Специальные виды сварки

Электрошлаковая сварка

Электрошлаковая сварка (рис.44) представляет собой электротермический процесс, при котором преобразование электрической энергии в тепловую происходит при прохождении электрического тока через расплавленный электропроводный шлак. Сварка изделий, как правило, осуществляется в вертикальном положении с принудительным формированием шва. Для этого свариваемые детали собирают с зазором и скрепляют между собой. Подробнее.

Сварка давлением

Под сваркой давлением понимают все виды сварки (контактная, трением, холодная и т.д.), при которых происходит пластическая деформация металлов в зоне контакта, в результате чего образуется сварное соединение. Этот процесс становится возможным при условии образования между двумя деталями межатомных связей кристаллических решеток. Для образования сварного соединения поверхности деталей сближают между собой настолько, что происходит взаимодействие атомов металла, расположенных на одной поверхности с атомами металла другой поверхности. Подробнее.

Сварка трением

Предусматривает взаимное перемещение свариваемых поверхностей относительно друг друга при одновременном сдавливании их. В результате этого свариваемые поверхности нагреваются силами трения, а имеющиеся на поверхности пленки оксидов, разрушаются и выдавливаются из зоны контакта в радиальном направлении. В результате возникшей пластической деформации очищенные от оксидов поверхности деталей сближаются до возникновения межатомных связей и металлургических реакций, сопровождающихся взаимной диффузией атомов. Подробнее.

Сварка взрывом

Возможность нетрадиционного использования энергии взрыва для соединения металлов в твердой фазе была открыта еще в начале 60 годов минувшего столетия практически одновременно в России и США. В Волгоградском техническом университете за сравнительно короткий срок была создана научная школа сварки взрывом. При этой технологии соединение происходит за счет совместной пластической деформации в результате соударения, вызванного взрывом быстродвижущихся соединяемых частей. Подробнее.

Ультразвуковая сварка

Ультразвуковая сварка (рис.50) — неразъемное соединение, полученное совместным воздействием на свариваемые детали механических колебаний высокой частоты и сдавливающих усилий. Магнитострикционный эффект передается через трансформатор упругих колебаний 1, наконечник 2, представляющих собой вместе с рабочим инструментом 3 преобразователь, в результате чего на свариваемые детали 4 действуют силы колебательного характера, амплитуда которых составляет 20 — 40 мкм. Подробнее.

Термитная сварка

Термитная сварка применяется в местах, где нет возможности выполнить электросварочные работы. К таким работам относят сваривание рельс железнодорожных линий, проводов связи, электрические кабели и т.д. Для этого промышленность выпускает термитные патроны (карандаши) и спички к ним. Принцип действия термитной сварки основан на создании температуры плавления при сгорании термитного патрона. Подробнее.

Лазерная сварка

Принцип лазерной сварочной установки (рис.53) похож на принцип действия установки для сварки электронным лучом, но в данном случае используется энергия светового потока. Световой поток создается в оптическом квантовом генераторе состоящем из лампы накачки 1 и рабочего тела 3, которое излучает фотоны. Подробнее.

Сварка полимерных материалов

Многие полимерные материалы, как и металлы, можно сваривать при помощи газовой сварки. Методика сварочных работ несколько отличается от сварки металлов, так как в данном случае отсутствует сварочная ванна. То есть пластмасса разогревается не до жидкого состояния, а до вязко-текучего состояния кромок и присадочного материала, при котором происходит их слипание, образуя сварочный шов. Характерно особенностью сварки пластмасс является тот факт, что их не обрабатывают открытым пламенем, как металлы. Технология сварки пластмассовых листов показана на рис.54. Существует несколько методик сварки пластмасс, которые в определенной степени отличаются друг от друга. Подробнее.

Импульсно-дуговая сварка

Сущность импульсно-дуговой сварки состоит в том, что сварочный ток в зону дуги подается кратковременными импульсами. Этот способ сварки может применяться при использовании как плавящегося, так и неплавящегося электрода. Подробнее.

Источник

3.2.3. Специальные способы сварки

В ряде случаев они эффективно используются вместо сварки плавлением и контактных способов, несмотря на небольшой темп роста и объём применения. Это относится к таким способам, как сварка трением, ЭЛС, сварка взрывом, диффузионная сварка, ультразвуковая и т.д., а также к различным видам пайки.

Электронно-лучевая сварка перспективна для сварки активных и тугоплавких металлов. К началу 1975 года в мире работали 1300–1400 установок, в 1980 г. – 6000 штук, к 2000 году их число достигло 10000 штук. Электронный луч обладает большой мощностью, изменяющейся в широком диапазоне, поэтому ЭЛС можно использовать и в электронике, и приборостроении, а также при изготовлении крупногабаритных изделий. Она широко используется в машиностроении, тракторном машиностроении – блок шестерён, детали коробки передач и т.д.

Сварка трением. В 1980 году мировой парк машин для сварки трением составлял 4500 штук. Она относится к одному из способов, который в последние годы интенсивно развивается во всех странах мира. Она применяется для сварки стыковых и Т-образных соединений, в которых круглые детали привариваются к плоским поверхностям (рис. 3.3). При этом необходимо, чтобы хотя бы одна деталь была телом вращения.

Рис. 3.3. Виды соединений при сварке трением

Способ производителен, обеспечивает высокое качество сварных соединений, хорошо поддаётся механизации и автоматизации; не требуется газовая и другая защита зоны сварки.

Диффузионной сваркой можно сваривать разнородные металлы и сплавы с резко отличающимися теплофизическими характеристиками, а также соединять малопластичные и тугоплавкие материалы.

К недостаткам можно отнести необходимость тщательной подготовки и подгонки соединяемых поверхностей, значительные затраты для сварки в вакууме.

Применяется диффузионная сварка в электронной промышленности для получения вакуум-плотных швов, термостойких и вибростойких соединений, можно приваривать, например, фольгу к массивной детали.

Ультразвуковая сварка применяется для сварки как металлов, так и пластмасс. Легко соединяются пластичные металлы (медь, алюминий, серебро и т.д.) между собой и в сочетании с малопластичными металлами (рис. 3.4). Можно выполнять сварку металлов со стеклом, керамикой. Особенностью является то, что не требует тщательной подготовки свариваемых поверхностей.

Для сварки применяются колебательные системы различных типов.

Рис. 3.4. Ультразвуковая сварка

Основной тип соединений – нахлёсточный. Сварка может выполняться точечными и непрерывными швами. Диапазон толщин – от микрон до 1 мм. Толщина второй детали может не ограничиваться.

Холодная сварка обеспечивается за счёт совместных пластических деформаций соединяемых деталей без внешнего нагрева, при этом температура, при которой происходит сварка, может быть сколь угодно низкой и даже отрицательной. Сваривают пластичные металлы, определяемые критерием свариваемости. Схемы сварки: точечная, шовная, стыковая. Точечной сваркой можно сваривать, например, листовой алюминий толщиной 0,1–10 мм; стыковой сваркой – провода площадью до 650 мм 2 .

Сварка пластмасс. Процесс сварки происходит в пределах температурного интервала сварки (ТИС) пластмасс Способы сварки: контактно-тепловая листов и труб, сварка газовым теплоносителем с присадочным и без присадочного материала, сварка ТВЧ, УЗС, трением, сварка лучом лазера и т.д.

Наплавка. Применяют для нанесения на поверхность изделия слоя материала с заданным составом и свойствами. Используется как при изготовлении новых деталей (например, клапанов двигателей внутреннего сгорания), так и при восстановлении изношенных деталей (например, колёсных пар железнодорожного подвижного состава). Для наплавки используют способы дуговой сварки. Широко применяются способы наплавки под флюсом, порошковыми проволоками и лентами. В настоящее время применяются различные специальные способы наплавки – вибродуговая, плазменная, газопорошковая, с индукционным нагревом, электрошлаковая, электроконтактная и др.

Источник

Обзор специальных способов сварки

Специальные способы сварки появились в 1960—1970 гг. в СССР и США. Их разработка была связана с развитием атомной энерге­тики, созданием космических летательных аппаратов, когда воз­никла необходимость получения соединений элементов конструк­ций больших толщин из разнородных материалов.

Появление специальных способов сварки связано с большими успехами в области физики и химии, позволившими выяснить природу процесса сварки и разработать концентрированные ис­точники энергии.

Появлению специальных способов сварки способствовалй тру­ды многих ученых и инженеров: Ю. Л. Красулина, В. И. Билля, М. X. Шоршорова, Н. Ф. Казакова, Н. Г. Басова, А. М. Прохорова,

Ч. Таунса, Б. М. Була, А. Шавлова доказавших, что природа обра­зования сварного соединения во всех случаях, как плавлением, так и давлением, одна — это результат взаимодействия электрон­ных оболочек активированных атомов соединяемых поверхностей.

В целом сварка — это химический процесс и, как всякий хи­мический процесс, проходит три стадии:

• на первой стадии образуется физический контакт, происхо­дит активация поверхностей, которые сближаются на расстояние, равное параметру кристаллической решетки;

• второй стадии образуется химическое соединение активиро­ванных поверхностей, происходит процесс сварки — сближение электронных оболочек атомов на расстояние их взаимодействия. Ширина границы раздела между соединяемыми поверхностями становится соизмеримой с шириной межзеренной границы, а прочность достигает прочности основного металла;

• третьей стадии происходит диффузионный обмен масс через общую поверхность соединения, при этом поверхность раздела размывается или расчленяется продуктами взаимодействия.

Все искусство сварщика направлено на обеспечение этих трех стадий при минимальном расходе энергии, минимальных мате­риальных затратах и побочных нежелательных явлений. Многолет­ний опыт показал, что наиболее сложной проблемой является физический контакт. Сближению, физическому контактированию препятствуют два обстоятельства: техническая природа поверхно­сти и окружающая среда.

В связи с этим перед сварщиками всегда стоят две основные проблемы:

• как, преодолевая макро- и микрошероховатости, сблизить поверхности до физического контакта на параметр действия меж­атомных сил кристаллической решетки;

• как после физического контактирования убрать из плоскости контакта все загрязнения, нейтрализующие межатомные связи.

При сварке плавлением, как и при сварке давлением, приме­няют термические, механические, гравитационные и электромаг­нитные способы сближения и контактирования атомов на поверх­ности деталей. Все способы сварки отличаются друг от друга толь­ко способом активации и сближения атомов. Например, при сварке плавлением активацию и сближение достигают простейшим тер­мическим способом с вынужденным расплавлением большого объема металла, что приводит к другой неразрешимой проблеме — снижению прочности сварного шва, представляющего собой круп­нокристаллическую структуру с большой концентрацией сидячих дислокаций.

При сварке давлением сближение и активацию обеспечивают за счет механической энергии, при этом в процесс соединения вовлекается также большой объем металла, что сопровождается большой остаточной вынужденной деформацией. Значение вынуж­денной деформации £в определяется в основном четырьмя пока­зателями:

где 8К — показатель полного сближения поверхностей; Ку — де­формационное упрочнение в контакте; JTH — показатель локально­сти нагрева; С — показатель напряженного состояния в контакте.

Анализ этой формулы показал, что размер остаточной дефор­мации при сварке давлением или объем расплавленного металла в шве при сварке плавлением в зависимости от условий физическо­го контактирования может находиться в пределах 1… 80 % от тол­щины или объема деталей.

Как следует из формулы вынужденного деформирования и рас­плавления, для получения соединения без значительного расплав­ления или значительной остаточной деформации необходимо орга­низовать процесс сварки так, чтобы єк было менее 10 %; Ку —> 0; С —> шах; Лн « 1.

Исходя из этих требований появились новые виды сварки:

• лазерная (Ку-> 0; С max; JIH« 1);

• плазменная (Ку —> 0; С —> шах);

• электронно-лучевая (Ку-> 0; Лн« 1);

• диффузионная (єк шах;

Эти способы выделены в специальную группу, отличительной особенностью которой является возможность получения соедине­ния без значительного расплавления или значительной остаточ­ной деформации при любых сочетаниях материалов и их толщин. Три первых способа сварки (лазерная, плазменная и электронно­лучевая) относят к сварке плавлением с использованием концент­рированного пучка энергии мощностью 106… 10а Вт/см2 при ми­нимальном расплавлении металла для формирования сварного шва. Этими способами сваривают детали толщиной 1… 100 мм. Основ­ное их достоинство — возможность сварки без присадочной про­волоки и защитных газов со скоростью 10… 50 м/ч. При этом дос­тигают незначительного коробления, ширина расплавления ме­талла не превышает 2 мм, зона термического влияния (ЗТВ) не превышает 5 мм.

Остальные методы относят к сварке давлением. Основная их сущ­ность состоит в обеспечении минимальной вынужденной дефор­мации детали. Например, при сварке взрывом остаточная дефор­мация не превышает 2 %, что достигается большим значением С и малым JIH.

При сварке трением за счет тепловыделения в узкой зоне кон­такта между трущимися поверхностями деформация (грат) не превышает 10%.

При диффузионной сварке удается сваривать детали из одно­родных и разнородных материалов с остаточной деформацией в пределах 1… 5 %. Однако при диффузионной сварке такого эффек­та достигают при увеличении времени процесса сварки до не­скольких десятков минут.

При ультразвуковой сварке удается получить соединение с ос­таточной деформацией не более 5 %. Но при этом процессе опера­тор подвергается действию вредных для здоровья ультразвуковых колебаний.

Основным достоинством новых способов сварки является воз­можность получения соединения высокой точности (прецизион­ного) при любых сочетаниях материалов и их толщин.

Новые способы сварки находят применение в атомной энерге­тике, электронике, химическом машиностроении, ракетострое­нии, т. е. там, где необходимы высокие скорости процессов, где на изделия действуют большие давления и высокие температуры. При этом на конструкционные материалы воздействуют жидкие агрессивные среды, пары свинца, фтора, висмута и жидкого на­трия. Важно, чтобы конструкционный материал был устойчив к быстрой смене температур и напряжений, незначительно испа­рялся в вакууме, не менял своих свойств от продуктов ядерного распада. Специальные методы сварки незаменимы в перспектив­

ных конструкциях новой техники, в которых используют тугоплавкие и редкие металлы, такие как вольфрам, молибден, тантал, нио­бий, цирконий и другие редкоземельные металлы, обладающие высокой жаростойкостью, жаропрочностью, исключительным сопротивлением коррозии, а также искусственные материалы.

1. В какие три стадии происходит образование сварного соединения?

2. От каких факторов зависит величина вынужденного проплавления и деформации (осадки) деталей при сварке?

3. Какие специальные способы сварки известны к настоящему времени?

Источник