Инженер – Электрическая сварка и пайка чёрных и цветных металлов (страница 2)

Поддержание дуги за счёт термоэлектронной эмиссии и вторичной ионизации.

Теплопередача в зоне сварки:

кондукция (теплопроводность металла);

конвекция (движение расплавленного металла в сварочной ванне);

излучение (от дуги и нагретых поверхностей).

Плавление металла:

локальный нагрев до температуры плавления;

образование сварочной ванны — объёма расплавленного металла;

перемешивание основного и присадочного материалов;

кристаллизация при остывании с формированием сварного шва.

2.2. Химические процессы в зоне сварки и пайки

Окисление металлов — одна из основных проблем:

взаимодействие с кислородом воздуха;

образование оксидных плёнок на поверхности металла;

ухудшение смачиваемости и качества соединения.

Взаимодействие с газами:

азот — вызывает пористость в стальных швах;

водород — приводит к образованию трещин и пор;

углерод — может выгорать, изменяя свойства стали.

Роль защитных сред:

флюсы — расплавляются и создают шлаковый покров, изолирующий металл от воздуха;

защитные газы (аргон, гелий, CO₂) — вытесняют воздух из зоны сварки;

вакуум — используется в специальных процессах для исключения взаимодействия с газами.

2.3. Формирование сварного шва и паяного соединения

Кристаллизация металла:

начинается от границ зоны термического влияния;

рост кристаллов происходит перпендикулярно границе сплавления;

скорость охлаждения влияет на размер зёрен и свойства шва.

Диффузионные процессы:

взаимное проникновение атомов соединяемых материалов;

выравнивание химического состава в зоне соединения;

при пайке — диффузия припоя в основной металл.

Структура сварного соединения:

сварной шов (металл, кристаллизовавшийся после сварки);

зона термического влияния (ЗТВ) — участок основного металла с изменённой структурой;

основной металл — неизменённая часть детали.

2.4. Влияние температуры на структуру и свойства металлов

Изменения в структуре:

рост зерна при нагреве выше критических температур;

фазовые превращения в стали (аустенизация, мартенситное превращение);

рекристаллизация в цветных металлах.

Остаточные напряжения:

возникают из‑за неравномерного нагрева и охлаждения;

могут приводить к деформациям и трещинам;

снижаются путём термообработки (отпуск, нормализация).

Деформации:

коробление конструкций;

угловые и продольные искажения;

минимизируются правильной технологией сборки и сварки.

2.5. Особенности металлургических процессов для разных металлов

Чёрные металлы (стали):

углеродистые стали — относительно простая сварка, но возможны закалочные структуры;

легированные стали — требуют предварительного подогрева и термообработки;

чугун — склонность к трещинам, часто используют пайкосварку.

Алюминий и сплавы:

высокая теплопроводность — требуется повышенный ток;

тугоплавкая оксидная плёнка (Al2O3) — необходима защита аргоном или специальные флюсы;

большая усадка — склонность к горячим трещинам.

Медь и сплавы (латуни, бронзы):

очень высокая теплопроводность — нужен мощный источник тепла;

склонность к пористости из‑за растворения водорода;

латуни — испарение цинка при сварке.

Титан:

требует абсолютной защиты от воздуха (аргон высокой чистоты, камеры с контролируемой атмосферой);

при нагреве активно взаимодействует с кислородом, азотом, водородом;