Способы сварки металлов давлением

Сварка под давлением

Содержание:

В настоящее время существует много разных методов сваривания, которые используются в разных сферах производства. Каждый из них помогает получить качественное соединение разных конструкций, которые могут применять в производственных и бытовых условиях.

К новому методу относится сварка давлением. В основу данной технологии легли физические зависимости интенсивности диффузионных процессов в металлах, которые проявляются при оказании силовых влияний извне.

Особенности сваривания

Во время сваривания металлических изделий объем энергии активации может расходоваться на нагревание, а это проявляется в виде оплавления области контакта, или же на его пластическое деформирование.

При долгом контактировании двух физических тел, в приграничных областях начинается развитие взаимного внедрения атомов одного компонента в другой. При обычных условиях, к примеру, при комнатной температуре, при отсутствии внешних усилий, данные процессы осуществляются не так быстро. Данные изменения имеют необратимый характер, высокую прочность.

Обратите внимание! При повышении температурных показателей и усилия соединения двух заготовок, показатели интенсивности взаимной диффузии резко увеличивается. А в приграничной области наблюдается высокая равномерность составляющих, именно это вызывает выделение равномерности физико-химических свойств металлической основы.

Сущность сварки давлением основывается именно на теории диффузии. При обычных температурных показателях происходит направленная деформация в двух поверхностях, которые находятся в смежном отношении. Но во время этого процесса обязательно должно обеспечиваться плоское напряженно-деформированное состояние, во время которого будет производиться диффузионное введение одного металла или сплава в другой.

Выделяют следующие основные виды сварки давлением:

1. Холодная. Во время этого метода используется техника сваривания частей и заготовок без расплавления торцевых зон.
2. С использованием эффекта трения. Сварка под давлением при помощи этого способа осуществляется с применением теплоты, которая выделяется во время динамического соприкосновения свариваемых поверхностей.
3. Ультразвуковая и кузнечная. Сварочный процесс под давлением с использованием ультразвука является эффективным методом сочленения давлением разнородных металлов, которые находятся в твердом состоянии. Кузнечная сварка практически ничем не отличается от печного метода, во время нее осуществляется механическое ударное воздействие на материал.

Важные условия

Чтобы сварка труб и других металлических изделий под давлением была качественной и правильной во время нее стоит соблюдать следующие важные условия:

• область будущего сваривания необходимо тщательно почистить от жировых и масляных пятен, оскалины, других элементов со сложным химическим составом;
• нарастание усилия должно быть постепенным, в результате которого сначала должна образоваться деформация прикатных слоев, а уже после этого начинаются диффузионные процессы;
• внешние условия должны обладать равномерным температурным режимом;
• для сваривания водопроводных труб из оцинкованной стали рекомендуется использовать самозащитную проволоку с диаметром от 0,8 до 1,2 мм;
• если применяется сварка полуавтоматом с флюсом, то дополнительно необходимо применять удлиненный мундштук и воронку.

Важно! Обязательно при проведении сварочного процесса нужно применять средства для индивидуальной защиты. Чтобы защитить глаза стоит использовать специальную сварочную маску.

Сварка с использованием давления является специальной технологией, которая основывается на теории диффузии. Она прекрасно подходит для сваривания разных металлических конструкций, разнородных металлов и сплавов. Она может производиться разными способами, каждый из которых может обладать отличительными особенностями, но все они производятся с применением давления.

Интересное видео

Источник

Разновидности сварки давлением

Согласно ГОСТ 2601-84 под сваркой вообще понимается процесс образования контакта элементов на атомном уровне, образующегося при нагревании или пластической деформации отдельных частей свариваемых изделий.

Из этого определения следует, что понятие сварки может относиться не только к металлам, но и к пластмассам, стеклу и другим неметаллам, а также к их производным.

Для более доступного понимания, что такое сварка давлением необходимо введение такой важной физической величины, как энергия активации. Она ответственна за перераспределение межатомных связей и формирование их на новом уровне.

Принцип сваривания

В процессе сваривания заготовок энергия активации расходуется либо на нагрев, что проявляется в виде оплавления места контакта, либо на его пластическую деформацию.

Согласно определению, в зависимости от вида энергии, используемой для объединения изделий на межатомном уровне, следует различать сварку плавлением от той же процедуры, осуществляемой под деформационным воздействием. Последний принцип используется в частности, когда проводится сварка труб под давлением.

Известные виды сварочных операций в основном различаются характером физико-химических процессов, происходящих непосредственно в контактной зоне.

В основу сварки плавлением заложен принцип её нагрева до определённого состояния, при котором происходит перемешивание двух стыкующихся частей с образованием общей жидкой массы (сварочной ванны).

По завершении сварочных процедур и охлаждения ванны образуется соединительный шов, получаемый непосредственно из расплава и лишь частично – за счёт применения особых присадок.

Источником местного нагрева в условиях классической сварки плавлением могут служить:

• электрическая дуга;
• пламя газовой горелки;
• химическая реакция, сопровождающаяся выделением большого количества тепла;
• энергия электронного происхождения;
• плазма или лазерное излучение.

Достаточно узкая полоска материала, образующаяся вдоль границы свариваемых частей или заготовок, называется зоной сплавления. Несмотря на малые размеры этого образования (оно измеряется в микронах), его влияние на качество сварного соединения достаточно велико.

Специфические черты

Принцип сварки давлением заключается в пластической деформации материала металла вдоль стыков свариваемых частей (отдельных участков трубопроводов, например). Такое механическое воздействие достигается за счёт значительных по величине статических, а в отдельных случаях и ударных нагрузок.

Для ускорения этого процесса сварка сопровождается местным нагревом, что способствует образованию более прочных связей между вступающими в непосредственный контакт частицами. Полоса материала с происходящими в её границах физическими процессами, называется зоной объединения.

В качестве источника тепла при сварке давлением под нагревом могут использоваться как специальные термические печи и электрический или индукционный ток, так и особые химические реакции или переменная электрическая дуга.

Картина протекания сварочного процесса под давлением с нагреванием зоны контакта существенно отличается от случая сварки плавлением.

Так, при сварке стыков давлением с частичным нагревом, места соединения сначала слегка оплавляются и только после этого пластически деформируются. Одновременно с этим некоторая часть деформированного материала вместе со шлаком выдавливается за границы стыка, образуя так называемый «грат».

Разновидности сварки давлением

Известны следующие виды сварки давлением:

• холодная;
• с использованием эффекта трения;
• ультразвуковая и кузнечная.

Контактную сварку (когда деталь разогревается электрическим током) также можно причислить к виду под давлением. Ее результат зависит во многом от усилия сжатия.

Она получила наибольшее распространение при соединении труб и деталей конструкций в машиностроении. Активно развиваются такие виды сварки под давлением, как диффузионная и соединение взрывом.

Холодная

Под «холодной» сваркой давлением понимается техника соединения частей и заготовок без расплава торцов (только за счёт их механического сжатия со значительным усилием).

При давлениях, значительно превышающих предельные значения для структуры любого металла, на его стыках начинает проявляться эффект текучести. Особо легко достигается он при условии, когда при нормальной температуре материал сам по себе достаточно пластичен.

Под воздействием давления сжатия в месте соединения осуществляется диффузия одного материала в другой с одновременным выделением определённого количества тепла. По завершении сварочного процесса соединённые таким образом детали постепенно охлаждаются.

В итоге образуются натуральные швы достаточно высокого качества, свободные от каких-либо нежелательных внутренних напряжений и остаточных явлений, наблюдаемых из-за перегрева металла. Указанный вид сварки применяется при необходимости соединения деталей из трудно сплавляемых материалов, содержащих титан, никель, медь и их сплавы.

Область возможного применения этой методики ограничена необходимостью привлечения к процессу сваривания довольно дорогого и сложного специального оборудования. Ещё одним недостатком метода холодной сварки давлением является его сравнительно низкая производительная эффективность.

С применением эффекта трения

Этот вид соединения частей материала реализуется за счёт использования теплоты, выделяющейся при динамическом (трущемся) соприкосновении свариваемых поверхностей.

Для достижения результата обрабатываемые заготовки фиксируются в зажимах специального механизма, один из которых во время операции остаётся неподвижен. Второй зажим в это время совершает контролируемые оператором вращательные и поступательные колебания.

В процессе сварки обрабатываемые заготовки сначала сжимаются за счёт осевого давления, после чего в работу включается специальный вращательный механизм. При достижении предельной температуры трения (порядка 980-1300 градусов) вращение заготовок останавливается, а их сжатие продолжается.

К преимуществам этой разновидности сварки давлением можно отнести простоту и надёжность, а также высокую производительность технологического процесса. Следует добавить невысокую энергоемкость и возможность соединения изделий из разнородных материалов.

Для реализации способа с эффектом трения промышленностью выпускаются специальные механизмы, способные сваривать и пластмассовые заготовки.

Метод широко применяется для соединения с трудом поддающихся сварке разнородных металлов. Примером могут служить варианты соединения давлением стали с алюминием или же аустенитных материалов с перлитными.

Ультразвуковая и кузнечная

Сварка с помощью ультразвука – ещё один способ сочленения давлением разнородных по составу материалов, находящихся в твёрдом состоянии. Наибольшей эффективностью отличается использование этого метода при сварке современных полимеров, изготавливаемых в виде листовых изделий.

С его помощью прекрасно соединяются практически все наименования самых распространённых полимерных материалов. С его помощью также могут осуществляться соединения изделий из искусственных кож, а также природных натуральных тканей, содержащих в своём составе синтетические волокна.

Особым спросом пользуется ультразвуковой способ сварки при необходимости соединения разнородных по структуре и термочувствительных материалов.

Кузнечная сварка давлением по своей сути не отличается от печного варианта и предполагает механическое ударное воздействие на материал предварительно разогретых до пластичного состояния заготовок.

Как сваривают сосуды

При изготовлении специальных сосудов и емкостей очень часто возникает необходимость в образовании не только прямолинейных, но и кольцевых или круговых стыковочных соединений.

Сварка сосудов организуется в связи с этим по особым методикам, учитывающим толщину стенок изделия и предусматривающим тщательное исполнение каждого рабочего шва.

Выполнить все условия, предъявляемые к соединению частей тонкостенных сосудов, удается лишь путём применения рассматриваемого метода, а именно – сварки под давлением. Для получения результата используются несложные приспособления и специальный инструмент, обеспечивающие равномерное прижатие кромок свариваемых тонкостенных изделий.

Сварочные операции под давлением обеспечивают достаточно эффективное неразъемное сочленение самых различных типов металлов (в том числе – и разнородных по своему составу). При этом качество получившегося сварного контакта, образуемого без применения классических сплавных технологий, во многом определяется тщательностью подготовки свариваемых плоскостей и поверхностей.

Помимо этого, оно в значительной мере зависит и от свойств используемых материалов, то есть от их способности подвергаться пластической деформации при воздействии предельных механических нагрузок.

Источник

Сущность сварки металлов давлением. Её виды, технология и применение

Сварка давлением (механическая сварка) — это процесс создания сварного соединения, при котором соединяемые детали свариваются посредством пластического деформирования сварных кромок, а не их расплавления. Сварка давлением может происходить как при помощи нагрева (комбинированные, термомеханические способы сварки), так и без него. Процесс может идти на воздухе, или в защитной среде. Иногда он сопровождается взаимным перемещением свариваемых поверхностей (их трением друг об друга). Обзор основных видов сварки давлением сделаем на этой странице.

Сущность сварки металлов давлением

Сварка давлением может осуществляться без расплавления соединяемых металлов, так и с местным их расплавлением в зоне стыка. Во втором случае, по сути, происходит сварка плавлением, и такие виды сварки относятся к комбинированным видам. Вообще, физическая сущность межатомных связей, посредством которых происходит схватывание и образование сварного стыка, одинакова при сварке давлением и плавлением. Но вот пути создания условий, при которых происходит это взаимодействие, различны.

Хотя при некоторых видах сварки давлением присутствует нагрев сварного соединения, но схватывание материалов достигается, главным образом, за счёт их совместной пластической деформации в зоне контакта, а нагрев выступает лишь в качестве сопутствующего фактора и в некоторых процессах может, вообще, отсутствовать.

Технология сварки давлением

Технология сварки давлением зависит от способа сварки, от типа свариваемых материалов и других факторов. Далее рассмотрим основные типы механической и термомеханической сварки, расскажем технологию и область применения того или иного вида сварки.

Виды и способы сварки давлением

Диффузионная сварка металла происходит за счёт взаимной диффузии атомов в кромках свариваемых изделий. Процесс происходит с нагревом ниже температуры плавления, то есть сваривание происходит в твёрдом состоянии.

Сварка трением представляет собой процесс сваривания заготовок, происходящий за счёт тепловой энергии, получаемой в результате трения одной заготовки о другую и прижатия их с усилием друг к другу. Сварное соединение получается зв счёт пластической деформации соединяемых кромок.

Ультразвуковая сварка металлов является одниз из видов сварки давлением и происходит она при помощи ультразвуковых колебаний. Сварное соединение формируется при сжатии свариваемых кромок, происходящих при небольшом усилии и одновременном воздействии ультразвуковых волн.

Сварка взрывом — это один из относительно новых видов сварки, обладающий некоторыми уникальными преимуществами, которые недоступны для любого другого способа сварки. Сварое соединение получается под воздействием взрывной волны при детонации взрывчатого вещества.

Источник