Источником теплоты при дуговой сварке является электрическая дуга, которая возникает между двумя электродами, одним из которых является, часто, свариваемая заготовка.

Различают сварку неплавящимся электродом (угольным или вольфрамовым), сварку плавящимся электродом (металлическим) и сварку косвенной дугой, горящей между двумя неплавящимися электродами.

При использовании в качестве источника постоянного тока, различают сварку на прямой и обратной полярностях. При прямой полярности электрод подключается к отрицательному полюсу и служит катодом, при обратной полярности электрод подключается к положительному полюсу и служит анодом.

Электрические свойства дуги, используемой при дуговой сварке оцениваются статической вольт-амперной характеристикой (зависимостью между напряжением и током дуги в состоянии устойчивого горения).

В качестве источников сварочного тока используют сварочные трансформаторы, сварочные генераторы, и сварочные выпрямители.

Сварочные трансформаторы используются для дуговой ручной и автоматической сварки под флюсом, электрошлаковой сварки.

Физической основой процесса сварки является образование прочных связей между атомами или молекулами на поверхности соединяемых заготовок. Для получения сварного соединения соединяемые поверхности необходимо сблизить на расстояния, в пределах которых начинают действовать межатомные силы сцепления, обеспечить необходимую температуру, время контакта и качество поверхности. Для этого определенным образом требуется активизировать свариваемые поверхности путем введения определенной энергии. Энергия может быть сообщена в виде теплоты, упруго-пластической деформации, электронного, ионного, ультразвукового облучения.

Подведенная энергия способствует тому, что на поверхности соединяемых заготовок в металлических материалах образуются общие кристаллические решетки, а на поверхности пластмасс объединяются молекулярные цепи.

Способы сварки могут быть классифицированы либо по методу объединения свариваемых заготовок, либо по виду применяемой энергии.

В зависимости от этого способы сварки разделяют на сварку плавлением и сварку давлением.

При сварке плавлением происходит расплавление кромок соединяемого материала. В результате образуется общая расплавленная сварочная ванна, которая, затвердевая, образует соединение в виде сварочного шва.

Сваркой называется технологический процесс получения неразъемных соединений различных материалов. Сваркой соединяют однородные и разнородные металлы и их сплавы, а также металлы с некоторыми неметаллическими материалами (керамикой, стеклом, графитом и др.).

Сварка является экономически выгодным, высокопроизводительным и в значительной степени механизированным технологическим процессом.

Внедрение сварки в технологический процесс изготовления новых изделий часто связано с заменой литых и кованых конструкций и деталей машин на прокатно-сварные или соединенные сваркой кованые или штампованные элементы.

Такая замена экономически целесообразна при изготовлении конструкций сложной формы, а также при единичном и малосерийном производстве. В этом случае при сварке экономится металл, сокращается трудоемкость, снижается себестоимость.

Центробежное литье.

Идея отливки изделий центробежным способом принадлежит нашему великому соотечественнику Д.К. Чернову. В настоящее время имеются горизонтальные и вертикальные машины центробежного литья.

Машины для центробежного литья вертикальным способом дают отливки с неравномерной толщиной стенок по высоте. Машины, производящие отливки горизонтальным способом, осуществляют перемещение разливаемого металла по горизонтальному желобу и позволяют точно регулировать объем порции отливаемого металла.

Литье по выплавляемым моделям.

Метод основан на относительной простоте изготовления модели из легкоплавких материалов, например, воска, стеарина, парафина и др. Если такую точную модель изделия вместе с литниковой системой заполнить формовочным материалом, то при последующем нагреве воск или парафин расплавится, а формовочные материалы сохранят точные формы и размеры изделия. Для экономии средств указанным методом целесообразно отливать целый «куст» изделий. Выгодным является сочетание отливки по выплавляемым моделям с литьем под давлением.

Литейные медные сплавы применяют для отливок, которые должны обладать износостойкостью, коррозионной стойкостью в кислых и щелочных средах, стойкостью в обыкновенной и морской воде.

Наиболее широко из медных литых сплавов используют бронзы и латуни. Бронзы подразделяют на две большие группы – оловянные и безоловянные (машиностроительные).

Латуни используют в качестве арматурных материалов, различных деталей приборов в судостроении, деталей, работающих в тяжелых коррозионных условиях.

Литейные износостойкие подшипниковые сплавы.

Указанные сплавы применяют для заливки подшипников с целью уменьшения трения. Сплавы должны обладать сочетанием высокого сопротивления износу с низким коэффициентом трения между подшипником и валом.

Подшипниковые сплавы (баббиты) содержат две фазы – мягкую, которая должна хорошо прирабатываться к валу, и твердую, способную выдерживать высокие давления.

В машиностроении применяют три группы литейных сталей: конструкционные, инструментальные и стали со специальными свойствами.

К литейным конструкционным сталям относятся низко- и среднеуглеродистые, а также легированные со структурой ферритно- перлитного и перлитного классов. Их используют для изготовления нагруженных деталей (при статических, динамических и вибрационных нагрузках). Инструментальные стали (высокоуглеродистые и легированные стали перлитного, мартенситного и карбидного классов) используют для режущего, штамповочного и мерительного инструмента.

Стали со специальными свойствами (жаропрочные, износостойкие и др.) обычно имеют структуру ферритного и аустенитного классов. Из них выплавляют литые изделия, работающие в условиях высоких нагрузок при повышенных температурах.

Выбивка и очистка деталей производится на пневматических решетках. Очистка производится дробеструйными аппаратами, наждаками и газовой резкой, закрытыми пескоструйными агрегатами.

Вес остальных отливок может достигать 300 тонн.

Имеется три основных требования, которым должны удовлетворять литейные материалы: 1) жидкотекучесть; 2) величина усадки при затвердевании и охлаждении; 3) склонность к ликвидации, т.е. химической неоднородности, возникающей в процессе кристаллизации.

Жидкотекучесть определяют по длине канала, который заполняется металлом при температуре разливки. Этот параметр не очень точно измеряется, так как зависит от скорости заполнения изложницы, состояния ее поверхности, теплопроводности материала, начальной температуры разливки. На жидкотекучесть влияет содержание фосфора, серы и углерода. Наиболее резко влияющим фактором является температура. Повышение температуры на 100C увеличивает жидкотекучесть примерно в два раза.

Усадка. Различают литейную и объемную усадку: Dl=[(l0 – lк)/l0]×100 и

Dv=[(v0-vк)/v0]×100, причем Dvº3Dl.

Литейная усадка серого чугуна 1%, стали 2%, меди – 1,5%. Наиболее интенсивным средством борьбы с усадочными раковинами является использование прибыльных надставок.

Смеси песка и глины должны обладать пластичностью, прочностью, газопроницаемостью, огнеупорностью, теплопроводностью, долговечностью и дешевизной, недефицитностью.

Пластичность – это способность воспринимать форму модели. Эта характеристика зависит, в основном, от влажности и содержания глины. Прочность необходима для сохранения формы при толчках, давлении, металла. Прочность растет с повышением содержания глины и уменьшением размеров частиц песка. Вода, при содержании до 6-8% повышает прочность, а затем снижает. Газонепроницаемость – способность пропускать через свои поры пары воды и газы, образующиеся при контакте с жидким металлом. При недостаточной газонепроницаемости литейная форма плохо заполняется металлом, а сама отливка поражается газовыми раковинами. Эта характеристика зависит от состава смеси, то есть от распределения частиц по размерам и способа уплотнения, который проводится встряхиванием, либо давлением. Огнеупорность существенно зависит от содержания различных добавок и их поведения по отношению к металлу. Самое главное, чтобы формовочная смесь не пригорела к металлу.

Пригар зависит от наличия примесей легкоплавких веществ, таких как Na2CO3, K2CO3, NaCl и т.п., а также соединений, дающих легкоплавкие соединения при взаимодействии с SiO2.

Задачей литейного производства является получение изделий путем заливки жидкого металла в специальные литейные формы.

Различают заливку в земляные формы, оболочковые и металлические. В большинстве случаев при производстве чугунного и, тем более, стального литья форма из «земли», т.е. смеси песка и глины, используется один раз.

При выплавке сплавов с низкой температурой плавления даже формы, изготовленные из огнеупорных смесей используются несколько раз.

Литье в металлические формы является более прогрессивным, но, как правило, требует подпрессовки металла, что в случае разливки чугуна и стали осуществлять непросто. Поэтому при литье стали в металлические формы их поверхность покрывают огнеупорными красками.

Внутренняя часть формы представляет собой чуть более крупный отпечаток будущего изделия. Например, нам требуется отлить втулку, т.е. отрезок трубы. Ясно, что внутренняя часть втулки не должна заполняться металлом. Поэтому эта часть литейной формы должна быть заполнена другим материалом, а не материалом, из которого отливается втулка. Для заполнения этой части изделия используют стержни, изготавливаемые из специальной формовочной смеси. Указанная смесь забивается в стержневой ящик. Стержень изготавливается так, чтобы он мог легко размещаться в форме. С этой целью его делают длиннее втулки и выступающие части стержня делают коническими. Коническая часть стержня устанавливается в специальных «знаках», т.е. выемках, образованных в формовочной земле моделью втулки, изготовленной с учетом конусности выступающих частей стержня.

Обработка давлением обеспечивает изменение формы, а, следовательно, и размеров заготовок из различных материалов.

Наиболее распространенным способом изготовления сортовых, листовых и трубных изделий является прокатка.

Поскольку пластическая деформация сопровождается деформационным упрочнением, при котором увеличивается прочность, но снижается пластичность, а термическая обработка может это упрочнение снижать, то становится ясным, что конечные свойства обрабатываемых заготовок зависят от последовательности и интенсивности выполнения различных операций на всех стадиях прокатки.

Поведение материалов под нагрузкой зависит и от скорости ее приложения. Поэтому, детали из высокопрочных материалов целесообразнее изготавливать относительно более медленными, но менее локализованными по нагрузке методами прессования. При этом могут быть получены и более сложные по своей форме их профили.

Прокатка осуществляется на вальцовых станах, а прессование на прутковых и трубных прессах.

При уменьшении внешних размеров изделий и заготовок возрастают относительные затраты на перемещение исполнительных механизмов прокатного и прессового оборудования.

Для производства металлов используются руды, флюсы, топливо. Эти материалы перерабатываются в плавильных агрегатах, внутренняя поверхность которых покрыта огнеупорами.

Руды являются природным минеральным сырьем. Они содержат примешанные и растворенные компоненты. Руды черных металлов являются оксидами. Отделение примесных компонентов достигается обогащением руд, методами флотации и обжиг-магнитным обогащением. Флотация основана на различии смачиваемости водой различных компонентов (минералов), входящих в состав руд. Различия смачиваемости минералов добиваются предварительной обработкой их маслами. Обжиг-магнитное обогащение применяется для обработки немагнитных железных руд. Из множества оксидных соединений железа лишь магнетит (Fe3O4) может отделяться от остальных компонентов руд в магнитном поле.

Сульфидные руды цветных металлов перед плавкой в основном обогащаются флотацией.

Для получения металла из оксидов железа применяются как методы прямого восстановления, когда смеси порошков руды и восстановителя (углерода в виде измельченного кокса) окатываются в гранулы и восстанавливаются в потоке газов, нагретых до 900C. В этом случае получают окатыши. Окатыши охлаждают без доступа воздуха, и восстановленное железо не проходит стадии плавления.

При выборе конструкционного материала для тех или иных целей инженер должен руководствоваться не только соответствием его свойств эксплуатационным и технологическим характеристикам, но также и экономической целесообразностью.

В практической деятельности экономическая целесообразность выбора материала в значительной степени определяется его стоимостью.

Наиболее дешевым материалом являются углеродистые стали. Причем их цена меняется в зависимости от вида полуфабриката (пруток, сорт, лист). Наиболее высокую стоимость имеют тонколистовые стали.

Стоимость легированных сталей определяется не только типом и размерами полуфабрикатов, но также количеством и стоимостью входящих в них легирующих элементов. Так, стоимость низколегированных сталей, легирующими элементами, в которых являются недорогие хром, марганец, кремний, незначительно отличается от стоимости углеродистых сталей. Обычно же стоимость легированных сталей тем выше, чем больше в них дорогостоящих элементов. Например, быстрорежущие инструментальные стали