Краткие сведения из истории сварки

Конспект лекций по сварке доцента каф. 104 Варухи Н. А.

1. Введение. 2

1.1 Краткие сведения из истории сварки. 5

1.2 Классификация сварки. 8

2. Процессы нагрева при сварке. 9

2.1 Общие сведения о нагреве при сварке и источниках нагрева. 9

2.2 Пламя газовой горелки. 11

2.3 Электрическая дуга. 12

2.4 Струя плазменной горелки. 17

2.5 Электронный луч. 18

2.6 Луч лазера. 19

2.7 Трение как источник тепла при нагреве. 21

2.8 Джоулево тепло при сварке. 23

2.9 Основные законы, используемые для определения температуры при сварке. 27

3. Способы сварки термического класса. 30

3.1 Дуговая сварка (ДС). 30

Классификация дуговой сварки. 30

Дуга как источник нагрева при ДС. 32

Вольтамперная характеристика дуги (ВАХД). 35

Источники питания (ИП) для дуговой сварки. 36

Требования к ИП.. 36

Источники питания переменного тока для РДС (сварочные трансформаторы). 37

Источники постоянного тока для дуговой сварки. 41

3.2 Дуговая сварка в среде защитных газов. 43

Виды газовой защиты.. 43

Защитные свойства различных газов. 45

Электродные сварочные материалы.. 46

Аргонодуговая сварка. 47

Основные параметры аргонодуговой сварки. 50

Достоинства и недостатки аргонодуговой сварки. 52

Область применения аргонодуговой сварки. 53

Дуговая сварка в среде гелия. 54

Дуговая сварка в среде углекислого газа. 54

3.3 Атомно-водородная сварка. 56

3.4 Плазменная сварка. 57

Сущность плазменной сварки, схема плазмотрона. 57

3.5 Электрошлаковая сварка. 60

Параметры режима электрошлаковой сварки. 63

Оборудование для электрошлаковой сварки. 64

Достоинства электрошлаковой сварки. 66

Недостатки электрошлаковой сварки. 66

Область применения электрошлаковой сварки. 67

3.6 Электронно-лучевая сварка. 68

Оборудование для электронно-лучевой сварки. 71

Достоинства электронно-лучевой сварки. 75

Недостатки электронно-лучевой сварки. 76

3.7 Лазерная сварка. 76

Свойства лазерного излучения. 77

Сварочные установки с твердотельным лазером.. 79

Сварочные установки с газовым лазером.. 82

Достоинства и недостатки лазерной сварки. 84

Область применения лазерной сварки и резки. 85

4. Термомеханический класс. 85

4.1 Контактная сварка. 85

Контактная точечная сварка. 87

Основные параметры режима точечной сварки. 90

Влияние основных параметров режима точечной сварки на прочность сварной точки. 91

Шунтирование тока. 93

Разновидности точечной сварки. 94

Оборудование для точечной сварки. 96

Низкочастотные машины.. 99

Конденсаторные машины для точечной сварки. 101

Клеесварные соединения. 103

Требования к конструированию узлов и деталей под контактную точечную и шовную сварку. 106

Особенности точечной и шовной сварки отдельных металлов и сплавов. 107

4.2 Контактная стыковая сварка. 110

Стыковая сварка сопротивлением.. 110

Стыковая сварка оплавлением.. 111

Машины для стыковой сварки. 112

Проектирование узлов и деталей под стыковую сварку. 113

Конструкция и проектирование оснастки. 114

4.3 Диффузионная сварка. 114

Технологические особенности диффузионной сварки. 115

Защитные среды при диффузионной сварке. 116

Особенности диффузионной сварки различных материалов. 117

Оборудование для диффузионной сварки. 120

4.4 Индукционно-прессовая сварка. 122

5. Механические виды сварки. 125

5.1 Холодная сварка. 125

5.2 Сварка трением. 5

5.3 Ультразвуковая сварка. 12

5.4 Сварка взрывом. 16

5.5 Магнитоимпульсная сварка. 23

6. Пайка. 25

6.1 Сущность процесса пайки металлов. 25

6.2 Припои для пайки. 27

6.3 Способы пайки. 29

Способы по формированию паяного шва. 30

Способы пайки по устранению окисной пленки. 35

Способы пайки по нагреву. 36

7. Контроль качества сварных соединений. 43

7.1 Методы контроля и управления качеством сварных соединений. 43

Факторы качества сварных соединений. 43

Типы и виды дефектов. 44

Классификация методов контроля. 46

7.2 Физические методы неразрушающего контроля. 47

Радиационные методы контроля. 47

Радиографические методы контроля. 49

Радиоскопические методы контроля. 51

Радиометрические методы контроля. 54

7.3 Ультразвуковые методы контроля. 55

Физические основы и классификация методов. 55

Особенности ультразвукового контроля сварных соединений. 60

7.4 Магнитные и электромагнитные методы контроля. 63

Физические основы и классификация методов. 63

Магнитные методы контроля. 64

7.5 Капиллярные методы контроля. 66

7.6 Методы контроля сварных соединений течеисканием. 68

7.7 Статистические методы управления качеством сварки. 69

Введение

Сварка, как прогрессивный способ получения неразъемных соединений, заняла ключевые позиции во всех отраслях машиностроения. Применение сварки во многих отраслях промышленности является одним из основных факторов, определяющих технический прогресс и эффективность производства. В технически развитых странах мира большое внимание уделяется развитию сварочной науки, созданию новых видов сварки, производству автоматизированных сварочных машин, роботизированных сварочных линий и комплексов, применению прогрессивных сварных конструкций, обеспечивающих экономию металла, улучшение качества изделий, снижение трудоемкости и стоимости сварных конструкций. Благодаря творческому труду ученых, инженеров, научно-исследовательских институтов, ВУЗов, предприятий сварочная наука и производство в Украине стоит на высоком научно- техническом уровне.

Широкое применение сварки в машиностроении обусловлено возможностью создания наиболее целесообразных и одновременно технологичных конструкций из заготовок и деталей, полученных наиболее рациональными методами изготовления (штамповкой, прокаткой, литьем, ковкой). Сварные конструкции можно изготовить более легкими на 15-20 %, что особенно важно при производстве летательных аппаратов. До недавнего времени при производстве планеров самолетов из алюминиевых сплавов преобладала клепка. С переходом на новые материалы (жаропрочные, нержавеющие стали, титановые сплавы и др.) сварка стала основным технологическим процессом изготовления планеров, корпусов и двигателей летательных аппаратов.

Если раньше на авиационных заводах слесарносварочные цехи играли вспомогательную роль и больше обслуживали процесс производства (изготовление стапельной оснастки, приспособлений и т.п.), то при изготовлении цельносварных самолетов и летательных аппаратов основные цехи, в первую очередь цехи агрегатной сварки, превратились в сварочные цехи, что потребовало полной перестройки технологического процесса, где преобладает сварка и сопутствующие ей операции (контроль качества сварки, термообработка сварных конструкций). Производство цельносварных летательных аппаратов из титановых, жаропрочных сплавов, никелевых сплавов, нержавеющих сталей, новых алюминиевых и магниевых сплавов с большим диапазоном свариваемых толщин потребовало разработки техпроцессов и оборудования для материалов с ограниченной свариваемостью, механизации и автоматизации сварки кольцевых и продольных швов, криволинейных швов, коротких стыков сложного переменного сечения, швов на панелях двойной кривизны, крупногабаритных ребристых панелей, сотовых панелей. Широко применяется сварка для изготовления современных двигателей летательных аппаратов и их узлов (камеры сгорания, сопла ЖРД, охлаждаемые лопатки, роторы компрессоров, жаровые трубы, трубопроводы, корпусные и другие детали и узлы).

Прогресс авиационной, ракетной и космической техники не мыслим без расширения применения сварки, без создания и развития новых видов сварки на основе достижений науки и техники. Поэтому все новейшие разработки в области в первую очередь находят применение при производстве летательных аппаратов.

Дуговая сварка в защитных газах, автоматическая сварка под слоем флюса, электроннолучевая, плазменная, лазерная, диффузионная сварка, контактная, ультразвуковая, холодная сварка являются основными видами, применяемыми в настоящее время при производстве самолетов, ракет и космических аппаратов.

Если в земных условиях сварка завоевывала свои позиции, последовательно вытесняя традиционные методы получения неразрывных соединений, то при изготовлении конструкций в условиях космоса сварка заняла сразу ведущее положение. Первые опыты по сварке в условиях космоса проводили советские космонавты Шонин и Кубасов на «Союзе 6» еще в 1969 году и получили хорошие результаты. « Вулкан» создан в институте сварки им. Патона.

Сварка конструкций, ремонт космических аппаратов, космическая металлургия стали задачей сегодняшнего дня. Над этими задачами активно работают ученые и инженеры, проводится широкий комплекс исследований металлургических процессов в условиях космоса и невесомости, что создает предпосылки для сборки, монтажа космических станций с применением сварки.

В 1984 году советские космонавты Джанибеков и Савицкая испытали универсальный рабочий инструмент (УРИ) для сварки, резки, пайки и напыления с использованием двух малогабаритных электронных пушек (вторая пушка для напыления). Работы велись на космической станции «Салют 7». Работы по испытанию УРИ проводились в открытом космосе. УРИ разработал институт сварки им. Патона.

В 1997 году институт сварки им. Патона, имеющий большие достижения по разработке оборудования для электронно- лучевой сварки в космосе, заключил соглашение с американским научно-исследовательским центром NACA о проведении совместных работ в этой области.

Краткие сведения из истории сварки.

Древние кузнецы Киева, Новгорода в VIII-XIII веках в совершенстве владели печной сваркой железа и стали, пайкой медных сплавов и благородных… Первым по времени появления видов сварки плавлением была дуговая сварка… Способ дуговой сварки Бенардос запатентован во всех промышленноразвитых странах. В 1888 году русский инженер Н.Г.…

Классификация сварки.

Классификация сварки устанавливается по физическим, техническим и технологическим признакам. В зависимости от формы энергии, которая используется для образования сварного соединения, сварка делится на классы:

- термический ; термомеханический ;механический.

Вид источника энергии, который непосредственно используется для образования сварного соединения, определяет вид сварки.

Термический класс состоит из следующих видов сварки:дуговая ;электрошлаковая плазменная ; электронно-лучевая ; ионно-лучевая ; сварка тлеющим разрядом ; индукционная ; световая (лазерная) ; газовая ; термитная ; литейная.

Термомеханический класс состоит из следующих видов сварки:

n контактная ; диффузионная ; индукционнопрессовая ; газопрессовая ; термитнопрессовая ; дугопрессовая ; шлакопрессовая ; печная (кузнечно-горновая) ; термокомпрессионная.

К механическому классу относятся виды сварки, где сварные соединения образуются с использованием механической энергии и давления: холодная ; ультразвуковая ; трением ; сварка взрывом ; магнитоимпульсная сварка.

Определение сварки по ГОСТу.

Процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или классическом деформировании, или совместным действием того и другого.

Определение пайки по ГОСТу.

Процесс образования соединения с металлическими связями путем нагрева соединяемых материалов ниже температуры их плавления, их смачивание припоем, затекание припоя в зазор и последующей его кристаллизации.

Процессы нагрева при сварке.

Общие сведения о нагреве при сварке и источниках нагрева.

Нагрев является важнейшим внешним воздействием в большинстве способов сварки. Без анализа распределения температур процессы сварки нельзя представить и понять достаточно полно.

От распределения температур зависят:

1. Металлургические процессы в зоне сварки и, прежде всего, интенсивность металлургических реакций, взаимодействие с вводимыми в зону легирующими элементами, с окружающими газами.

2. Структурные превращения в сварном шве и в зоне термического влияния (ЗТВ), что в значительной мере определяет характеристики сварного соединения, такие, как прочность, ударная вязкость.

3. Внутренние напряжения и деформации, влияющие на точность и работоспособность изделий.

4. Размеры и форма расплавленной зоны (сварного шва).

5. Производительность процесса сварки.

В большинстве случаев при сварке применяют местный нагрев заготовок до температуры выше температуры плавления (при сварке способами плавления) или до температуры ниже , но достаточной для достижения значительных пластических деформаций (при сварке способами давления). При этом используют высокотемпературные источники нагрева.

Обычно сварочные источники тепла должны обладать некоторыми особыми свойствами:

1) высокой температурой Т_u, чтобы можно было нагреть металл до высокой температуры;

2) большой тепловой мощностью q для ведения процесса с высокой производительностью;

3) по возможности небольшой площадью введения тепла в изделие F_u в целях уменьшения потерь тепла и снижения разогрева изделия.

При характеристике различных, применяемых в практике способов нагрева необходимо, прежде всего, указать величину названных параметров. Кроме того, принято различать:

а) – эффективную тепловую мощность источника тепла, т.е. количество тепла, сообщаемое в единицу времени нагреваемому телу;

б) эффективный коэффициент полезного действия , равный отношению эффективной мощности источника к его полной тепловой мощности:

;

в) плотность тепловой мощности или плотность теплового потока, равная отношению эффективной тепловой мощности к площади ввода тепла:

;

если тепло вводится по поверхности;

г) если тепло вводится не через поверхность, а возникает в объеме нагреваемого металла (объемный источник, например, при пропускании электрического тока через металл), то вводится объемная тепловая мощность, в котором он действует:

;

д) если тепло вводится в изделие по линии (шириной зоны, по которой вводится тепло, можно пренебречь по сравнению с длиной), то применяют понятие линейной тепловой мощности

,

где: - длина отрезка, по которому вводится тепло.

В сварочной технике получили распространение следующие основные источники тепла:

1) пламя газовой горелки;

2) струя плазмы (сжатая электрическая дуга);

3) электрическая дуга;

4) электронный луч;

5) луч лазера;

6) джоулево тепло;

7) трение.

Помимо указанных основных источников тепла используют также тепло химических реакций при сжигании смесей металлов и окислов металлов (термитов); ультразвуковые, упругие колебания; вспомогательные источники тепла, например, печи для предварительного нагрева изделия перед сваркой.

Рассмотрим кратко источники тепла и их характеристики.

Пламя газовой горелки.

Таблица 2.1 Горючий газ Томах С Применение Ацетилен С2Н2 3100…3200 Основной газ для сварки и резки…   В соответствии с известным законом теплообмена (закон Ньютона) плотность теплового потока

Электрическая дуга.

Рассмотрим дугу постоянного тока прямой полярности (рис.2.2). Последнее означает, что отрицательный полюс источника питания присоединяется к… Процессы и явления в такой дуге многогранны и сложны. Рассмотрим лишь те…

Струя плазменной горелки.

Струя плазмы характеризуется более высокими температурами. Так, при давлении плазмообразующего газа(4…6)105 Па температура в центре плазмотрона… Рис. 2.6. Схема плазменной горелки: 1 – неплавящийся электрод; 2 – корпус, охлаждаемый водой; 3 – изолятор; 4 – анод…

Электронный луч.

В результате действия ускоряющего напряжения энергия электрического поля превращается в кинетическую энергию электрона согласно уравнению (3), где е,m –заряд и масса электрона, – ускоряющее напряжение, V – скорость подлета электрона к изделию.

Луч лазера.

Рис. 2.9. Схема твердотельного лазера для сварки: 1- рабочий стержень; 2-… Для лазера как источника нагрева характерно следующее:

Трение как источник тепла при нагреве.

Пусть верхнее тело 1 прижато к телу 2 силой N и перемещается со скоростью V (рис.11). Для перемещения тела на величину S необходимо затратить работу… Рис. 2.11. Схема, иллюстрирующая выделение тепловой мощности при трении.

Джоулево тепло при сварке.

. (7) Полная тепловая мощность: , (8)

Виды сварки термического класса

Дуговая сварка (ДС).

Дуговая сварка является ведущим способом сварки и занимает первое место среди других видов сварки, как по числу установок (примерно 50%), так и по объему выпускаемой продукции.

Классификация дуговой сварки.

Дуговая сварка относится к термическому классу.

По техническим признакам ДС делится:

1. По способу защиты зоны сварки: в воздухе ; в пене ; по слою флюса ; под слоем флюса ; в вакууме ; в защитных газах (нейтральных - аргон Ar ; гелий He; азот N2 для медных сплавов ; активных - водород H2 ; углекислый газ CO2) ; в парах воды (подводная сварка) ;

2. По степени механизации ДС делится на ручную (РДС), механизированную, автоматизированную и автоматическую (АДС).

По технологическим признакам ДС делится:

1. По виду электрода: ДС плавящимся электродом, ДС неплавящимся электродом (вольфрамовым или угольным стержнем) ;

2. По виду дуги: свободная дуга, сжатая дуга ;

3. По характеру воздействия на металл: дуга прямого действия, дуга косвенного действия, трехфазная дуга ;

4. По роду тока: ДС постоянным током прямой или обратной полярности, ДС переменным током (f =50 Гц), ДС пульсирующим (импульсным) током ;

5. По количеству дуг: однодуговая, двухдуговая, многодуговая ;

6. По количеству электродов с общим подводом сварочного тока: ДС одноэлектродная, ДС двухэлектродная, ДС многоэлектродная.

Дуга как источник нагрева при ДС.

Рис. 3.1 Схема электрической дуги, где К - катод, А - анод, 1 - прикатодная… В обычных условиях газ не проводит электрического тока, чтобы газ стал проводником, требуется его ионизация.

Вольтамперная характеристика дуги (ВАХД).

Эта зависимость связывает напряжение дуги U_g от тока дуги I_g при постоянной длине дуги рис. 3.2. (для РДС)

Точка А отмечает напряжение холостого хода U_xx источника питания. После зажигания дуги напряжение падает до устойчивого положения (I зона неустойчивого горения дуги). Дальнейшее увеличение тока не вызывает изменения U_g (зона II). Эта зона соответствует средним плотностям тока при РДС (зона II).

Дальнейшее увеличение I_g приводит к увеличению напряжения на дуге (зона III). Этот участок ВАХД соответствует большим плотностям тока при РДС и, особенно, при автоматических способах ДС, где обычно применяют тонкую электродную проволоку и относительно большие токи.

Рис. 3.2. Вольтамперные характеристики дуг для ручной дуговой сварки (ВАХД), длина дуги l_g1 больше длины дуги l_g2.

При изменении длины дуги l_g ВАХД меняется напряжение дуги U_g, но характер зависимости U_g = f (I_g) на участках I, II, III сохраняется.

Источники питания (ИП) для дуговой сварки.

Источники питания могут быть постоянного тока, переменного тока (f =50Гц), источники импульсного тока, инверторные (высокочастотные, f =1- 20Гц) ИП.

Требования к ИП

2. Плавное регулирование сварочного тока дуги. В промышленных ИП это требование соблюдается. Обычно источники питания имеют и ступенчатое… 3. Для определенных способов ДС требуются ИП с соответствующими внешними… Внешняя характеристика источника (ВХИ) - это зависимость напряжения на зажимах источника питания и тока от…

Сварочный трансформатор с магнитным шунтом.

Трансформатор имеет повышенное внутреннее индуктивное сопротивление, ограничивающее ток короткого замыкания, т.е имеет крутопадающие ВХИ. Регулировка тока короткого замыкания обеспечивается выдвижением магнитного…

Сварочный трансформатор с подвижными вторичными обмотками.

В настоящее время промышленностью выпускаются, в основном, такие ИП для дуговой сварки переменным током (рис.7). По сравнению с рассмотренными выше трансформаторами эти ИП имеют меньшую массу железного сердечника.

Рис.7. Сварочный трансформатор с подвижными вторичными обмотками.

Внутреннее сопротивление Rl такого трансформатора зависит от расстояния l между первичной и вторичной обмоткой. При l max на вторичную обмотку воздействует только магнитный поток Фс, замыкающийся по железному сердечнику, при этом получаем I_{кз min}.

I_{кз min} = f (Фс)

По мере уменьшения l на вторичную обмотку оказывает воздействие магнитный поток рассеивания Фр, который замыкается вокруг первичной обмотки по воздуху. При l =0 получим I_кз max = f (Фр max + Фс).

Источники постоянного тока для дуговой сварки.

Сварка на постоянном токе имеет следующие достоинства: n возможность применения прямой или обратной полярности дуги, что позволяет… n высокая стабильность дуги, что дает возможность поддерживать дугу на малом токе и сваривать тонкостенные…

Дуговая сварка в среде защитных газов

Виды газовой защиты

Сварка ведется дугой плавящимся электродом (сварочной проволокой) или неплавящимся электродом (вольфрамовым, угольным или графитовым стержнем).… Самый простой и распространенный способ защиты зоны сварки от воздействия…

Защитные свойства различных газов

Инертные газы и их смеси целесообразно применять для сварки алюминиевых, магниевых, титановых и других сплавов, которые при нагреве склонны активно…

Электродные сварочные материалы

К неплавящимся электродам предъявляются следующие требования: высокая температура плавления и кипения, высокая электронная эмиссия, высокая… Вольфрам – самый тугоплавкий металл, температура плавления – 3380°С, кипения –… В некоторых случаях применяют угольные и графитовые электроды, например, для сварки меди в среде азота, при сварке…

Cварка в инертных газах

Аргон – инертный газ, открыт в 1895 году, в воздухе содержится до 1%. Аргон не вступает в химическую реакцию с металлами, не растворяется в них,… Существует два способа аргонодуговой сварки: плавящимся и неплавящимся… Плавящимся электродом служит сварочная проволока диаметром 0.5…2.5 мм, близкая по химическому составу к свариваемому…

Основные параметры аргонодуговой сварки

При выборе полярности тока следует учитывать, что более устойчива дуга прямой полярности, когда вольфрам является катодом, при этом температура… Поэтому для легкоокислющихся металлов целесообразно применять переменный ток.… При применении электрода из чистого вольфрама его диаметр d (мм) выбирают в зависимости от рода и величины тока дуги…

Достоинства и недостатки аргонодуговой сварки

Основным достоинством этого способа сварки является возможность с высоким качеством сваривать стали почти всех классов, том числе высоколегированные нержавеющие, теплостойкие, жаропрочные стали, никелевые сплавы, алюминиевые и магниевые сплавы, медь и ее сплавы, титановые сплавы, тугоплавкие металлы и их сплавы.

Аргонодуговая сварка позволяет сваривать тонкостенные изделия с толщиной стенки меньше 1 мм. Этот способ сварки легко механизировать и автоматизировать. Полуавтоматической сваркой с плавящимся электродом и импульсной дугой можно сваривать сварные швы в любых пространственных положениях.

К недостаткам аргонодуговой сварки следует отнести высокую стоимость аргона, сложность и относительно высокая цена оборудования и оснастки, особенно при сварке в камерах с контролируемой атмосферой и в обитаемых камерах, необходимость контроля качества аргона и его химической очистки при сварке изделий ответственного назначения.

Область применения аргонодуговой сварки

Разработана технология и оборудование для аргонодуговой сварки сложных узлов и агрегатов цельносварных самолетов из высокопрочных высоколегированных… Освоена аргонодуговая сварка вращающимся вольфрамовым электродом для сварки с… Нашла широкое применение аргонодуговая сварка импульсной дугой вольфрамовым и плавящимся электродом, точечная дуговая…

Дуговая сварка в среде гелия

Гелий в качестве защитного газа применяют мало, так как его стоимость существенно выше стоимости аргона. Между тем при одном и том же токе дуги в гелии выделяется в 1.5…2 раза больше энергии, чем в аргоне. Это позволяет увеличить глубину проплавления и уменьшить ширину зоны термического влияния, значительно повысить скорость сварки.

Во многих случаях применяют смеси гелия и аргона, аргон повышает стабильность горения дуги, гелий – проплавляющую способность дуги. Оптимальная смесь при сварке вольфрамовым электродом – 35…40% аргона и 60…65% гелия, при сварке плавящимся электродом – 20…25% аргона и 75…80% гелия.

Сварка в активных газах

Дуговая сварка в среде углекислого газа

Для получения сварных швов высокого качества необходимо использовать сварочную углекислоту (99…99.5% СО2) или пищевую углекислоту с дополнительной… На выходе из баллона устанавливается электрический подогреватель газа,… Углекислый газ защищает расплавленный металл шва в первую очередь от азота воздуха, который вызывает пористость и…

Атомно-водородная сварка

Водород не только защищает зону сварки от воздуха, но и восстанавливает окислы некоторых металлов, что повышает качество сварки. Сварка в основном… В настоящее время атомно-водородная почти не применяется, ее вытеснила более…

Плазменная сварка

Сущность плазменной сварки, схема плазмотрона

При плазменной сварке источником нагрева служит высокотемпературная дуговая плазма, которую получают с использованием дуговых плазмотронов. Плазмотроны могут быть косвенного и прямого действия (рис. 6.4).

Если используется только источник питания дугового разряда, подключенный к токоподводящему мундштуку (катод) и корпусу плазмотрона (анод), то это будет плазмотрон косвенного действия. В полость плазмотрона подается плазмообразующий газ (аргон, гелий, азот, пары воды). Между вольфрамовым электродом и корпусом плазмотрона 3 в выходном канале плазмотрона с помощью искрового разряда (от осциллятора) зажигается дуга. Образуется дуговая плазма плазмообразующего газа, которая выдувается через выходное отверстие плазмотрона и используется для нагрева материала.

Рис. 6.4. Схема плазмотрона:

1 - токоподводящий мундштук; 2 - изоляционная втулка; 3 - медный корпус; 4 - защитное сопло; 5- подача плазмообразующего газа; 6 - подача защитного газа; 7 - охлаждающая вода; W - вольфрамовый электрод

Плазмотрон косвенного действия может быть использован для пайки, сварки термической резки, напыления как металлов, так и неметаллов (пластмассы, стекла, керамики, гранита, бетона). Плазмотрон прямого действия наряду с плазмообразующим источником питания небольшой мощности подключается к источнику питания большей мощности. Напряжение этого источника подключается к токоподводящему мундштуку и изделию из электропроводного материала для получения основного дугового разряда прямой или обратной полярности, или дуги переменного тока частотой 50 Гц, или импульсной дуги. В этом случае плазмообразующая дуга небольшой мощности (дежурная дуга) используется для стабилизации и поддержания основного дугового разряда.

Если источник плазмообразующей дуги (дежурной дуги) отсутствует и используется только основной источник питания дугового разряда, то такие устройства называются дуготронами.

Дуговая плазма плазмотронов и дуготронов имеет существенные отличия от дуговой плазмы свободно горящей дуги. Если температура свободно горящей дуги Т»6000°С, то температура дуговой плазмы на выходе плазмотрона может достигать 50000°С.

Температура дуговой плазмы зависит от состава плазмообразующего газа, давления плазмообразующего газа, условий дугового разряда в выходном канале плазмотрона. Стенки этого канала, охлаждаемые проточной водой, понижают температуру периферийных слоев потока плазмы, повышая их электрическое сопротивление. Дуговой разряд стягивается к оси выходного отверстия плазмотрона (дуга отшнуровывается), плотность тока повышается, температура плазмы существенно увеличивается. С повышением давления плазмообразующего газа температура плазмы также повышается.

Зависимость максимальной температуры плазмы от состава плазмообразующего газа показана в таблице.

Газ	Азот	Аргон	Гелий	Пары воды
Тплазмы, °С

Таким образом, дуговая плазма плазмотронов является высокотемпературным источником нагрева, позволяющим не только расплавить, но испарить самые тугоплавкие металлы и материалы.

Коэффициент полезного действия h зависит от типа плазмотрона. Для плазмотронов косвенного действия h=30…50%, для плазмотронов прямого действия h=70…90%.

Плотность теплового потока плазмы q_Fпл существенно выше плотности теплового потока свободно горящей дуги q_Fд, (q_Fпл=3…10 q_Fд), q_Fпл зависит от типа плазмотрона, мощности дугового разряда, устройства плазмотрона и от других факторов.

Диапазон мощности оборудования для плазменной сварки, термической резки, напыления очень широк: от плазмотронов для микроплазменной сварки деталей толщиной 0.1…2 мм до мощных плазмотронов, позволяющих плавить или резать материалы толщиной до 500 мм. Так мощные плазмотроны могут иметь сверхзвуковое истечение плазмы. В мощных плазмотронах вместо вольфрамового стержня используется медный водоохлаждаемый катод с металлокерамической вставкой, состоящей из материалов с большой термоэлектронной эмиссией (гексоборид лантана, гафний+лантан).

Область применения плазмотронов, достоинства и недостатки плазменной сварки

По сравнению с дуговой сваркой плазменная сварка обеспечивает более глубокое проплавление, более узкий шов, возможность сварки более толстых деталей… По сравнению с дуговой сваркой плазменная сварка имеет более низкий КПД, более…

Электрошлаковая сварка

. Этой сваркой в сочетании с принудительным формированием сварного шва можно…

Параметры режима электрошлаковой сварки

Эффективная мощность, которая выделяется в сварочной ванне

,

где U - падение напряжения в шлаковой ванне,

I - ток, протекающий в шлаковой ванне,

h_эф. - эффективный КПД.

КПД зависит от теплоотвода в формирующие сварной шов устройства и лежит в пределах 0.6…0.9. При увеличении тока растет глубина металлической ванны, с увеличением напряжения растет ширина металлической ванны и немного возрастает ее глубина. Изменение скорости сварки требует регулирования параметров процесса сварки, в первую очередь – сварочного тока.

Большое влияние на стабильность процесс сварки оказывает влияние глубина шлаковой ванны, ее глубину поддерживают в пределах 30…90 мм.

Исполнительные устройства должны обеспечивать в процессе сварки постоянство глубины металлической и шлаковой ванны.

Оборудование для электрошлаковой сварки

Рельсовые аппараты перемещаются вдоль шва по рельсам, которые устанавливаются параллельно шву. Максимальная длина свариваемого шва ограничивается… Универсальные рельсовые аппараты позволяют сваривать прямолинейные и круговые… Безрельсовые аппараты перемещаются непосредственно по изделию при помощи двух тележек, расположенных по обе стороны…

Достоинства электрошлаковой сварки

2. Подготовка кромок свариваемого изделия проста и не требует их скоса. Зазор мало зависит от толщины свариваемого изделия, сварка ведется по… 3. Отсутствие дугового разряда обеспечивает спокойный процесс плавления… 4. Сварочная ванна длительное время находится в расплавленном состоянии, что способствует более полному удалению…

Недостатки электрошлаковой сварки

Как правило швы, выполненные электрошлаковой сваркой, имеют высокое качеств. Однако с увеличением толщины свариваемого металла а также при сварке… Не допустимы вынужденные остановки процесса сварки, так как при этом…

Область применения электрошлаковой сварки

В реально существующих конструкциях толщина стенки сварных изделий равна 400 мм, длина сварного шва достигает 8000 мм, диаметр кольцевых швов равен… Разработана техника и технология производства крупных сварных изделий из… Высокую эффективность и уникальные возможности электрошлаковой сварки можно видеть при изготовлении мощных турбин…

Электронно-лучевая сварка

Катод пушки изготовляют из металлокерамики (гексоборида лантана), обладающей большой термоэлектронной эмиссией. Катод нагревают от электрической…  

Оборудование для электронно-лучевой сварки

Электронно-лучевые установки применяются для сварки химически активных металлов (молибден, лантан, вольфрам, титановые, алюминиевые сплавы); для… Основные области применения электронно-лучевой сварки: изготовление атомных… Кроме универсальных электронно-лучевых установок в мире применяются примерно 10000 установок, имеющие крупногабаритные…

Достоинства электронно-лучевой сварки

Возможность получения сварного шва минимального сечения (кинжальный шов) обеспечивает малую зону термического влияния, существенное уменьшение… Возможность сварки химически активных металлов в вакууме и сохранения…

Недостатки электронно-лучевой сварки

Наличие рентгеновского излучения при торможении потока электронов на поверхности металла. Излучение усиливается по мере роста ускоряющего напряжения. Для защиты от рентгеновского излучения вакуумные камеры внутри снабжены защитным слоем (свинцовые экраны).

При мощном рентгеновском излучении установка должна быть размещена в отдельном помещении, специально оборудованном в соответствие с требованиями техники безопасности.

К недостаткам можно также отнести длительное время подготовки вакуумной камеры к работе, сложность оборудования, необходимость полной автоматизации всех работ в вакуумной камере, высокая стоимость оборудования, высокая квалификация обслуживающего персонала.

Лазерная сварка

Впервые вопрос о квантовом взаимодействии между светом и средой был рассмотрен А. Эйнштейном в 1917 году, который показал возможность… В 1939-1940 годы советский ученый В.А. Фабрикант указал на возможность… В 1952 г. одновременно в Советском Союзе и США предложен новый принцип генерации и усиления излучения, и на этом…

Свойства лазерного излучения

Обычные источники света имеют в видимой области широкий спектр частот излучения (длины волн лежат в пределах l=0.4¸0.76 мкм). Известно, что… Луч лазера отличается высокой монохроматичностью. Ширина линии излучения… Луч лазера имеет значительную спектральную яркость. Обычные источники света независимо от их температуры, не могут…

Сварочные установки с твердотельным лазером

Рис. 9.1. Схема сварочной установки с твердотельным лазером: 1 - рабочее тело; 2, 3 - зеркала оптического резонатора; 4 - зеркало для поворота луча; 5 - лампа накачки; 6 - кожух…

Сварочные установки с газовым лазером

Маломощные газовые лазеры выполняют в виде газоразрядных трубок с добавлением оптического резонатора из двух зеркал. Мощность газоразрядной трубки… В то же время существует зависимость для концентрированных источников нагрева… Поэтому в мощных газовых лазерах с непрерывным излучением с целью существенного уменьшения размеров газоразрядной…

Достоинства и недостатки лазерной сварки

Лазерной сваркой можно сваривать неэлектропроводные материалы, тугоплавкие металлы и неметаллы, самые тонкие детали, получать сварные швы микронной… Высокая локальность нагрева позволяет сваривать лазерной сваркой материалы с… К основным недостаткам лазерной сварки можно отнести следующее: высокая стоимость установок для сварки и резки…

Область применения лазерной сварки и резки

Основная область применения маломощных установок для сварки и резки лазерным лучом – электроника, производство интегральных и полупроводниковых элементов, приборостроение.

Для мощных лазеров с непрерывным или высокочастотным излучением принято считать, что при мощности лазерного излучения до 4…10 кВт эффективность применения лазерной сварки выше, чем электронно-лучевой сварки.

В самолетостроении нашла широкое применение лазерная резка для высокоточной размерной вырезки шаблонов на установках с программным управлением.

 

Ермомеханический класс

Контактная сварка

Контактная сварка объединяет большую группу способов, некоторые из них широко применяются в машиностроении. Около 30% всех сварных соединений… Рис. 4.1. Способы контактной сварки: 1-точечная, 2-шовная, 3-стыковая, 4 - рельефная сварка

Контактная точечная сварка

Рис. 12.2. Схема точечной сварки: 1 - медные электроды; 2 - свариваемые… При точечной сварке основной тип соединения – нахлесточный. Две детали накладываются друг на друга и сжимаются медными…

Основные параметры режима точечной сварки

  Величину сварного тока Iсв и его изменение в процессе сварки данного материала (если известен характер… Рис. 12.5. Внешние характеристики машины переменного тока 1 и машины постоянного тока 2 при одинаковом токе короткого…

Шунтирование тока

В этом случае сварочный ток I2, протекающий через свариваемую точку, уменьшается на ток шунтирования IS, I2=I1-IS, что приводит к уменьшению… При расположении точек на изделии в один ряд IS мало влияет на I2, если шаг…

Разновидности точечной сварки

Односторонняя двухточечная точечная сварка (рис.12.7) нашла широкое применение при сварке узлов из конструкционных сталей, высоколегированных и…  

Оборудование для точечной сварки

Для точечной сварки применяют различные типы машин. Основным отличающим признаком является характер сварочного тока. По этому признаку машины разделены на четыре типа: машины переменного тока промышленной частоты (однофазные); машины низкочастотные (трехфазные); машины конденсаторные (трехфазные и однофазные); машины постоянного тока (трехфазные с выпрямлением тока во вторичном контуре).

Технологические возможности машин определяются их электромеханическими характеристиками: номинальный сварочный ток; ПВ; мощность, потребляемая машиной при номинальном токе и номинальном ПВ; номинальное усилие сжатия электродов; размеры рабочего пространства (раствор консолей и вылет электродов).

Машины переменного тока

Рис. 12.8. Схема машины переменного тока с синхронным тиристорным включением… Сварочный трансформатор T такой машины имеет вторичную обмотку из одного витка, первичная обмотка разделена на секции…

Низкочастотные машины

На таких машинах можно сваривать крупногабаритные конструкции шириной до 4000 мм, в том числе узлы и агрегаты летательных аппаратов. Схема… Рис. 12.10. Блок-схема низкочастотной машины: 1 – сварочный трансформатор Т; 2 – переключатель ступеней мощности ПС; …

Машины постоянного тока

Рис. 12.11. Блок-схема машины постоянного тока: 1 – сварочный трансформатор… В таких машинах на электрод подается постоянный ток с трехфазного выпрямителя В. Преимущество машин постоянного тока:…

Конденсаторные машины для точечной сварки

Рис. 12.12.Блок-схема конденсаторной машины: 1 – сварочный трансформатор Т; 2…

Клеесварные соединения

Клеи для клеесварных соединений разделены на 2 группы: клеи холодного отверждения,не требующие подогрева для отверждения, и клеи горячего… Для этих способов получения клеесварных соединений разработаны различные клеи… Опыт эксплуатации клеесварных конструкций показал, что с течением времени прочность клеевой прослойки снижается,…

Kонтактная шовная сварка

После сжатия деталей роликами усилием P включается вращение роликов и контактором S напряжение сети подается на первичную обмотку трансформатора.… Рис. 12.13. Схема процесса шовной сварки: 1 – ролики; 2 – деталь;S – контактор; T – трансформатор

Требования к конструированию узлов и деталей под контактную точечную и шовную сварку

Для повышения жесткости обшивку подкрепляют обычно силовым набором из продольных стрингеров, поперечных шпангоутов, нервюр, диафрагм, поясов.… Плоские или изогнутые панели усиливаются обычно продольно-поперечным набором… В зависимости от доступности к месту сварку конструктивные элементы можно разделить на три типа: открытые,…

Особенности точечной и шовной сварки отдельных металлов и сплавов

Специальными режимами сварки необходимо устранить или уменьшить влияние этих процессов на ухудшения качества сварки. Исходными данными для… Металлы первой группы - малоуглеродистые конструкционные стали свариваются в… Металлы второй группы - углеродистые стали, малолегированные стали - в зоне термического влияния образуют закалочные…

Контактная стыковая сварка

Контактная стыковая сварка широко применяется для изготовления сложных деталей из простых заготовок (узлов шасси летательных аппаратов, тяг, валов, кожухов, карданных валов), для изготовления деталей замкнутой формы (шпангоутов, колец жесткости реактивных двигателей, обводов колес, звеньев цепей), для изготовления длинномерных изделий (трубопроводов, железнодорожных рельсов, заготовок в условиях непрерывной прокатки и т.д.), для изготовления составных режущих инструментов с целью их удешевления (например, сверл с рабочей частью из высоколегированной стали и хвостовиков из конструкционной стали). Схема стыковой сварки показана на рис. 12.14.

Рис. 12.14. Схема стыковой сварки:
1 – свариваемые детали; 2 – зажимные губки; Т – сварочный трансформатор; S – контактор.

Существует два основных способа стыковой сварки: сопротивлением и оплавлением.

Стыковая сварка сопротивлением

Основными параметрами сварки сопротивлением являются: усилие сжатия деталей Р, сварочный ток Iсв, время сварки tсв, установочная длина деталей… На практике рекомендуются определенные соотношения между Iсв и tсв. С… Усилие сжатия Р должно обеспечить надежный металлический контакт по всему стыку деталей. Величина Р определяет начало…

Стыковая сварка оплавлением

Сварка оплавлением производится в такой последовательности: подача напряжения на свариваемые детали; сближение деталей до образования контакта между… Основными параметрами режима сварки оплавлением являются: установочная длина… Припуск на осадку выбирают из условия удаления перегретого металла и окислов из стыка. Для сварки деталей с большим…

Машины для стыковой сварки

Есть универсальные машины, которые используют для сварки различных деталей в мелкосерийном и индивидуальном производстве, машины-автоматы – для… Специализированные машины предназначены для сварки определенных деталей,… При стыковой сварке оплавлением в более простых машинах задается жесткое программное управление скоростью оплавления…

Проектирование узлов и деталей под стыковую сварку

Учитывая специфику нагрева и образования сварного соединения при стыковой сварке, необходимо соблюдать ряд требований при проектировании изделий (рис. 12.15).

Рис. 12.15. Подготовка деталей к стыковой сварке:
1 - рациональная; 2 - нерациональная

Форма деталей должна обеспечить возможность надежного закрепления их в зажимах сварочной машины, а также необходимо создать условия для равномерного нагрева и одинаковой пластической деформации обеих заготовок, форму и размеры сечения следует выполнять одинаковыми. Установочная длина деталей выбирается с учетом не только площади сечения деталей, но и их электропроводности и теплопроводности.

Конструкция и проектирование оснастки

Утолщения (усиления) в зоне сварки, выдавленный металл (грат) на сваренных изделиях удаляют после сварки в специальных гратоснимателях или… При сварке криволинейных трубопроводов для удаления грата применяют… Внутренний грат в трубах большого диаметра снимают специальным гратоснимателем который имеет длинную быстро…

Диффузионная сварка

Современная технология диффузионной сварки базируется на достижениях физики и химии твёрдого тела, использует законы протекания высокотемпературных… По предложению Н.Ф.Козакова Международным институтом сварки определение… В большинстве случаев диффузионная сварка выполняется в вакууме, однако в качестве защитной среды можно применять…

Технологические особенности диффузионной сварки.

Технология получения сварного соединения при диффузионной сварке в вакууме содержит следующие операции: установка в вакуумной камере свариваемых… Основными параметрами, влияющими на прочность сварного соединения, являются:… При выборе оптимальных параметров учитываются свойства свариваемых материалов. Для металлов температура нагрева…

Защитные среды при диффузионной сварке

Наилучшая защитная среда – вакуум, однако для легкоиспаряющихся материалов (латунь, некоторые бронзы, магниевые сплавы) применение вакуума… В качестве защитных средств широко используют нейтральные газы и их смеси… Эффективной защитной средой даже для активных металлов и их сплавов могут служить расплавы солей, плавиковой и соляной…

Особенности диффузионной сварки различных материалов

Углекислый газ, обеспечивается равнопрочность сварного соединения и свариваемого металла. При сварке низколегированных и малолегированных сталей для получения… Особенности диффузионной сварки высоколегированных сталей определяется их структурой и составом. Высокая концентрация…

Оборудование для диффузионной сварки

Одно из важных направлений развития диффузионной сварки в вакууме – создание автоматизированных установок для сварки крупногабаритных деталей… В установках для диффузионной сварки нашли применение индукционные,… При высокочастотном индукционном нагреве используют электромагнитные и тиристорные преобразователи частоты от 0,5 до10…

Индукционно-прессовая сварка

Для индукционного нагрева первостепенное значение имеет частота тока. С повышением частоты эффективность бесконтактной передачи энергии от индуктора… Важное значение для высокочастотного индукционного нагрева имеет так… Глубину проникновения h тока в металл, можно определить из следующего выражения:, где ρ- удельное сопротивление…

Механические виды сварки

Холодная сварка.

В реальных условиях нет идеально чистых и гладких металлических поверхностей. На них имеются неровности, выступы, окисные, адсорбированные пленки,… Применение холодной сварки ограничивается физическими свойствами материалов.… Величина удельного давления выбирается в зависимости от физико-механических свойств металлов. Рекомендуемое удельное…

Сварка трением.

В 1956 г. токарь-новатор А.М. Чудиков предложил и практически осуществил сварку трением для ряда деталей. В этом виде сварки соединение получают при… В процессе нагрева трением различают три стадии. Первая стадия представляет собой приработку трущихся поверхностей, когда сминаются выступы, разрушаются пленки,…

Ультразвуковая сварка.

В начальный момент действия с ультразвуковых колебаний на свариваемых поверхностях возникает сухое трение, приводящее к разрушению окисных и… Для получения механических колебаний ультразвуковой частоты используется… Основной узел машины для ультразвуковой сварки – магнитострикционный преобразователь (рис.5.1), обмотка которого…

Рис.

5.1. Схема установки для сварки ультразвуком:
1 – магнитострикционный преобразователь; 2 – волновод;
2 – наконечники; 4 – свариваемые детали.

 

Основные параметры режимов ультразвуковой сварки: мощность преобразователя; частота и амплитуда колебаний инструмента; усилие сжатия; время сварки.

Мощность ультразвукового преобразователя выбирается в зависимости от толщины и свойств металла свариваемых деталей. Обычно она равна 4…6 кВт. Амплитуда колебаний инструмента (Обычно в пределах 10…20 мкм) является одной из важнейших характеристик сварочного процесса, влияющей на свойства сварного соединения и на его прочность.

Усилие сжатия необходимо для обеспечения требуемого физического контакта между деталями. Он составляет 100…2000 кН. Сила трения при смещении детали друг относительно друга под воздействием ультразвуковых колебаний также зависит от усилия сжатия.

Время сварки тоже оказывает существенное влияние на прочность сварного соединения. При малом времени сварки соединение получается непрочным, так как углы схватывания занимают небольшую часть поверхности контакта. Если же время сварки слишком большое, то на деталях образуются глубокие вмятины от электродов, наблюдается усталостное разрушение сварного соединения и схватывание электродов с деталями. Время сварки при точечном соединении 0.5…3 с.

Процесс ультразвуковой сварки сопровождается выделением тепла в месте образования соединения в результате трения в контакте между деталями. Максимальная температура в зоне сварки не превышает 0.5…0.7 температуры плавления. В некоторых случаях детали перед сваркой подогревают.

Предварительный подогрев приводит к уменьшению времени сварки и способствует повышению прочности соединения. Однако слишком высокая температура нагрева не позволяет повысить прочность вследствие увеличения текучести металла и обусловленного этим ухудшения передачи ультразвуковых волн в зону сварки.

Имеющийся опыт применения сварки ультразвуком выявил следующие преимущества этого способа:

1. Сварка ультразвуком позволяет соединить разные металлы, хорошо свариваются алюминий, медь, никель, удовлетворительно – высоколегированные стали. Получены соединения на ряде тугоплавких металлов – ниобии, тантале, молибдена и вольфраме. Существенные успехи получены при сварке металлов с неметаллами (полупроводниками, стеклом и некоторыми другими материалами). С помощью ультразвука сваривают детали из пластмасс, получают соединения биологических тканей, что является одним из уникальных примеров использования сварки ультразвуком и одновременно характеризует ее широкие возможности.

2. Возможны соединения тонких и ультратонких деталей, сварка пакетов из фольги, можно приваривать тонкие обшивки и фольгу к элементам несущей конструкции, толщина которых практически не ограничена.

3. Сварка ультразвуком происходит в твердом состоянии без существенного нагрева места сварки, что позволяет соединять химически активные металлы или пары металлов.

4. Не требуется предварительная зачистка поверхности детали, в связи с чем возможна сварка плакированных и оксидированных деталей.

5. Небольшие сдавливающие усилия вызывают незначительную деформацию поверхности деталей в месте их соединения.

6. Сварка ультразвуком более экономична, так как применяется сварочное оборудование малой мощности. Например, для контактной точечной сварки алюминия толщиной 1 мм необходима машина мощностью 100…150 кВт, при ультразвуковой сварке того же соединения – 2.5…5 кВт.

Недостатки ультразвуковой сварки заключаются в следующем. Прежде всего толщина свариваемых деталей ограничена 2.0 мм. Для больших толшин необходимо увеличить частоту колебаний, что приводит к разрушению волновода. Неустойчивость параметров сварки вследствие нестабильности количества энергии, поступающей в зону сварки из-за отклонений в размерах деталей, различного состояния их поверхностей, нестабильности в работе ультразвукового генератора, механизма сжатия и т.п. вызывает значительные колебания прочности сварных соединений.

Ультразвуковая сварка нашла широкое применение для соединения тонких деталей в приборостроении, радиоэлектронной промышленности и особенно в микроэлектронике, а также для полимерных пленок, полимеров.

Сварка взрывом.

Рис. 4.1. Схема сварки взрывом: 1 – опорный фундамент; 2, 3 – свариваемые детали; 4 – взрывчатое вещество; 5 – детонатор; h – зазор между деталями;…   Схема сварки взрывом представлена на рис. 4.1. Неподвижную деталь 2 для увеличения массы укладывают на жесткую…

Магнитоимпульсная сварка.

Одна из возможных схем сварки магнитным полем представлена на рис. 5.1.   Рис. 5.1. Схема магнитоимпульсной сваки: 1,2 – свариваемые детали; 3 – индуктор; 4 – оправка; 5 – коммутирующее…

Пайка

Сущность процесса пайки металлов

Припой - металл или сплав, вводимый в зазор между соединяемыми деталями, или образующийся в контакте между ними при нагре­ве, имеющий более низкую… Заполнение зазора припоем возможно, если расплавленный при­пой смачивает…

Припои для пайки.

В зависимости от температуры автономного плавления припой разделяют на особо легкоплавкие (Тпл. < 145°C), легкоплавкие (145°С > Тпл. <… К особо легкоплавким припоям относятся сплавы на основе вис­мута, индия,… К легкоплавким припоям относятся сплавы на основе алюминия, магния и меди.

Способы пайки.

Пайка как процесс определяется следующими основными факторами: физическими - температурой, давлением; физико-химическими ­наличием припоя и флюса; характером взаимодействия паяемого метал­ла с припоем, кристаллизации шва; конструктивными - величиной за­зора и нахлестки; технологическими - способом нагрева, способом введения припоя в зазор.

Исходя из названных факторов можно классифицировать сотни разновидностей пайки, где содержится несколько признаков, но лю­бой технологический процесс пайки обязательно сочетает в себе способы по формированию паяного шва, нагреву, удалению окисных пленок. В соответствии с этими факторами получили названия техно­логические способы пайки.

Способы по формированию паяного шва.

Капиллярная пайка готовым припоем.

Этот способ наиболее широко используют в промышленности, при­пой в виде прокладок, шайб, колец полностью или частично расплав­ляется и заполняет зазор за счет капиллярных сил, в контакте ме­талла и припоя происходит атомное взаимодействие и при кристаллизации припоя образуется металлическая связь.

Контактно - реактивная пайка.

Температура плавления такого припоя меньше температуры плавления паяемых металлов. Для пайки однородных металлов этим способом на место соеди­нения наносят слой другого металла, образующий с основным…

Диффузная пайка.

Практическое применение нашла диффузионная пайка с отводом легкоплавких компонентов припоя в паяемый металл. Например, при пайке этим… При пайке нержавеющих сталей применяется припой In - Zn (61% In и 39% Zn). При пайке индий испаряется.

Реактивно-флюсовая пайка.

флюса. Флюсы содержат легко диссоциирующие химические соединения, металлические… Важную роль в формировании паянного соединения играет также реакция восстановления окисной пленки и входящих в состав…

Композиционная пайка.

Этот способ пайки целесообразно применять при больших зазорах между деталями. При этом применяют припой с наполнителем. На­полнитель в виде порошка, сетки волокон образует систему капилля­ров, которые удерживают расплавленные компоненты припоя в некапиллярном зазоре между паяемыми деталями. При композиционной пайке формирование шва происходит в условиях сильно развитых поверхнос­тей на границе твердой и жидкой фаз, что вызывает существенные диффузионные процессы.

Наиболее высокие механические свойства металлокерамических паяных соединений обеспечивается при диффузионной пайке. Отвод легкоплавкой части припоя в частицы наполнителя ускоряет процесс диффузионной пайки.

Вследствие неспособности композитных и металлокерамических припоев к растеканию и затеканию в зазор, а также вследствие большой усадки при широких зазорах в ряде случаев необходимо при­ложение давления.

Прессовая пайка.

Для обеспечения требуемого зазора и фиксации деталей при капиллярной сварке используют небольшое давление. Это особо важно при изготовлении тонкостенных крупногабаритных паянных изделий.

В ряде случаев давление при пайке является важнейшим пара­метром, определяющим качество, надежность и ресурсы работы пая­ных сое6динений.

Одной из разновидностей прессовой пайки является клиновая пайка, давление прикладывается и при пайке электросопротивлением, выполняемой на контактных машинах, например, при пайке твердос­плавного инструмента, электрических контактов с контактодержате­лями.

Одна из разновидностей прессовой пайки - компрессионная пай­ка металлов, где давление создается за счет различных коэффициен­тов линейного расширения паяемых металлов или элементов приспо­собления. Этот способ применяют также при пайке металлов с не­металлами, если они не поддаются диффузионной сварке.

Некапиллярная пайка

При этом способе пайки зазор между соединяемыми деталями за­полняется припоем не под действием капиллярных сил, а принуди­тельно, с приложением внешних сил - гравитационной, электромаг­нитной и др.

В ряде случаев зазор между паяемыми деталями имеет разделку, как и при сварке плавлением. К капиллярной пайке относят процессы пайки при зазоре между соединяемыми деталями более 0.5 мм.

Этот способ пайки еще называют сваркопайка или пайкосварка. Нека­пиллярную пайку применяют при заполнении припоем широких трещин и раковин при исправлении дефектов в отливках. Так при исправлении дефектов в чугунном литье применяют припой на основе медных сплавов.

Некапиллярная пайка пригодна главным образом для горизон­тально расположенных швов, так как при других положениях шва рас­плавленный припой вытекает из зоны соединения.

Способы пайки по устранению окисной пленки

Флюсовая пайка

интервалу активности - низкотемпературные (<450°C) и высокотемпе­ратурные (>450°С); виду растворителя - водные и неводные; по при­роде… К флюсам предъявляются следующие требования: - температура плавления флюса должна быть меньше температу­ры плавления припоя;

Безфлюсовая пайка

Большинство флюсов обладают высокой коррозионной активнос­тью, что требует его полного удаления с паяного соединения после пайки.

При безфлюсовой пайке процесс ведется в нейтральных, инер­тных газах или в вакууме. Удаление окисных пленок с поверхности паяемого металла происходит за счет их диссоциации при снижении парциального давления кислорода в окружающей атмосфере, растворе­ние кислорода в паяемом металле, связывание его с парами метал­лов. При этом используется самофлюсующиеся припои, легированные элементами-раскислителями.

Абразивная пайка

Абразивную пайку применяют преимущественно для алюминия и его сплавов.

Перед пайкой паяемые поверхности лудят абразивным способом удаляя окисную пленку под слоем флюса шабером, металлическими щет­ками, абразивными частицами, погруженными в расплавленный припой. В качестве абразива служит порошок асбеста, металлические порошки, металлические сетки.

Способы пайки по нагреву

Пайка в печах

По методу нагрева оборудование можно разделить на следующие группы: электропечи сопротивления, индукционные электропечи, га­зопламенные печи. Первые… При массовом производстве печи с контролируемой атмосферой снабжаются… Для пайки крупногабаритных изделий в контролируемой атмосфе­ре применяют шахтные и камерные печи со специальными…

Пайка в соляных электрических печах-ваннах.

Пайку погружением в расплавленные соли ведут в электричес­ких печах-ваннах, нагрев производят с помощью ленточных или про­волочных электронагревателей, или электродами, погруженными в расплавленную соль.

В качестве нагревательной среды используют различные смеси хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов BaC_l2, CaC_l2, KCl, NaCl, N₂CO₃, K₂CO₃, Na₂B₄O₇, SrO₂. Большинство применяемых смесей солей обладают флюсующими свойствами. Рабочие температуры пайки в соляных ваннах 600...1300°С.

Пайка погружением в расплавленные припои.

Имеется две разновидности рассматриваемой пайки: погружением в расплавленный припой и волной припоя.

Установки для пайки погружением состоят из последовательно расположенных ванн для флюсования и пайки.

При пайке волной расплавленного припоя паяемые изделия, нап-

ример, плата с радиодеталями, перемещается над поверхностью рас­плавленного в ванне припоя, в который специальными вращающими ус­тройствами, насосами или магнитным полем создается волна припоя, смачивающая паяемую поверхность изделий.

Газопламенная пайка.

Источником нагрева служит пламя, полученное при сжигании газообразного или парообразного топлива в смеси с кислородом или воздухом. В качестве такого топлива используют пары керосина, бензина, спирта или газы ацетилен: природный газ, бутан, пропан, водород. При пайке небольших изделий среднеплавкими припоями ис­пользуют паяльные лампы, работающие на бензине, керосине, спирте, сжиженных газах (бутане, пропане).

При необходимости быстрого нагрева изделия под пайку до тем­ператур выше 600°С применяют газовые горелки, работающие на сме­сях кислорода или воздуха с горючими газами или парами.

При газопламенной пайке припой обычно вносится в зону пайки вручную в виде прутка. Пайка обычно ведется с применением флюса, который наносится на зону пайки еще до нагрева в виде пасты.

Пайка индукционная.

При индукционном нагреве используют три эффекта: поверхнос­тный, эффект близости и кольцевой. Поверхностный эффект состоит в том, что плотность… Эффект близости проявляется в том, что при протекании пере­менного тока в двух… Кольцевой эффект проявляется в том, что из-за несимметрич­ности электромагнитного поля в кольцевом проводнике…

Электродуговая пайка.

Для нагрева зон пайки может использоваться дуга, горящая между металлом и угольным электродом или металлом и электродом из припоя. Способ дугового нагрева применяют, например, при пайке медных статорных обмоток и обмоток фазных роторов с использова­нием самофлюсующихся меднофосфористых припоев.

Пластины припоя, уложенные между паянными деталями, оплав­ляют дугой, горящей между припоем и угольным электродом.

В Харьковском авиационном институте разработана точечная ар­гоно-дуговая дозированная пайка, в основе которой положены спосо­бы принудительного отрыва одиночной капли припоя заданной массы от плавящейся электродной проволоки из припоя и четкое дозирова­ние тепловой энергии дуги для нагрева зоны пайки. Аргоно-дуговая дозированная пайка используется в приборостроении, например, при изготовлении деталей и узлов различных реле.

Пайка световым и инфракрасным лучами.

Нагрев сфокусированным световым лучом обеспечивает бесконтактный подвод энергии к паяемому металлу, возможность пайки че­рез оптически прозрачные оболочки в контролируемой атмосфере или в вакууме, легко поддается регулированию и контролю.

В качестве источников световой энергии используют мощные ду­говые, ксеноновые лампы и менее мощные ионные и галогенные кварце­вые лампы инфракрасного излучения.

Для концентрации световой энергии в зоне пайки применяют оп­тическую систему, состоящую из эллиптического зеркального отража­теля, контротражателя, конденсатора. В зависимости от производ-

ственной задачи применяют точечные или щелевые конденсаторы.

Пайка лучом лазера.

Световой луч лазера характеризуется монохроматичностью, ко­герентностью, параллельностью и высокой плотностью энергии, что позволяет сфокусировать луч лазера в пятно диаметром 1 - 10 мкм без существенной потери энергии и получить плотность энергии в фокусе 10⁹ Вт/см². Применяя лазер для нагрева зоны пайки, мож­но обеспечить минимальное нарушение состояние основного металла рядом с паяным швом, паять тончайшие детали, например, в микроэ­лектронике.

Пайка электронным лучом

Нагрев под пайку электронным лучом позволяет предельно сок­ратить продолжительность взаимодействия расплавленного припоя с паяемым металлом. Пайка производится в вакуумных камерах, что позволяет паять изделия из активных и тугоплавких металлов.

Для точечной пайки обычно применяют расфокусированный элек­тронный пучок, для нагрева всего паяемого изделия применяют ска­нирующий пучок электронов, например, сканирование пучка электро­нов по всей поверхности паяемой сотовой панели.

Пайка паяльником.

При пайке легкоплавкими припоями чаще всего используют паяльники. Наконечник паяльника обычно изготовляют из меди, для уменьшения химической эрозии медных наконечников иногда приме­няют металлические покрытия из железа, никеля, нихрома, серебра. Наконечники паяльников выполняют различной формы - торцевыми, мо­лотковыми, фасонными. Чем массивнее паяемая деталь, тем больше требуется масса паяльника (до 2 кг).

По способу нагрева паяльники делят на три группы: периоди­ческого нагрева в пламени паяльной лампы, газовой горелки, в гор­нах, в печах; непрерывного нагрева пламенем горелки, работающей на горючих газах или жидком топливе; электрического нагрева от нихромовой спирали, расположенной внутри или снаружи медного сер­дечника, или от дуги, горящей между угольным электродом и медным сердечником.

Электролитная пайка

При прохождении тока через электролит вокруг паяемой детали (катода) образуется своеобразная "рубашка" из паров воды и водо­рода, которая… Режим нагрева в электролитах зависит от состава и температуры электролита,… При нагреве в электролитах наблюдается неравномерность плот­ности тока на поверхности катода, особенно на деталях…

Экзотермическая пайка

Температура начала экзотермической реакции между окислом и порошком металла зависит от состава компонентов: CuO+Mg - 565°C; CuO+Al - 899°C; CuO+Zn -… Для экзотермической пайки используются также галогениды ще­лочных и тяжелых… Между погруженным алюминием и галогенидом начинается экзотер­мическая реакция вытеснения, приводящая к нагреву…

Контроль качества сварных соединений

Методы контроля и управления качеством сварных соединений.

Факторы качества сварных соединений.

Широкое применение сварки по сравнению с другими видами соединений дает существенную экономию металла, способствует повышению производительности… Контроль качества сварных соединений, управление качеством сварки являются… Показателями качества сварных соединений являются прочность, надежность, отсутствие дефектов, структура металла,…

Типы и виды дефектов.

Наиболее характерные дефекты подготовки и сборки следующие: неправильный угол скоса кромок, непостоянство зазора между кромками, несовпадение… Сварочные дефекты классифицируют в соответствии с рекомендациями СЭВ. Их… Например:

Классификация методов контроля.

Методы контроля качества сварных соединений делят на два класса: методы разрушающего контроля (РК) и методы неразрушающего контроля (НРК).

Разрушающие испытания проводят на образцах- свидетелях, на моделях, в отдельных случаях на самих изделиях. Они позволяют получить количественные характеристики сварных соединений при механических испытаниях на растяжение, изгиб, сплющивание и т.п.

По характеру нагрузки испытания могут быть статическими, динамическими, усталостными.

Неразрушающие испытания проводят обычно на самих изделиях. При этом качество сварных соединений, например, прочность или надежность, оценивают косвенно по физическим свойствам, имеющим связь с теми или иными дефектами в сварном шве или в зоне термического влияния. Неразрушающие методы контроля можно разделить на три группы:

1.Испытание сварных соединений на изделии без существенного нарушения материала - проверка твердости, химический анализ материала, металлографические исследования и пр.

2.Контроль параметров процесса и режимов сварки.

3.Физические методы неразрушающего контроля – дефектоскопия.

В зависимости от физических явлений, положенных в их основу, эти методы разделяют на 10 основных видов: 1) радиационный, 2) акустический, 3) магнитный, 4) капиллярный, 5) течеискание, 6) электромагнитный, 7) радиоволновой, 8) тепловой, 9) оптический, 10) электрический.

Для контроля качества сварных конструкций летательных аппаратов нашли широкое применение первых 5 видов контроля, из них чаще всего используют радиационные и акустические (ультразвуковые) методы контроля. Последние пять видов находятся еще в стадии исследования и в промышленности почти не применяются.

Ни один из названных методов контроля не обеспечивает необходимую надежность качества сварных соединений на ответственных изделиях. Поэтому при изготовлении сварных конструкций летательных аппаратов применяют сочетание нескольких методов неразрушающих и разрушающих испытаний.

Физические методы неразрушающего контроля.

Радиационные методы контроля.

Физические основы и классификация методов.

При радиационной дефектоскопии сварных соединений используют рентгеновское излучение, g - излучение и поток нейтронов. При прохождении их через вещество происходит его поглощение и рассеивание, что вызывает ослабление выходного излучения. Ослабление зависит от плотности вещества и толщины тела, а также от интенсивности и энергии излучения. Если на пути излучения в веществе встречаются дефекты, то интенсивность и энергия выходного излучения изменяются. Если есть возможность зафиксировать это изменение, то оно может служить в качестве информации о сварочном дефекте или структуре вещества.

Рентгеновское и g - излучение являются разновидностью электромагнитных колебаний, имеющих как волновые свойства, так и корпускулярные.

По сравнению с видимым светом эти излучения имеют значительно меньшую длину волны и, следовательно, обладают большей энергией. Для видимого света l=(4…7)´10^-7 м, рентгеновского излучения l=6´10^-13…10^-9 м, g - излучения

l=10^-13…4´10^-12 м. С уменьшением длины волны проникающая способность излучения увеличивается.

Источниками рентгеновского излучения служат рентгеновские трубки. Трубка представляет собой вакуумный баллон с двумя впаянными электродами (анодом и катодом). Под действием приложенного напряжения между катодом и анодом испускаемый катодом поток электронов разгоняется до больших скоростей и тормозится на аноде. Кинетическая энергия электрона у поверхности анода равна:

, где (1)

e - заряд электрона (e =1,602´10^-19 Кл);

U - напряжение между катодом и анодом, В.

Если энергия E электронов больше, чем энергия перехода электронов атомов вещества анода на более высокие энергетические уровни, то при торможении электронов на аноде происходят такие переходы. При обратном переходе возникает излучение с энергией , равной разности энергий между уровнями.

Частота излучения

, где (2)

- постоянная Планка (=6,625´10^-34 Дж/с).

Длина волны l - излучения зависит от напряжения между катодом и анодом. Рентгеновское излучение имеет спектр частот и, следовательно, различные длины волн, так как

, где(3)

- скорость света.

Для данного ускоряющего напряжения минимальную длину волны

, (4)

будет иметь излучение с максимальной энергией.

В искусственных или естественных радиоактивных изотопах при их распаде возникает g - излучение, обладающее большой проникающей способностью. Возникающие при распаде изотопа a - частицы (ядра гелия) и b - частицы (поток электронов) имеют небольшую длину пробега в металле и полностью поглощаются в слое алюминия толщиной 2-5 мм. Нейтронное излучение возникает при делении ядер или в процессе ядерных реакций под действием излучений с высокими энергиями. Взаимодействие нейтронов с ядрами вещества увеличивается с понижением энергии нейтронов, поэтому в дефектоскопии используют тепловые нейтроны с энергией Е=0,01…0,3 эВ (для быстрых нейтронов Е =10⁴…2´10⁷ эВ).

Нейтронная дефектоскопия применяется для контроля качества сварных соединений тяжелых металлов, водородосодержащих материалов и радиоактивных изделий.

В зависимости от способа фиксации дефектоскопической информации различают следующие методы контроля: радиографический (фиксация изображения на фотобумаге или пленке), радиоскопический (наблюдение изображения на экране), радиометрический (регистрация электрических сигналов). Первые два метода получили наибольшее распространение при радиационном контроле сварных соединений.

Радиографические методы контроля.

В зависимости от вида излучения различают рентгенографию, гаммографию, бетатронную и нейтронную радиографию. Рентгенография обладает большой… Различают два основных метода регистрации дефектов сварки – прямой экспозиции… Применяя метод переноса изображения, используют полупроводниковые пластины, на которых возникает при облучении скрытое…

Радиоскопические методы контроля.

Схемы устройств для преобразования скрытого радиационного изображения в светотеневое или электронное и для передачи его для визуального наблюдения… Рис.3.Схемы установок для радиоскопических методов контроля.

Радиометрические методы контроля.

Устройство для радиометрического контроля содержит источник излучения, детектор, электронную схему обработки информации, регистрирующий прибор. В… В ионизационных камерах под действием излучения происходит ионизация газа в… Радиометрические методы контроля обладают высокой чувствительностью, быстродействием. Производительность контроля…

Ультразвуковые методы контроля.

Физические основы и классификация методов.

В ультразвуковой дефектоскопии используются упругие колебания и волны, распространяющиеся в упругих средах. Колебания частиц твердой, жидкой или газообразной среды относительно точек равновесия передаются соседним частицам и распространяются в среде в виде упругих волн.

Упругие волны характеризуются длиной l, частотой ¦ и скоростью распространения волны с. Эти величины связаны зависимостью:

, (6)

Под ультрафиолетовыми волнами понимают колебания упругой среды, частота которых лежит за верхним пределом слышимости человеческого уха (2´10⁴…10⁹Гц). При частоте свыше 10⁹Гц упругие колебания называют гиперзвуковыми.

В зависимости от упругих свойств среды различают продольные, сдвиговые, нормальные, поверхностные и другие типы колебаний. В продольной волне частицы колеблются вдоль направления распространения волны, а в сдвиговой волне – перпендикулярно. Продольные волны могут быть возбуждены в любых средах, поперечные – только в твердых.

Для неограниченной среды скорость распространения продольной волны:

, где (7)

Е - модуль объемной упругости (модуль Юнга), r - плотность среды, n - коэффициент Пуассона.

Скорость распространения сдвиговых волн С_s в неограниченной среде определяется выражением:

, где (8)

G – модуль сдвига.

На свободной поверхности твердого тела могут распространяться поверхностные волны (волны Рэлея). В тонких пластинах, листах, стержнях, толщина или диаметр которых соизмеримы с длиной волны, могут распространяться нормальные волны или волны Лэмба (симметричные или антисимметричные нормальные волны). Последние вызывают симметричную или антисимметричную упругую деформацию пластины.

Поверхностные и нормальные волны являются комбинациями продольных и сдвиговых волн. Скорость распространения поверхностных волн можно определить из приближенного соотношения:

(9)

Скорость распространения нормальных волн зависит от частоты колебаний и толщины изделия. В тонком листе толщиной d при постоянной частоте можно возбудить определенное число симметричных и антисимметричных волн, отличающихся фазовыми и групповыми скоростями. Скорость распространения нормальных симметричных волн:

(10)

Для нормальных антисимметричных волн:

(11)

По мере прохождения ультразвуковой волны в теле интенсивность ее падает вследствие затухания и рассеивания. При затухании звуковая энергия переходит в тепловую, при рассеивании меняется направление распространения звуковой энергии вследствие отражения от неоднородной среды, имеющих другие акустические свойства. При падении волны на поверхность раздела двух сред под прямым углом часть энергии отражается. Коэффициент отражения зависит от соотношения акустических сопротивлений (rс) сред:

(12)

Законы отражения и преломления ультразвуковых волн аналогичны законам геометрической оптики.

При наклонном падении ультразвукового луча на границу раздела двух сред продольная волна LI отразится под углом b₁, равным углу падения a. Если первая среда – твердое тело, то часть падающей энергии продольной волны отразится в виде сдвиговой волны S1 под своим углом g₁, меньшим угла b₁ (Рис.4). Если вторая среда – твердое тело и r₁ с₁ < r₂ с_2,то на границе раздела ультразвуковой луч преломляется с трансформацией в продольную волну L2 и сдвиговую S2 с углами преломления, соответственно, b₂ и c_2.

Рис.4.Отражение и преломление ультразвуковых волн на плоской границе двух твердых сред при падении продольной волны L1.

Углы падения, отражения и преломления связаны следующими соотношениями:

, (13)

где С_L1, С_L2, С_S1, С_S2 - скорости распространения продольных и сдвиговых волн в первой и второй средах соответственно.

Существуют критические углы a _кр.1 и a_кр.2, при которых во второй среде не образуется преломленные продольные или сдвиговые волны соответственно при b₂ =90⁰ или g₂ =90^0. Сварочные дефекты (поры, шлаковые включения, трещины) служат источниками отражения, рассеивания ультразвуковой энергии, так как имеют акустические свойства, отличающиеся от основного металла. Для возбуждения и регистрации ультразвуковых колебаний используют электроакустические преобразователи в виде пластин из пьезоэлектрических материалов: кварца, титанита бария, цирконата титаната свинца и др.

Для удобства в работе и предохранения от механических повреждений пьезоэлектрические пластины помещают в специальном устройстве, называемом искателем. Различают прямые искатели, предназначенные для ввода ультразвуковых колебаний перпендикулярно поверхности контролируемого изделия, и наклонные или призматические искатели, служащие для ввода ультразвуковых колебаний под некоторым углом. Чтобы ввести ультразвуковые колебания в контролируемое изделие, требуется обеспечить акустический контакт между искателем и поверхностью изделия. Для этого используют минеральные масла, глицерин, воду спирт и другие жидкости. Если толщина слоя контактной жидкости больше половины длины волны ультразвуковых колебаний, то такой метод ввода называется иммерсионным, если меньше – контактным.

В зависимости от способа обнаружения дефектов различают три метода ультразвукового контроля: теневой, зеркально-теневой, эхо метод (рис.5).

Рис.5. Схемы ультразвуковых методов контроля сварных швов прямым и призматическим искателями:

а) теневой метод; б) зеркально-теневой метод; в) эхо метод с совмещенными искателями;

г) эхо метод с раздельными искателями (И. – излучатель, П. - приемник).

При теневом методе передающий искатель и приемник размещают на противоположных поверхностях контролируемого изделия. При наличии дефекта в площади действия ультразвукового луча от поверхности дефекта отражаются и рассеиваются ультразвуковые волны, что уменьшает амплитуду прошедшей через изделие ультразвуковой волны, которая фиксируется приемным искателем. Перемещая искатели по поверхности изделия, можно по изменению амплитуды сигнала определить площадь или длину дефекта.

При зеркально-теневом методе излучающий и приемный искатели устанавливают на одной поверхности контролируемого изделия. О наличии дефекта судят по изменению амплитуды ультразвуковой волны, отраженной от противоположной поверхности изделия, которую фиксирует приемный искатель.

При эхо методе пьезометрический искатель является и излучателем, и приемником ультразвуковых колебаний, работающих, как правило, в импульсном режиме. После излучения импульсов ультразвуковых колебаний искатель переключается на прием ультразвукового импульса, отраженного от дефекта. О размерах дефекта судят по амплитуде отраженного сигнала (эхо импульса) или по наличию эхо импульса при перемещении искателя по поверхности изделия.

Широкое применение находят также совмещенные искатели с двумя пьезоэлементами, один из которых работает в режиме генерирования ультразвуковых колебаний, другой – в режиме приема отраженных эхо импульсов.

Импульсный эхо метод является в настоящее время наиболее распространенным методом ультразвуковой дефектоскопии сварных соединений.

Особенности ультразвукового контроля сварных соединений.

Оптимальная частота ультразвуковых колебаний зависит от свариваемого материала, толщины свариваемого шва. Промышленные дефектоскопы позволяют… Угол наклона пьезоэлементов выбирают таким образом, чтобы угол падения (a = 30 - 800) ультразвуковых колебаний на поверхность изделия обеспечивал в данном металле возбуждение сдвиговых…

Магнитные и электромагнитные методы контроля.

Физические основы и классификация методов.

Электромагнитные методы контроля основаны на регистрации характерных изменений электромагнитных полей в зонах различных дефектов изделия. Для этих целей используют как постоянные, так и переменные магнитные электрические поля.

В промышленности применяются магнитные и электромагнитные (вихретоковые) методы контроля. Последние пригодны как для ферромагнитных, так и неферромагнитных электропроводных материалов.

Для магнитного и электромагнитного контроля применяют импульсные, постоянные, переменные и комбинированные магнитные и электрические поля. Контроль может проводиться с использованием как остаточного магнитного поля, образовавшегося после намагничивания, так и в процессе намагничивания.

По методам регистрации неоднородностей магнитного поля, вызванного дефектами, методы контроля подразделяют на магнитопорошковый, магнитографический, магнитоферрозондовый, индукционный.

Электромагнитные методы различают в основном по способам получения электромагнитного поля в контролируемом изделии, зависящего от вида применяемого электромагнитного индуктора (охватывающего или накладного).

Причиной возникновения неоднородностей магнитного поля в районе дефекта является вторичное магнитное поле, которое наводится в полости дефекта, так как магнитная проницаемость среды полости существенно отличается от магнитной проницаемости контролируемого металла.

Амплитудное значение составляющих поля дефекта зависит от размеров дефекта, его ориентации относительно внешнего поля, соотношения магнитных проницаемостей среды дефекта и основного материала. Для получения максимального возмущения магнитного поля необходимо, чтобы вектор напряженности внешнего поля был направлен перпендикулярно плоскости дефекта.

Направление намагничивания должно совпадать со швом по его длине. В этом случае валик сварного шва не оказывает существенного влияния на равномерность магнитного поля и возмущение поля над дефектом легко обнаруживается. При поперечном намагничивании валика с большой высотой и малым радиусом напряженность магнитного поля уменьшается над ним и возмущение над дефектом обнаружить трудно.

Нелинейность магнитных свойств материала влияет на структуру магнитного поля и затрудняет получение информации о дефектах. Поэтому на практике используют метод сопоставления магнитного поля контролируемого изделия с эталонным полем специально подготовленного образца.

Магнитные методы контроля.

Магнитопорошковый метод заключается в том, Что на поверхность намагниченного изделия наносят ферромагнитный порошок в виде суспензии с керосином или… Изделия намагничивают различными способами, но чаще всего используют… Для магнитопорошкового контроля применяют стационарные и переносные дефектоскопы, которые комплектуются…

Капиллярные методы контроля.

Различают три метода капиллярной дефектоскопии: люминесцентный, цветной и люминесцентно-цветной. По способу образования следов индикаторах в дефектах различают три способа их… При сорбционном методе проявления следы индикатора выявляются с помощью порошка или суспензии сорбента, который…

Методы контроля сварных соединений течеисканием.

Наиболее эффективный и удобный метод контроля – метод гелиевого щупа, при котором изделие наполняется гелием под небольшим избыточным давлением,… При методе обдувки гелием из сварного изделия выкачивают воздух, а затем… Для контроля общей герметичности проводят пневматические испытания. Негерметичность проверяют по спаду давления в…

Статистические методы управления качеством сварки.

Применительно к сварке статистическое управление качеством базируется на получении информации от используемых на производстве методов контроля,… Систематический и оперативный контроль сварных соединений позволяет обеспечить… Система контроля должна обеспечивать обратную связь от контроля к технологии. Обратная связь от контроля должна…