Лекція 2.4 Вивчення технології зварювання металів та обробка металів різання

Мета: Ознайомити студентів із значенням зварювання металів та обробки металів різанням у народному господарстві, класифікацією та основними видами зварювання металів, загальними основами технологічного процесу різання, класифікацією та будовою металорізальних верстатів.

1 Поняття про зварювання металів та його значення в народному господарстві.

2 Класифікація видів зварювання в залежності від виду енергії, що використовується, та зварних з’єднань.

3 Поняття про дугове електрозварювання. Властивості електричної дуги.

4 Поняття про контактне електрозварювання. Характеристика видів електроконтактного зварювання.

5 Поняття про газове зварювання, його переваги та недоліки.

6 Технологія газового зварювання і різання металів.

7 Нові види зварювання металів.

8 Поняття про обробку металів різанням. Загальні основи процесу різання металів.

9 Фізичні явища, що відбуваються під час різання металів.

10 Класифікація металорізальних верстатів та їх будова.

11 Характеристика металорізального інструменту

12 Технологія обробки металів на верстатах.

13 Поняття про електрофізичні та електрохімічні методи обробки матеріалів.

Рекомендована література

[2. с. 266 – 383, 384 – 592; 3. с. 315– 346; 4. с. 250 – 310; 6. с. 243 – 265, 265 – 348; 7. с. 148 – 205, 205 – 342; 8. с......]

Поняття про зварювання металів та його значення в народному господарстві. Зварюванням металів називають процес одержання нероз’ємних з'єднань металевих виробів за рахунок використання міжмолекулярних та міжатомних сил зчеплення. Для приведення цих сил в дію необхідно зблизити атоми з’єднуваних металів на відстань порядку 10^-8 см, тобто на відстань приблизно рівну параметру кришталевої гратки цих металів. Вказаному процесу зближення атомів і молекул сприяє нагрівання зварюваних поверхонь до розплавлення або пластичного стану і прикладення механічного зусилля стискування.

У теперішній час зварювання металів, як і обробка металів тиском, різанням або литтям, являється основним технологічним процесом виготовлення різних металевих конструкцій та виробів і знаходить широке використання у всіх галузях народного господарства, зокрема, у суднобудуванні. Особливо значний економічний ефект дає застосування зварювання при виготовленні важких зварювально-литих та зварювально-кованих конструкцій, використанні зносостійкої наплавки у виробництві валків прокатних станів, ковальсько-пресового обладнання, металорізального інструменту тощо.

Класифікація видів зварювання в залежності від виду енергії, що використовується, та зварних з’єднань. Сучасні способи зварювання класифікують за двома основними ознаками: за станом металу в процесі зварювання та за видом енергії, яка використовується для нагрівання зварюваних металів. За першою ознакою розрізняють зварювання плавленням і зварювання тиском.

При зварюванні плавленням кромки з’єднуваних деталей (основний метал) і в більшості випадків додатковий (присадний) нагрівають до розплавленого стану, утворюючи загальну зварювальну ванну. Після видалення джерела нагрівання метал ванни охолоджується і твердне, утворюючи зварний шов, що з’єднує зварювальні поверхні в одне ціле.

При зварюванні тиском зварювальне з’єднання утворюється нагріванням зварюваних поверхонь до пластичного стану або до початку плавлення і додатковим прикладанням механічних зусиль стискання. Такі пластичні метали, як мідь, свинець, алюміній, нікель і ін. Можна зварювати і в холодному стані за рахунок тільки тиску.

За видом енергії, що використовується для нагрівання металу, всі способи зварювання можна розділити на основні групи: електричні, хімічні, механічні і променеві.

Найбільш важливою являється група електричних способів, при яких метал нагрівається за рахунок електричної енергії. До цієї групи належать наступні види зварювання: дугова, контактна, електрошлакова, індукційна, плазмова.

До групи хімічних способів зварювання належать газова і термітна. Нагрівання металу при цих способах зварювання здійснюється за рахунок екзотермічних реакцій окислення різних речовин, що знаходяться у газоподібному або твердому стані.

До механічних способів зварювання відносяться: горнова або ковальська, холодна тиском, тертям, вибухом і ультразвуком. При цих методах зварювання для з’єднання металів використовують відповідні види механічної енергії.

Група променевих способів зварювання об’єднує електронно-променеве, лазерне та геліозварювання.

Із перерахованих способів зварювання найбільш важливе значення мають електродугове, контактне та газове.

Поняття про дугове електрозварювання. Властивості електричної дуги. Електричне дугове зварювання вперше було запропоноване нашим співвітчизником М.М. Бенардосом у 1882 р., який використав дугу для зварювання металів вугільним електродом, а у 1888 р. М.Г. Славянов запропонував спосіб дугового зварювання металевим електродом.

Зварювальна дуга представляє собою потужний електричний розряд в газах, що супроводжується виділенням значної кількості тепла і світла. Для розігріву катода між ним і анодом, підключеними до джерела зварювального струму, здійснюють короткочасне коротке замикання. Після відриву електрода від виробу з розігрітого катоду під дією електричного поля починається електронна емісія. При русі електронів до аноду вони стикаються з молекулами і атомами повітря і іонізують їх. На поверхні анода і катода відбувається нейтралізація заряджених частинок, що приводить до перетворення електричної енергії в теплову.

До основних параметрів, що характеризують електричну дугу, відносяться напруга, струм і довжина дуги. Зварювальна дуга складається із трьох частин: катодної, анодної і стоба дуги. Майже весь простір займає стовп дуги, в якому відбуваються процеси іонізації і переміщення заряджених частинок до катоду і аноду. Температура стовпа дуги досягає 6000...7000 ^оС. Він оточений ореолом, який представляє собою розпечену суміш парів електродного і зварювального металів та продуктів реакції цих парів з оточуючим газовим середовищем.

Для дугового зварювання застосовують як постійний, так і змінний струм. Джерелами постійного струму є зварювальні генератори постійного струму та зварювальні випрямлячі. При зварюванні змінним струмом використовують зварювальні трансформатори.

Величина напруги для запалювання дуги (напруга холостого ходу) повинна бути не нижче 30...35 В (при постійному струмі) і 50...55 В (при змінному струмі). Для стійкого горіння відкритої дуги в більшості випадків достатньо напруги 18...30 В.

Поняття про контактне електрозварювання. Характеристика видів електроконтактного зварювання. Контактне зварювання (зварювання опором) засноване на розігріві зварювальних виробів джоулевим теплом і механічним притискуванням розігрітих виробів. Згідно із законом Джоуля-Ленца кількість тепла, що виділяється при проходженні електричного струму у зварюваних деталях та перехідних контактах:

Q = kI²Rt (Дж).

Величина зварювального струму при контактному зварюванні досягає десятків і навіть сотень тисяч ампер. Такі струми одержують у знижувальних однофазних зварювальних трансформаторах, що мають у вторинній обмотці частіше за все один виток. Для регулювання зварювального струму первину обмотку роблять секційною. Опір місця зварювання залежить від чистоти і стану поверхні зварюваного металу. До основних видів контактного зварювання відносяться: стикова, точкова і шовна.

При стиковому зварюванні зварювані деталі (стержні, стрічки, рейки, труби) закріплюють в мідних затискачах машини. Переміщення рухомої плити і стискання зварюваних виробів здійснюють механізмом стиснення.

Точкове зварювання застосовують для з’єднання листових конструкцій, де необхідно забезпечити потрібну міцність, а щільність не є обов’язковою. Складені внахлест деталі затискають з певним зусиллям між мідними електродами, до яких підводиться струм від зварювального трансформатора. Тривалість витримки на жорстких режимах зварювання становить 0,001...0,1 с, густина струму – 150...350 А/мм² і тиск на електроди – 40...100 МПа.

Шовне або роликове зварювання застосовують для одержання міцних і щільних швів при виготовленні тонкостінних посудин та тонкостінних труб. При шовному зварюванні збирають внахлест деталі, а потім затискають з певним зусиллям між двома мідними роликами, до яких підводиться струм від зварювального трансформатора. Одному з роликів надають примусового обертання від спеціального привода. При включенні струму і одночасному обертанні роликів відбувається переміщенні і нагрівання до розплавлення контактних поверхонь зварюваних виробів, які під дією стискаючих зусиль зварюються.

Поняття про газове зварювання, його переваги та недоліки. Для одержання зварного з'єднання при газовому зварюванні кромки основного металу і присадний метал нагрівають до розплавленого стану полум’ям горючих газів, стиснених при допомозі спеціальних зварювальних пальників у суміші з киснем. В якості горючого газу найбільше застосування одержав ацетилен, який при згорянні в кисні дає температуру полум’я, достатню для зварювання сталей та більшості інших металів і сплавів. Для зварювання металів з температурою плавлення меншою, ніж у сталі. Можуть бути використані водень, природний газ і ін.

Газове зварювання застосовують при виготовленні листових і трубчастих конструкцій із маловуглецевих та низьколегованих сталей, для виправлення дефектів у відливках сірого чавуну та бронзи тощо.

Газове зварювання має переваги у мобільності, меншій експлуатаційній небезпечності та меншому впливу на здорові людини (особливо на зір).

Технологія газового зварювання і різання металів. Основу технологіїгазового зварювання складає вид і склад ацетиленокисневого полум’я, спосіб та вибір режимів зварювання.

В більшості випадків при газовому зварюванні застосовують нормальне ацетиленокисневе полум’я, при якому на одну об’ємну частину ацетилену (Н₂С₂) припадає на 10...20 % більше кисню. Режим газового зварювання визначається вибраним діаметром присадного металу і потужністю газозварювального полум’я.

Газове різання здійснюють використовуючи горючі гази, зокрема ацетилен, який одержують із карбіду кальцію (СаС₂) при його взаємодії з водою. Газове різання у струмені кисню використовують для різання сталі з вмістом вуглецю до 0,7 % та деяких низьколегованих сталей. Найвища температура полум’я у струмені ацетилену 3200 ^оС.

Плазмове різання металів являється найбільш продуктивним видом термічного різання, широко застосовується в машинобудуванні, в суднобудуванні, для різання листового металу значних габаритів тощо. Стиснення і стабілізація дуги здійснюється струменем газу разом із стовпом дуги, завдяки чому температура досягає 12000...20000 ^оС, і властивості металу при такому потужному спрямованому струменю теплової енергії практично не впливають на процес різання.

Нові види зварювання металів. До нових (нетрадиційних) способів зварювання можна віднести індукційне зварювання металу (нагрівання здійснюється індукційними струмами середньої і високої частоти з наступним його обтисненням), дифузійне (взаємна дифузія атомів у поверхневому шарі контактуючих матеріалів у вакуумі або атмосфері інертного газу), зварювання ультразвуком, холодне зварювання тиском (за рахунок значних зусиль стиснення), зварювання тертям (перетворення механічної енергії при взаємному переміщенні зварюваних поверхонь у теплову), плазмово-дугове, зварювання вибухом тощо.

Поняття про обробку металів різанням. Загальні основи процесу різання металів. Обробкою конструкційних матеріалів різанням називається процес відокремлення різальними інструментами шару матеріалу від заготовки для одержання необхідної форми деталі.

Для забезпечення встановленої точності розмірів, і шорсткості поверхні більшість деталей обробляються на верстатах зняттям стружки, тобто відбувається процес різання лезовими і абразивними інструментами.

Для одержання поверхні заданої форми і розмірів заготовки і інструменти закріплюються на металорізальних верстатах, робочі органи яких надають їм руху необхідної траєкторії із встановленою швидкістю і силою.

Рухи виконавчих органів верстатів поділяють на робочі і допоміжні. Робочими називають рухи, при яких із заготовки знімається стружка; допоміжними – рухи, при яких із заготовки стружка не знімається (підвід та відвід інструменту та ін.).

Робочий рух можна розкласти на головний рух і рух подачі. Головним називають рух, швидкість якого найбільша. Зняття стружки здійснюється в основному при поєднанні головного руху і руху подачі.

Фізичні явища, що відбуваються під час різання металів. Різання металів супроводжується складною сукупністю різних деформацій – зминання, зсуву, зрізу, що супроводжуються тертям відокремлюваної стружки об передню поверхню різця і тертям поверхні різання об задню поверхню різця. В результаті пружно-пластичної деформації металу, яка відбувається під впливом різального інструменту, утворюються нові поверхні.

Заготовці від шпинделя верстату передається головний обертальний рух, різцю супортом верстату надається рух подачі; обидва ці рухи здійснюються безперервно. То ж відбувається процес поверхневого різання.

Глибина різання t – відстань між оброблюваною і обробленою поверхнями, виміряна по перпендикуляру до осі заготовки, мм:

t = (d₁-d₂)/2.

Подача s – переміщення різця за один оберт заготовки, мм/хв.

Дата добавления: 2014-01-07