct, cât și indirect. În cazul utilizării directe, energia electrică încălzește electrodul de metal și de umplere datorită trecerii curentului prin el sau apariției unui arc. În cazul utilizării indirecte, diferitele energii obținute prin acțiunea energiei electrice: energia zgurii topite prin care curge curentul, energia electronilor într-un câmp electric, fasciculul laser care apare atunci când este aplicată energia electrică.

Clasificarea tipurilor de sudare electrică.

Sudarea suprafețelor metalice poate fi efectuată în mod manual sau automat. Unele tipuri de îmbinări sudate sunt posibile numai cu ajutorul automatizării (de exemplu, electroslag sau cusătura), altele sunt disponibile pentru dispozitivele de sudare manuale.

Sudarea electrică este reprezentată de două metode:

• arc electric;
• contact electric.

Să analizăm în detaliu modul în care îmbinarea suprafețelor are loc în timpul sudării prin arc și contact.

Sudarea cu arc electric a metalelor si electrocontacte

Lucrări cu arc electric

Acest tip de sudură folosește pentru a încălzi căldura unui arc electric. Arcul format între suprafețele metalice este o plasmă. Interacțiunea suprafețelor metalice cu plasma determină încălzirea și topirea lor.

Principiul de funcționare a sudării cu arc electric.

Sudarea prin arc electric poate fi realizată cu ajutorul unui electrod consumabil sau a tipului său non-consumabil (grafit, cărbune, tungsten). Electrodul de topire este simultan agentul cauzator al arcului electric și furnizorul metalelor de umplutură. Cu un electrod non-consumabil, o tijă este utilizată pentru a excita arcul, care nu se topește. Materialul de umplutură este introdus separat în zona de sudură. Când arcul este ars, aditivul se topește și marginile părților, baia de lichid rezultată formează o cusătura după solidificare.

În unele procese tehnologice, îmbinarea suprafețelor are loc fără depozitarea materialului de umplutură, numai prin amestecarea celor două metale comune. Așadar, produceți electrodul de tungsten de sudare.

Dacă un arc electric nu arde liber, ci este comprimat de o lanternă cu plasmă, iar plasma unui gaz ionizat este suflată prin el, atunci acest tip de sudură se numește plasmă. Temperatura și puterea sudării în plasmă sunt mai mari, deoarece în timpul comprimării arcului se atinge o temperatură mai ridicată a arderii, ceea ce permite sudarea metalelor refractare (niobiu, molibden, tantal). Gazul plasmatic este, de asemenea, un mediu de protecție pentru conectarea metalelor.

Protecția metalului topit și alierea prin contact electric

Schema de sudare electrocontacte.

Dacă în timpul arcului de ardere a suprafețelor metalice se protejează împotriva oxidării prin gaz sau vid, atunci o astfel de îmbinare se numește sudura într-un mediu de protecție. Protecția este necesară pentru sudarea metalelor active din punct de vedere chimic (zirconiu, aluminiu), a pieselor critice din aliaje aliate. Protecția sudării cu alte substanțe este posibilă: flux, zgură, sârmă tubulară. În consecință, metodele de sudura folosite au fost denumite: sudura cu arc submersibil, sudura electroslag, vid. Toate acestea reprezintă o variantă a metodei arcului electric, folosind un mediu de protecție diferit pentru a preveni oxidarea topiturii, schimbarea compoziției sale chimice și pierderea proprietăților îmbinării sudate.

Sudarea electrică utilizează căldura generată la punctul de contact dintre cele două suprafețe care trebuie sudate. În acest fel, se realizează sudarea pe puncte: piesele sunt presate unul pe celălalt până când se ating în mai multe puncte. Punctele de contact vor fi locuri cu rezistență maximă și încălzire maximă a suprafeței. Datorită acestei încălziri, elementele metalice sunt topite și îmbinate în punctele de contact.

Tehnica de sudura cu arc electric

Principiul conectării și funcționării sudării cu arc electric.

Tehnologia de sudare a metalelor folosind un arc electric constă într-o secvență de acțiuni de organizare a lucrării mașinii de sudură și efectuarea directă a sudării.

Pregătirea constă în instalarea unui invertor de sudură, selectarea electrozilor și realizarea marginii necesare a muchiei (pregătirea suprafeței).

După instalarea mașinii de sudură la locul de sudură, firul de contact cu ajutorul unui "crocodil" (terminal de legătură) este fixat pe una dintre suprafețele metalice de contact. Aparatul de sudare este pornit și curentul său este setat de regulatorul de curent. Rezistența curentului este determinată de mărimea electrodului și de grosimea pieselor care trebuie sudate. Pentru un electrod cu un diametru de 3 mm, curentul ar trebui să corespundă la 80-100 A.

Dacă suprafața metalului este vopsită sau oxidată pentru a forma un strat de rugină, acesta trebuie zgâriat cu o perie metalică pentru a asigura contactul adecvat în articulație.

Se determină tipul de îmbinare a suprafețelor de contact:

• cap la cap
• tur;
• unghiulară;
• T-bar;
• Mecanice.

Tipuri de îmbinări și cusături sudate.

Să analizăm în detaliu caracteristicile sudării diferitelor tipuri de îmbinări. Îmbinarea cap la cap necesită adesea pregătirea preliminară a marginilor suprafețelor care urmează să fie sudate: muchiile sunt făcute de-a lungul marginilor lor. Înclinările în formă de V se realizează de-a lungul marginilor foilor cu grosimi de 5 până la 15 mm, înclinate în formă de X - pe foi cu o grosime mai mare de 15 mm. Îndepărtarea muchiei în formă de V la joncțiunea suprafețelor permite obținerea unei adâncituri care este utilizată pentru sudură. Formatele în formă de X sugerează prezența canelurilor și realizarea sudurilor pe ambele părți ale articulației.

Colțul și îmbinările T pot fi de asemenea făcute cu muchii tăiate (cu suprafața de tăiere) sau fără tăieturi și tăieturi (în funcție de grosimea secțiunii sudate).

Conectorii în formă de T și angulare vă permit să conectați părți de grosime diferită. Poziția electrodului trebuie să fie mai verticală față de suprafața, care are o grosime mai mare.

Electrozi pentru sudare: tipuri și selecție

Electrodul pentru sudare este o bară de metal acoperită cu un strat de acoperire. Compoziția de acoperire este concepută pentru a proteja metalul de sudură de ardere în timpul oxidării. Fluxul deplasează oxigenul din metalul topit, care împiedică oxidarea și eliberează gazul de protecție, care previne de asemenea oxidarea. Compoziția stratului de acoperire include următoarele componente:

Schema electrodului pentru sudare: 1 - tija; 2 - secțiune de tranziție; 3 - acoperire; Capăt cu 4 pini fără acoperire; L este lungimea electrodului; D este diametrul acoperirii; d este diametrul nominal al tijei; l este lungimea capătului despicat

• stabilizatoare de aprindere și de combustie (potasiu, sodiu, calciu);
• protecție împotriva formării de zgură (spar, silice);
• formare de gaz (făină de lemn și amidon);
• compuși de rafinare (pentru îndepărtarea și legarea sulfului și a fosforului, impurități dăunătoare pentru sudarea metalelor);
• elemente de aliere (dacă cusătura necesită proprietăți speciale);
• lianți (sticlă lichidă).

Electrozii disponibili în comerț au un diametru de 2,5 până la 12 mm; pentru sudarea manuală sunt utilizați cei mai mulți electrozi de 3 mm.

Alegerea diametrului electrodului este determinată de grosimea suprafețelor sudate, adâncimea necesară de penetrare. Există tabele care oferă valorile recomandate pentru diametrele electrozilor în funcție de grosimea suprafețelor care se topește. Trebuie să știți că este posibilă o micșorare a diametrului electrodului, mărind în același timp timpul necesar pentru efectuarea procesului. Electrodul cu diametru mai mic permite o mai bună control a procesului, care este important pentru un sudor novice. Un electrod mai subțire poate fi mișcat mai lent, ceea ce este important în procesul de învățare.

Caracteristicile sudurii cu arc: definiție și semnificație

Înainte de sudare, se determină caracteristicile optime ale procedeului de sudare:

Tabel de selecție a curentului pentru sudare.

1. Rezistența curentului (reglabilă pe mașina de sudură). Curentul este determinat de diametrul electrodului și de materialul de acoperire al acestuia, localizarea cusăturii (verticală sau orizontală), grosimea materialului. Cu cât materialul este mai gros, cu atât este mai mare curentul necesar pentru încălzirea penetrării. Curentul insuficient nu topeste complet sectiunea transversala a cusaturii, ca urmare a lipsei de penetrare. Prea mult curent va duce la topirea excesiv de rapidă a electrodului atunci când metalul de bază nu este încă topit. Valoarea curentă recomandată este indicată pe ambalajul electrodului.
2. Proprietăți actuale (polaritate și sex). Cele mai multe dispozitive de sudare folosesc curent continuu, sunt transformate din curent prin redresorul încorporat în aparat. La un curent constant, fluxul de electroni se deplasează într-o direcție (specificată prin polaritate). Polaritatea de sudare determină direcția fluxului de electroni. Polaritățile existente sunt exprimate în conexiunea electrodului și a părții:

• o linie dreaptă - un detaliu la "+" și un electrod la "-";
• inversul este detaliul la "-", electrodul la "+". Datorită mișcării electronilor de la "minus" la "plus", se produce mai multă căldură la polul pozitiv al "+" decât la negativul "-". Prin urmare, polul pozitiv este plasat pe elementul care necesită încălzire mai importantă: fontă, oțel de 5 mm grosime sau mai mult. Astfel, polaritatea directă asigură o penetrare profundă. La conectarea pieselor și foilor cu pereți subțiri se aplică polaritatea inversă.

1. Tensiunea arcului (sau lungimea arcului) este distanța între capătul electrodului și suprafața metalică. Pentru un electrod cu diametrul de 3 mm, lungimea recomandată a arcului este de 3,5 mm.

Cum se realizează sudarea cu arc: tehnologia

Începutul sudurii: secvența de aprindere în arc

Metode de arc de sudare prin aprindere

Pentru a crea un arc, un nou electrod este introdus în clemă și prins pe o suprafață tare pentru a îndepărta acoperirea de pe capătul său de lucru. Sub zgură este un aditiv de metal, zgura în sine servește ca izolație și închide aditivul de la aprindere. După aceea, tija electrodului este adusă mai aproape de suprafața metalică la o distanță minimă de 3-5 mm, evitând contactul. În acest caz, electrodul este ținut la un unghi față de suprafața metalului sudat. Tehnologia de sudare a metalelor cu un electrod reglează unghiul de înclinare al electrodului în cantitate de 60-70 ° C. Din punct de vedere vizual, acest unghi este perceput ca fiind aproape vertical, cu o ușoară părtinire.

Pentru a aprinde arcul, electrodul este lovit de suprafața metalului, ca de exemplu aprinderea unui meci pe o cutie de sulf.

Dacă electrodul este prea aproape de suprafața metalică care trebuie sudată, se va produce lipirea și scurtcircuitarea. Pentru cei care încep să gătească, electrodul se lipeste frecvent. Odată cu dobândirea abilității localizării corecte a electrodului deasupra metalului, nu ar trebui să se producă o distanță optimă de lipire. Un electrod aderent poate fi rupt prin înclinarea în altă direcție sau prin oprirea mașinii de sudură.

Dacă electrodul se lipeste prea des, este posibil ca curentul să nu fie suficient de înalt, trebuie să fie mărit.

La distanța optimă corectă a electrodului de la punctul de sudură (aproximativ 3 mm), se formează un arc cu o temperatură de aproximativ 5000-6000 ° C. După aprinderea arcului, electrodul poate fi ușor ridicat de pe suprafața de lucru cu câțiva milimetri.

Transferul electrodului și piscina de sudură

Schema bazinului de sudare.

Atunci când electrodul și materialul de bază se topește, se formează un bazin de sudură (un bazin de metal topit).

Electrodul și arcul împreună cu baia sudată (zona de metal topit) se mișcă ușor de-a lungul liniei de conectare. Viteza de deplasare a electrodului este determinată de viteza de topire a metalului și de modificarea culorii acestuia. Mișcarea rapidă a electrodului se realizează atunci când se lucrează cu foi subțiri, se încălzește rapid și se formează cu ușurință o baie sudată. Electrodul cu mișcare lentă este aplicat pe îmbinări masive groase.

Forma mișcării electrodului (drept, zig-zag, bucle) este determinată de lățimea sudurii și adâncimea de penetrare. Electrodul se poate deplasa drept (drept) cu o lățime mică de sudură. El poate mișca bucle, zig-zag, dacă trebuie să fierbe suficientă lățime și profunzime a conexiunii. Variantele mișcării electrodului sunt prezentate în figura 1.

Figura 1. Moduri de deplasare a electrodului.

Proeminența cusăturii după solidificarea bazinului de sudură este determinată de poziția electrodului în timpul sudării. Dacă electrodul este situat aproape vertical, cusătura va fi netedă, iar penetrarea va fi adâncă. Un aranjament mai înclinat al electrodului formează o suprafață convexă a îmbinării sudate și o reducere a profunzimii penetrării. Înclinarea electrodului depune prea mult arcul în direcția cusăturii, ceea ce face dificilă controlul procesului de sudare.

Pentru un compus de înaltă calitate, baia topită trebuie să aibă margini subțiri, să fie suficient de lichidă și să se miște în mod ascuns în spatele electrodului.

O baie într-un filtru de lumină (prin sticlă întunecată) arată ca o suprafață portocalie cu valuri. Aspectul băii de culoare portocalie (o picătură de topitură lichidă) poate fi considerat un indicator al mișcării ulterioare a electrodului. Aceasta înseamnă că, dacă apare o culoare portocalie, mutați electrodul în continuare câteva milimetri.

Diagrama dispozitivului și indicatorii principali ai bazinului de sudură.

La sfârșitul penetrării este necesară creșterea mărimii piscinei de sudură. Pentru a face acest lucru, electrodul trebuie ținut deasupra acestui punct timp de câteva secunde mai mult.

Dacă apare o penetrare a materialului, este necesar să se reducă cantitatea de curent și să se ia un alt electrod (cu diametru mai mic). Arsurile arse se lasă să se răcească, să scuture zgura din ele și apoi să se fierbe.

După sudură, trebuie să bateți cu un ciocan pe sudura. Aceasta va elimina scara din aceasta și va verifica vizual îmbinarea sudată pentru orice discontinuitate sau penetrare slabă.

Tehnologia sudării contactului, a cusăturii și a gazelor de metale

Tehnologia de sudare a metalelor prin contacte are unele particularități. Curentul este conectat la piesele de sudat, după care sunt aduse la contact. Punctele de contact apar de-a lungul suprafeței articulației cap la cap, în care pentru câteva secunde metalul este încălzit înainte de topire. După aceea, curentul este oprit și suprafețele cap la cap sunt presate unul împotriva celuilalt, asigurând un contact strâns cu punctele de topire.

Tehnologia de sudare a cusăturilor.

Când sudarea prin sudură funcționează de sudare mașină. Acest tip de sudare permite obținerea unei cusături uniforme pe suprafețele lungi ale foilor. În aparatul pentru electrozi de sudură prin cusătură sunt role rotative. Foi de metal conectate sunt trecute între ele.

Sudarea cu gaz utilizează căldură pentru a oxida gazul combustibil cu o valoare calorică ridicată, cum ar fi acetilena, propanul sau butanul. Gazul și oxigenul sunt amestecate în interiorul arzătorului, din care iese flacăra.

Electroslagul este un tip de sudare într-un mediu de protecție. În această operațiune tehnologică, zgura este un material de protecție care protejează metalul topit de contactul cu aerul. Acest tip de sudare se efectuează automat.

Echipament: alegerea mașinii de sudură și a mijloacelor de protecție

Pentru a vă proteja ochii de arsuri în timpul sudării, trebuie să utilizați o mască cu un filtru de lumină.

Pentru a efectua sudarea, este necesară o cantitate mare de curent electric, care este alimentată pe electrod. Un dispozitiv modern care asigură un flux constant de curent către locul de sudare se numește invertor. Modelele mai vechi ale mașinilor de sudură au dimensiuni voluminoase și o greutate considerabilă, invertoarele noi sunt transferate cu ușurință, nu determină scăderea rețelei (această stare se reflectă în pierderea de tensiune și în clipirea becurilor în clădirea apartamentului sau pe întregul sector al sectorului privat). Mulți invertoare moderne au protecție la scurtcircuit. Când electrodul se lipeste, dispozitivul invertor se oprește automat.

Inventar de protecție: o mască cu un filtru de lumină (sticlă întunecată). Filtrul de lumină protejează ochii de arsuri. Fără ea, puteți obține arsuri corneene în grade diferite: de la plămâni, când există un sentiment de prezență de nisip în ochi, la cei severi, atunci când este imposibil să restabilească vederea.

Calitatea protecției filtrului de lumină este determinată de numărul. Cu cât electrodul este mai gros și cu cât este mai mare curentul de sudare, cu atât mai puternic este un filtru de lumină pentru a proteja vederea.

Stăpânind subtilitățile de a lucra cu o mașină de sudură, menținând distanța corectă a arcului, înclinația electrodului formează abilitățile sudorului. Profesionalismul este determinat de capacitatea de a gestiona procesul, de a obține suprafețe de conectare de înaltă calitate.

Invertoarele moderne de sudură oferă posibilitatea de a stăpâni arta sudorului independent și de a efectua lucrări de sudură cu propriile sale mâini.