Введення

Більшість металевих конструкцій складається з з'єднаних між собою окремих елементів. З'єднання можуть бути рухомими і нерухомими, роз'ємними і нероз'ємним.
Нероз'ємним з'єднання металевих елементів у сучасних умовах здійснюються за допомогою зварювання, пайки, клепки і склеювання.
Найбільш досконалими видами з'єднань металевих елементів є зварні і паяні. У цих випадках сполучаються між елементами виникає металева форма зв'язку.
Сварка и пайка є дуже стародавніми процесами. Однак лише наприкінці XVIII століття почався швидкий розвиток зварювання, пов'язане з інтенсивним розвитком промисловості. Слід зазначити, що розробка і практичне застосування основних сучасних методів зварювання були здійснені у ті часи чудовими російськими інженерами
Н. Н. Бенардсоном і Н. Г. Славянова.
Інтенсивна розробка нових методів пайки почалася пізніше -
в кінці першої половини XIX століття. У цей час виникла гостра необхідність поєднувати елементи конструкцій з різнорідних і важкозварювальних металів і сплавів.
Процеси зварювання та пайки доцільно розглядати з трьох основних точок зору: конструктивної, технологічної та за природою самих процесів.
З конструктивної точки зору зварювання і пайка являють собою процеси створення нероз'ємних з'єднань металевих деталей. Зварні і паяні з'єднання необхідно розглядати як елементи конструкцій.
З технологічної точки зору зварювання і паяння є найважливішими операціями процесу зборки металевих деталей у вузли і цілі конструкції.
За природою процесів зварювання і паяння є складним металургійними, різноманітними за формою процесами.

Основні методи зварювання

Існуючі в даний час способи зварювання можна підрозділити на дві основні групи (станом з'єднуються крайок в процесі зварювання). До першої групи належать способи, при яких метали зварюються в твердому стані при спільній пластичної деформації, часто одночасно з додатковим нагріванням (способи зварювання тиском). До другої групи належать способи, при яких метали разом з'єднання розплавляються (способи зварювання плавленням).
 При зварюванні методами першої групи метали спільно стискаються і деформуються. В залежності від температури металу в місці зварювання ці методи поділяються на три підгрупи. У першому випадку зварювання проводиться без підігріву металів (зварювання глибокою деформацією, зварювання зрушенням). Цими методами зварюються тільки високо пластичні метали. У другому випадку метали підігрівають в процесі зварювання до температур, близьких до температури порога рекристалізації (зварювання ультразвуковими коливаннями).
Найбільше значення мають методи третього підгрупи. Метали в цьому випадку нагріваються до температур, які значно перевищують температуру порога рекристалізації. Як джерела тепла використовуються горн (ковальська зварювання), електричний струм (контактна стикова і шовного-стикова зварка), газове полум'я (газопрессовая зварювання) та ін
При зварюванні методами другої групи між сполучаються деталями потужним джерелом тепла створюється ванночка розплавленого металу. Вона утворюється переважно за рахунок оплавлення кромок зварювальних деталей. Після видалення джерела тепла у ванні твердне (кристалізується) і утворюється зварне з'єднання. Як джерело тепла використовується електрична дуга, електричний струм, потік електронів, газове полум'я та ін
На Схемою 1. наведена класифікація основних методів зварювання станом металів в процесі зварювання.

Основні методи пайки

Пайка являє собою технологічний процес, при якому з'єднання деталей відбувається в результаті розплавлення припою без розплавлення металу з'єднуються деталей.
В освіті паяних з'єднання велике значення мають процеси розчинення і дифузії, а також утворення хімічних сполук між основним металом і припоєм. Припій повинен добре змочувати основний метал. Зазвичай припой являє собою сплави різних кольорових металів. Температура плавлення його повинна бути нижчою, ніж температура плавлення основного металу.
Тим зварюванням з розплавленням металів і пайкою багато спільного, однак, істотно відрізняються технології процесів.
Якщо при зварюванні кромки з'єднуються деталей розплавляються і метал, який утворює шов, аналогічний, як правило, зварюється, то при пайку кромки деталей нагріваються до температури нижче температури плавлення паяемого металу. З'єднання їх провадиться розплавляється спеціальним металом - припоєм, що мають більш низьку температуру плавлення.
В залежності температури плавлення припою методи пайки можна підрозділити на дві основні групи.
До першої групи належать методи пайки, при яких використовуються припои з температурою плавлення значно нижча за температуру плавлення паяемого металу. Наприклад, при пайку низьковуглецевої сталі () припоєм на основі сплаву олова та свинцю () різниця в температурах їх плавлення перевищує С.
До другої групи належать методи пайки, при яких використовуються припои з температурою плавлення, близької до температури плавлення паяемого металу. Як приклад можна навести пайку міді () латунню Л-62 ().
За умовами нагріву методи пайки поділяються на дві групи. При пайку методами першої групи деталі підігріваються тільки в тому місці, куди безпосередньо вводиться припой, де вони з'єднуються. Нагрівання носить місцевий характер. Як джерела тепла зазвичай використовуються паяльники, газове полум'я, струми високої частоти та ін При пайку методами другої групи паяемие деталі нагріваються цілком. Як джерела тепла використовуються всілякі печі і ванни, заповнені розплавленими припоями, флюсами, солями.
На Схемі 2. наведена класифікація основних методів пайки на основі умов нагріву паяемих деталей.

Дефекти зварних з'єднань

Надійність експлуатації зварних з'єднань залежить від їх відповідності нормативної документації, що регламентує конструктивні розміри і форму готових зварних швів, міцність, пластичність, корозійну стійкість і властивості зварних з'єднань. Всі зустрічаються типи дефектів зварних з'єднань можна підрозділити на чотири групи: за розташуванням, формою, розмірами та кількістю.
За розташуванням розрізняють дефекти зовнішні, внутрішні і наскрізні. За формою компактні і протяжні, плоскі і об'ємні, гострі (з надрізом) і округлі (без надрізу). За розмірами - дрібні, середні і великі. За кількістю - одиничні та групові (ланцюжки, скупчення).
До зовнішніх дефектів відносяться порушення форми, розмірів і зовнішнього вигляду швів: нерівномірна ширина шва по його довжині, нерівномірна висота шва, нерівномірні катета кутових швів, підрізи, напливи, прожогом, не заварені кратери, свищі.
Освіта внутрішніх дефектів при зварюванні пов'язано з металургійними, термічними та гідродинамічними явищами, що відбуваються при формуванні зварного шва.
До внутрішніх дефектів відносяться тріщини (гарячі і холодні), непровари, пори, шлакові вольфрамові та окисних включення.




При зварюванні тиском

Непровари - це ділянка зварного з'єднання, де відсутня сплавом між зварюваних деталями, наприклад, у корені шва, між основним і наплавлений металом (по кромці) або між суміжними шарами наплавленого металу. Непровари зменшують робочий перетин зварного шва, що може призвести до зниження працездатності звареного з'єднання. Будучи концентраторами напруг, непровари можуть викликати появу тріщин, зменшити корозійну стійкість зварного з'єднання, привести до корозійного розтріскування. Непровари є дуже небезпечним дефектом зварювання.
 
Рис.1. Непровари

а - в корені одностороннього стикового шва;
б - по кромці між основним і наплавлений металом;
в - в корені двостороннього шва;
г - між шарами

Причина непровари:
1) Мала величина зварювального струму;
2) Велика швидкість переміщення електрода;
3) Занадто велика довжина дуги;
4) Малий кут скоса кромок або велика величина притуплення;
5) Зсув і перекоси зварювальних кромок;
6) Мала величина зазору між крайками;
7) невідповідно великий діаметр електрода;
8) затікання шлаку в зазори між зварюються крайками;
9) Неправильний вибір полярності для даної марки електродів
Непровари є дуже небезпечним дефектом зварювання.
Пористість - газові бульбашки в металі. Зазвичай вони мають сферичну або близьку до неї форму. У зварних швах вуглецевих сталей пори часто мають трубчасту форму. Спочатку, виникнувши в рідкому металі шва за рахунок інтенсивного газоутворення, не всі бульбашки газу встигають піднятися на поверхню і вийти в атмосферу. Частина з них залишається в металі шва. Розміри таких пір коливаються від мікроскопічних, до 2 ... 3 мм в діаметрі, і за рахунок дифузії газів можуть рости. Крім одиночних пір, викликаних дією випадкових факторів, у зварних швах можуть з'являтися пори, рівномірно розподілені по всьому перерізу шва, розташовані у вигляді ланцюжків або окремих скупчень.

Рис.2. Пори

 Причини пористості:
1) Наявність газів в металі, які не встигають повністю виділитися в процесі кристалізації металу;
2) Взаємодія закису заліза з вуглецем, у результаті чого виділяється окис вуглецю та вуглекислий газ;
3) Наявність вологи в покритті або під флюсом (при автоматичному зварюванні);
4) Наявність іржі на зварюваних кромках або дроті.
Тріщини - дефекти зварних швів, що представляють собою макроскопічні і макроскопічні межкрісталліческіе руйнування, що утворюють порожнини з дуже малим початковим розкриттям. Під дією залишкових і робочих напружень тріщини можуть розповсюджуватися з високими швидкостями. Тому викликані ними тендітні руйнування відбуваються майже миттєво і дуже небезпечні.
 
 Рис.3. Продольная гаряча тріщина
 
 Рис.4. Холодні тріщини в
 околошовной зоні
Причини тріщин:
1) усадочні напруги, що перевищують межу міцності металу;
2) Жорстке закріплення зварювальних елементів;
3) Структурні напруги, наприклад, освіта мартенсіта;
4) Підвищений вміст вуглецю, сірки і фосфору в металі;
5) Зварювання при низькій температурі;
6) Дефекти шва (пори, шлакові включення і т.д.), що викликають місцеву концентрацію напружень в металі шва;
7) Зосередження кількох швів на невеликій ділянці вироби, що викликає підвищені місцеві напруги (концентрація напружень).
Шлакові включення - це порожнини в металі зварного шва, заповнені шлаками, яка не встигає піднятися на поверхню шва. Шлакові включення утворюються при великих швидкостях зварювання, при сильному забрудненні країв і при багатошарової зварюванні у випадках поганої очищення від шлаків поверхні швів між шарами. Форма шлакових включень може бути найрізноманітнішою, внаслідок чого вони є більш небезпечними дефектами, ніж округлі пори.
 
 Рис.5. Шлакові включення
 
Причини шлакових включень:
1) тугоплавкі і підвищена в'язкість шлаків електродних покриттів;
2) Висока питома вага шлаку;
3) Недостатнє Розкислювання металу шва;
4) Велике поверхневий натяг шлаку;
5) Погана очищення поверхні валиків від шлаку при багатошарової зварюванні;
6) затікання шлаку в зазори між зварюються крайками і в місці підрізів;
7) Нерівномірність плавлення електродного покриття.
Перепал - окислення по межах зерен.
Причини перепалу:
1) Уповільнене рух джерел нагріву;
2) Велика сила струму (великий номер наконечника пальника).
Прожогом - дефект зварювання, що полягає в витіканні металу зварювальної ванни через отвір у шві з освітою в ньому порожнини.
 
 Рис.6. Прожогом
 
Причини прожогом:
1) Надмірна сила струму;
2) Занадто повільне переміщення джерела нагріву;
3) Мала товщина металу;
4) Великий зазор між зварюються крайками;
5) Мала величина притуплення крайок.
Подрез - дефекти зварного з'єднання, що представляють собою місцеві зменшення товщини основного металу у вигляді канавок, розташованих уздовж кордонів зварного шва. Підрізи відносяться до найбільш часто зустрічається зовнішніх дефектів, що утворюються, як правило, при зварюванні кутових швів з надмірно високою напругою дуги і у випадку неточного ведення електрода. Одна з крайок проплавляется більш глибоко, метал стікає на горизонтально розташовану деталь і його не вистачає для заповнення канавки. У стикових швах підрізи утворюються рідше. Зазвичай при підвищеній напрузі дуги і великій швидкості зварювання утворюються двосторонні підрізи. Такі ж підрізи утворюються і в разі збільшення кута обробки при автоматичному зварюванні.
 
 Рис.7. Подрез
 
Причини підрізу:
1) Велика сила струму;
2) Неправильне положення електрода і напрям дуги.

При точкового зварювання

Непровари - відсутність або малий діаметр литого ядра.
Причини:
1) Падіння напруги в мережі;
2) Введення в контур машини великих магнітних мас;
3) Шунтування струму через сусідні точки або випадкові контакти;
4) Великий діаметр контакту електрода;
5) Велика тиск;
6) Збільшення товщини зварювальних деталей;
7) Зменшення часу зварювання.
Виплеск металу.
Причини:
1) Погана очищення деталей або електродів;
2) Мале тиск;
3) Велика сила струму;
4) Великий час зварювання.
Прожогом.
Причини:
1) Значне забруднення поверхні;
2) Забруднення поверхні електродів;
3) Зниження тиску.
Тріщини.
Причини:
1) Жорсткий режим зварювання;
2) Не-вільний деформування деталей у пристосуванні;
3) Мале кувальне тиск.
Раковини і пористість.
Причини:
1) Мале тиск;
2) Забруднення поверхні металу;
3) виплеск при перегреве ядра.
Вм'ятини більше 10-20% товщини листа.
Причини:
1) Недостатні діаметри контактної поверхні електрода;
2) Перегрів точки;
3) Значний виплеск металу;
4) Поганий охолодження електродів.

При роликовій зварюванні

Негерметичність шва викликається тими ж причинами, що і при непровари точкової зварюванням.
Підплавлення.
Причина - погана очищення деталей і роликів.
Прожогом.
Причини:
1) Погана очищення деталей і забруднення роликів;
2) Великі зазори між деталями;
3) Зниження тиску.

При стикового зварюванні

Зсув зварювальних деталей.
Непровари.
Перегрів і перепал.
Подгар поверхні деталей у затискачах.
Надмірне велика кількість видавлені металу.
Тріщини.
Залишки у шві литого металу, шлаків, окислів.

Допустимі і неприпустимі дефекти

При зварюванні плавленням дефекти зазвичай виправляються підварки дефектного місця. Перед підварки дефектне місце має бути обробити так, щоб можна було зручно проводити зварювання. Одне і те ж місце виправляти зварюванням більше двох разів звичайно не дозволяється, щоб уникнути отримання перегріву або перепалу металу.
При точкового зварювання виправлення дефектів проводиться постановкою нової точки. У деяких випадках, наприклад, у випадку прожогом в дефектних місць ставлять заклепки.
Характер і кількість дефектів, що допускаються без виправлення, повинні зазначатися в технічних умовах на зварювання або вузол.

Контроль
 
 Залежно від характеру впливу на матеріал зразка або вироби всі різноманітні методи контролю якості зварних з'єднань можуть бути розділені на дві основні групи: методи контролю без руйнування зразків або виробів - неруйнівний контроль і методи контролю з руйнуванням зразків або виробничих стиків - руйнує контроль. Група методів контролю, об'єднана загальними фізичними характеристиками, становить вид контролю. Всі види неруйнівного контролю класифікуються за наступними п'ятьма основними ознаками: за характером фізичних полів або випромінювань, що взаємодіють з контрольованим об'єктом; за характером взаємодії фізичних полів або речовин з контрольованим об'єктом; по первинних інформативним параметрами, розглянутих методів контролю; за способами індикації первинної інформації; по способам представлення остаточної інформації. Всі методи неруйнівного контролю подр?? виділяється відповідно до стандарту на наступні десять типів: акустичний, капілярний, магнітний, оптичний, радіаційний, радіохвильові, тепловий, течеісканіем, електричний, електромагнітний (вихрових струмів). Найбільш широке застосування на практиці знайшли методи п'яти з них - акустичного, капілярного, магнітного, радіаційного та течеісканіем.
До неруйнуючим видів контролю слід віднести й контроль зовнішнім оглядом і обмірюванням, який має суттєве значення для отримання якісних зварних конструкцій.

Висновок

Якість зварних з'єднань залежить від якості вихідних основних і зварювальних матеріалів, якість зборки під зварювання, дотримання технологій зварювання та інших факторів. Виникнення дефектів у значній мірі пов'язано не тільки з технічними, але і з організаційними причинами. Звідси випливає, що фахівці-технологи зварювального виробництва повинні знати не тільки дефекти зварних з'єднань, властиві різних способів зварювання, методи та обладнання для їх виявлення, але й володіти питаннями організації управління якістю зварювання.

Список використаної літератури

1) А.А. Алов - «Основи теорії процесів зварювання і паяння», - М.: «Машинобудування» - 1964р., 268стр.
2) І. Грівняк - «зварюваність сталей», - М.: «Машинобудування» - 1984р., 216стр.
3) Б.Н. Бадьянов, В.А. Давидов - «Зварювальні процеси в електронній техніці», - М.: «Вища школа» - 1988г., 189стр.
4) С.Б. Моцохін - «Контроль якості з'єднань і конструкцій», - М.: «Стройиздат» - 1985р., 229стр.
5) Л.А. Мордвінцев - «Технологія зварювання і паяння», - М.: «Госиздат. Оборонної Промисловості »- 1957р., 150стр.