Сварка металлов широко применяется в судостроении, в изготовлении паровых котлов, вагонов, различных машин, трубопроводов, резервуаров, мостов, строительных металлоконструкций, в производстве самолетов, танков, мин, артиллерийских систем и другой материальной части. Весьма велико значение сварки и в ремонтных работах, проводимых на железнодорожном транспорте, в морском, речном флоте и в других областях народного хозяйства.
В настоящее время существует свыше 20 различных видов сварки металлов. Все способы сварки, несмотря на их большое разнообразие, объединяются общим признаком: металл в месте сварки нагревается до высокой температуры.
Необходимость нагрева вызывается следующим обстоятельством. Металлы, обычно применяемые в производстве различных изделий (сталь, чугун, медь, бронза, алюминий и т. д.) и представляющие собой при . нормальной температуре твердые тела, не способны к прочному соединению между собой. Например, две хорошо пригнанные и зачищенные стальные пластины даже при очень сильном сдавливании не соединяются в одно целое и легко от¬ходят друг от друга по прекращении давления. Это объясняется большой силой сцепления отдельных мельчайших частиц вещества твердых тел, находящихся в холодном состоянии, и малой под¬вижностью их относительно друг друга.
Нагревая металл, мы ослабляем связь между его отдельными частицами и делаем их более подвижными. Усиливая нагрев можно всякий металл расплавить, т. е. превратить в жидкое состояние; при этом частицы металла обладают большой подвижностью и легко перемещаются относительно друг друга. Пользуясь способностью металлов сплавляться в жидком состоянии, можно произвести сварку их следующим образом. Два куска металла (две стальных полосы) уложить, как показано на рис. 1, и на место соединения направить сварочное пламя весьма высокой температуры. Пламя расплавит металл обоих кусков, жидкий ме¬талл сольется в общую ванну и по удалении пламени затвердеет в одно целое прочное соединение.
Подобный способ сварки, при котором металл расплавляется переходя в жидкое состояние, называется сваркой плавлением.

Можно производить сварку и не расплавляя металл, т. е. не доводя его до жидкого состояния. Подобно тому, как два куска воска или смоченной глины при сдавливании сливаются в одно целое, так и два куска металла, нагретые до размягченного состо¬яния, при достаточно сильном давлении соединяются в одно целое, т. е. свариваются.
Подобный способ сварки, при котором металл не плавится, а лишь нагревается до размягченного состояния, называется сваркой давлением, или пластической сваркой, а температура, до которой при этом нагревается металл, носит название сварочного жара.

Screenshot_14

Рис. 1. Сварка плавлением: 1—сварочное пламя; 2—ванна

Рис. 2. Сварка давлением: в—нагрев; б—осадка

Рис. 2. Сварка давлением:
в—нагрев; б—осадка

РИС.3 ГАЗОВАЯ СВАРОЧНАЯ ГОРЕЛКА

РИС.3 ГАЗОВАЯ СВАРОЧНАЯ ГОРЕЛКА

Рис. 4. Стыковая контактная сварка

Рис. 4. Стыковая контактная сварка

Нагрев места сварки может производиться различными способами, соответственно которым существуют различные виды сварки.

Степень нагрева вещества называется его температурой, которая выражается в градусах и может быть точно измерена (небольшие температуры определяются термометрами; для измерения высоких температур применяются более сложные приборы, так называемые пирометры).

Помимо температуры можно измерять также количество тепла. За единицу измерения тепла принимается количество тепла, необходимое для того, чтобы повысить на один градус температуру одного килограмма воды.

Эта единица называется килограмм-калория, или большая калория. Иногда применяется более мелкая единица—грамм-калория, или малая калория, которая представляет собой такое количество тепла, которое необходимо для нагревания одного грамма воды на один градус. В большой калории содержится 1000 малых.
Для нагрева на 1° металл по сравнению с водой требует мень¬шего количества тепла. Число, показывающее, какую долю тепла нужно затратить для нагрева данного металла по сравнению с нагревом такого же количества воды, называется удельной теп¬лоемкостью. Удельная теплоемкость стали в среднем 0,14; таким образом для нагрева 1 кг стали на 1° необходимо затратить 0,14 кг калорий, т. е. в 7 раз меньше, чем для нагрева 1 кг воды.
Для целей сварки тепло получается за счет сгорания каких- либо горючих веществ или в результате действия электрического тока. К первому виду сварки относятся горновая (или кузнечная), термитная и газовая, ко второму — контактная и дуговая.

Виды сварки:

      1. Горновая
      2. Термитная
      3. газовая сварка

 

1. Горновая (или кузнечная) сварка производится следующим образом. Место сварки нагревается на горне или в специальной печи до сварочного жара (для стали это будет температура белого
каления, т. е. 1200—1300°). Нагретое место сварки посыпается- песком или бурой, чтобы превратить образовавшиеся на поверх¬ности окислы в легкоплавкие шлаки. После этого нагретые части укладываются в определенном положении и свариваются при сильном сдавливании под прессом, молотом или в вальцах.
2. Термитная сварка пользуется для нагрева металла особой; горючей порошкообразной смесью — термитом. Эта смесь состоим из порошка металлического алюминия (белые крупинки) и размолотой железной окалины (черные крупинки). При зажигании термит .
быстро сгорает, развивая при этом температуру свыше 3000°’. В настоящее время термитная сварка применяется главным образом для стыков железнодорожных и трамвайных рельсов.
3. При газовой сварке для нагрева металла пользуются пламенем горючего газа, сжигая его при помощи специальных сварочных горелок. В качестве такого газа обычно применяется ацетилен, дающий наивысшую: температуру пламени. Для того чтобы сгорание горючего газа проходило более интенсивно и с более высокой температурой его сжигают не в воздухе, а в чистом кислороде. Кислород и ацетилен подводятся к горелке посредством резиновых шлангов. Внутри горелки (рис. 3) оба эти газа смешиваются в так называемой камере смешения и образуют горючую смесь; последняя поджигается и горит впереди наконечника горелки, образуя сварочное пламя.
Ацетилен, сгорающий в кислороде, развивает температуру пламени до 3200°, при которой легко расплавляется любой металл. Поэтому газовая ацетилено-кислородная сварка применима для всех металлов. Другие горючие газы —водород, светильный газ, пары бензина —не дают достаточно высокой температуры и пригодны лишь для сварки легкоплавких металлов или мелких изделий; на практике они применяются редко.
Особенно удобно при сварке нагревать металл электрическим током, так как при этом способе нагрев производится очень быстро, точно регулируется и дает самые высокие из применяемых в технике температуры.
4. При контактной электросварке металл нагревается проходящим электрическим током до сварочного жара, а затем место сварки подвергается сильному сдавливанию. Различают стыковую, точечную и шовную (или роликовую) контактную сварку.
На рис. 4 показана схема стыковой контактной сварки. Через место соединения двух металлических стержней пропускается электрический ток. Когда металл в месте соединения нагреется до сварочного жара, к стержням прикладывается большое давление, в результате чего происходит осадка обоих стержней, которые при этом свариваются. На рис. 5 показан общий вид современной машины для электрической стыковой контактной’ сварки.
Точечная контактная сварка применяется для соединения листов, заменяя собой клепку. На рис. 6 показана схема точечной контактной сварки, где свариваемые листы зажимаются между двумя медными штифтами (электродами), через которые пропускается электрический ток. Одновременно электроды надавливают с большой силой на металл.
Отдельное подвергнутое сварке место называется точкой, которая заменяет собой заклепку в клепанных соединениях. Точечная сварка отличается большой производительностью. Современные машины могут дать несколько тысяч точек за 1 час. На рис. 7 показан общий вид современной точечной контактной машины.
Заменив точечные электроды медными роликами, катящимися по листам металла, сдавливающими их и подводящими к ним ток, мы получим шовную или ‘роликовую контактную сварку. На рис. 8 показана схема шовной сварки, а на рис. 9 общий вид современной машины для шовной контактной сварки.

Рис. 6. Точечная контактная сварка

Рис. 6. Точечная контактная сварка

Рис. 7. Точечная контактная машина

Рис. 7. Точечная контактная машина

Рис. 10. Классификация способов сварки

Контактная сварка применяется при массовом производстве сравнительно небольших металлических изделий, например частей оружия, мин, частей самолетов, автомобилей и т. д.

5. Пропуская электрический ток через небольшой воздушный промежуток между двумя электродами, мы можем получить
I достигающую 6000—8000°. Вольтова дуга легко расплавляет и доводит до кипения, обращая в пары, все известные металлы.; Способы электрической сварки, в которых для нагрева металла используется вольтова дуга, образуют электрическую дуговую сварку, являющуюся наиболее распространенным видом сварки.
На рис. 10 изображена классификация основных видов современных способов сварки металлов.