Введение

Большинство металлических конструкций состоит из соединенных между собой отдельных элементов. Соединения могут быть подвижными и неподвижными, разъемными и неразъемными.

Неразъемные соединения металлических элементов в современных условиях осуществляются при помощи сварки, пайки, клепки и склеивания.

Наиболее совершенными видами соединений металлических элементов являются сварные и паяные. В этих случаях между соединяемыми элементами возникает металлическая форма связи.

Сварка и пайка являются очень древними процессами. Однако только в конце XVIII столетия началось быстрое развитие сварки, связанное с интенсивным развитием промышленности. Следует отметить, что разработка и практическое применение основных современных методов сварки были осуществлены в те времена замечательными русскими инженерами

Н. Н. Бенардсоном и Н. Г. Славяновым.

Интенсивная разработка новых методов пайки началась позднее –

в конце первой половины XIX столетия. В это время возникла острая необходимость соединять элементы конструкций из разнородных и трудносвариваемых металлов и сплавов.

Процессы сварки и пайки целесообразно рассматривать с трех основных точек зрения: конструктивной, технологической и по природе самих процессов.

С конструктивной точки зрения сварка и пайка представляют собой процессы создания неразъемных соединений металлических деталей. Сварные и паяные соединения необходимо рассматривать как элементы конструкций.

С технологической точки зрения сварка и пайка являются важнейшими операциями процесса сборки металлических деталей в узлы и целые конструкции.

По природе процессов сварка и пайка являются сложным металлургическими, разнообразными по форме процессами.

Основные методы сварки

Существующие в настоящее время способы сварки можно подразделить на две основные группы (по состоянию соединяемых кромок в процессе сварки). К первой группе относятся способы, при которых металлы свариваются в твердом состоянии при совместной пластической деформации, часто одновременно с дополнительным нагревом (способы сварки давлением). Ко второй группе относятся способы, при которых металлы вместе соединения расплавляются (способы сварки плавлением).

При сварке методами первой группы металлы совместно сжимаются и деформируются. В зависимости от температуры металла в месте сварки эти методы подразделяются на три подгруппы. В первом случае сварка проводится без подогрева металлов (сварка глубокой деформацией, сварка сдвигом). Этими методами свариваются только высоко пластичные металлы. Во втором случае металлы подогревают в процессе сварки до температур, близких к температуре порога рекристаллизации (сварка ультразвуковыми колебаниями).

Наибольшее значение имеют методы третьей подгруппы. Металлы в этом случае нагреваются до температур, значительно превышающих температуру порога рекристаллизации. В качестве источников тепла используются горн (кузнечная сварка), электрический ток (контактная стыковая и шовно-стыковая сварка), газовое пламя (газопрессовая сварка) и др.

При сварке методами второй группы между соединяемыми деталями мощным источником тепла создается ванночка расплавленного металла. Она образуется преимущественно за счет оплавления кромок свариваемых деталей. После удаления источника тепла в ванночке затвердевает (кристаллизуется) и образуется сварное соединение. В качестве источника тепла используется электрическая дуга, электрический ток, поток электронов, газовое пламя и др.

На Схеме 1. приведена классификация основных методов сварки по состоянию металлов в процессе сварки.

Основные методы пайки

Пайка представляет собой технологический процесс, при котором соединение деталей происходит в результате расплавления припоя без расплавления металла соединяемых деталей.

В образовании паяного соединения большое значение имеют процессы растворения и диффузии, а также образование химических соединений между основным металлом и припоем. Припой должен хорошо смачивать основной металл. Обычно припой представляет собой сплавы различных цветных металлов. Температура плавления его должна быть ниже, чем температура плавления основного металла.

Между сваркой с расплавлением металлов и пайкой много общего, однако, существенно отличаются технологии процессов.

Если при сварке кромки соединяемых деталей расплавляются и металл, образующий шов, аналогичен, как правило, свариваемому, то при пайке кромки деталей нагреваются до температуры ниже температуры плавления паяемого металла. Соединение их производится расплавляемым специальным металлом – припоем, имеющим более низкую температуру плавления.

В зависимости температуры плавления припоя методы пайки можно подразделить на две основные группы.

К первой группе относятся методы пайки, при которых используются припои с температурой плавления значительно ниже температуры плавления паяемого металла. Например, при пайке низкоуглеродистой стали () припоем на основе сплава олова и свинца () разница в температурах их плавления превышает С.

Ко второй группе относятся методы пайки, при которых используются припои с температурой плавления, близкой к температуре плавления паяемого металла. В качестве примера можно привести пайку меди () латунью Л-62 ().

По условиям нагрева методы пайки подразделяются на две группы. При пайке методами первой группы детали подогреваются только в том месте, куда непосредственно вводится припой, где они соединяются. Нагрев носит местный характер. В качестве источников тепла обычно используются паяльники, газовое пламя, токи высокой частоты и др. При пайке методами второй группы паяемые детали нагреваются целиком. В качестве источников тепла используются всевозможные печи и ванны, заполненные расплавленными припоями, флюсами, солями.

На Схеме 2. приведена классификация основных методов пайки на основе условий нагрева паяемых деталей.

Дефекты сварных соединений

Надежность эксплуатации сварных соединений зависит от их соответствия нормативной документации, которая регламентирует конструктивные размеры и форму готовых сварных швов, прочность, пластичность, коррозионную стойкость и свойства сварных соединений. Все встречающиеся типы дефектов сварных соединений можно подразделить на четыре группы: по расположению, форме, размерам и количеству.

По расположению различают дефекты наружные, внутренние и сквозные. По форме компактные и протяженные, плоские и объемные, острые (с надрезом) и округлые (без надреза). По размерам – мелкие, средние и крупные. По количеству – единичные и групповые (цепочки, скопления).