Способы сварки под 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

Что такое сварка давлением

В ГОСТ 2601-24 сварка определяется как метод создания неразъемных соединений за счет образования между ними межатомных связей при нагревании или пластическом деформировании. В отличие от традиционных видов, которые основаны на нагревании до расплавления, сварка давлением выполняется под действием внешней силы, приложенной к месту соединения.

Сущность сварки давлением

При контакте двух тел начинается взаимная диффузия атомов. В обычных условиях обмен протекает очень медленно. При сварке давлением этот процесс ускоряется за счет трения кромок деталей под действием приложенной нагрузки. Для создания более прочных межатомных связей процесс проводят с предварительным местным подогревом. Участок, где протекает диффузия, называют зоной объединения или соединения.

Нагрев производят в печах, электротоком, индукционными установками, теплом от химических реакций, электрической дугой. Технология сварки давлением с подогревом не идентична традиционным видам. Например, при сочленении встык, кромки сначала оплавляют, затем подвергают деформации. Смесь металла со шлаком, которая выдавливается наружу после сжатия, называется гартом.

Особенности сваривания

В отличие от классической технологии у сварки под давлением отмечают следующие преимущества:

• снижение затрат, так как нет необходимости в расходных материалах (электроды, флюсы и т. д.);
• сочленение заготовок из любых металлов, даже разнородных;
• заготовки из материала с высокой пластичностью (медь, алюминий, свинец) можно сваривать давлением без предварительного нагрева.

Для образования качественного соединения необходимо выполнение определенных условий:

1. Очистка от грязи, ржавчины, обезжиривание зоны контакта.
2. Постепенное наращивание нагрузки, чтобы сначала деформировались контактирующие слои, а потом запускался процесс диффузии. Вибрационное воздействие повышает прочность шва, так как атомы получают больше энергии.
3. Соблюдение равномерности температуры при работе с заготовками из легкоплавких материалов.

При соединении стальных элементов образуются химические элементы под названием интерметаллиды, которые делают шов прочнее. Они возникают, если в составе деталей содержится хром, кобальт, молибден или вольфрам. Никель не образует интерметаллидов, поэтому соединение заготовок из этого металла получается непрочным.

Виды сварки давлением

Способы сварки металлов давлением подразделяются на 2 группы:

1. Механические выполняются только за счет приложения усилия. В группу входят сварка ультразвуком, трением, взрывом, холодная.
2. Термомеханические (комбинированные) методы выполняются сочетанием механического воздействия и местного нагрева. В группу включены контактная, диффузионная, газопрессованная разновидности сварки давлением.

Контактная

При соединении этим способом заготовки нагревают электрическим током, затем сжимают. В зависимости от способов выполнения контактная сварка бывает:

При точечной сварке давлением заготовки, уложенные внахлест, соединяют в одной или нескольких точках. Ток и усилие деформации передаются через цилиндрические электроды из медных сплавов диаметром 12 — 40 мм, которые расположены с одной или обеих сторон. Нагрев проводится до тех пор, пока верхние слои металла не станут пластичными, а внутренние расплавятся. Для выполнения этого условия электроды охлаждают водой. После прекращения подачи тока, детали кратковременно удерживают под давлением для охлаждения и кристаллизации металла. Этот способ применяют для сборки негерметичных конструкций (каркасов, сеток, узлов автомобильных корпусов, листового металла). Допустимая толщина заготовок от долей до 30 мм.

При рельефном способе механическое усилие и ток прикладываются к отштампованным выступам на поверхности. Это позволяет одновременно сваривать широкими электродами до 20 точек. Этим методом на детали из листового железа крепят болты, гайки, шпильки, создают герметичные соединения длиной до 10 см.

Шовную сварку давлением выполняют вращающимися дисковыми электродами (роликами) диаметром 40 — 350 мм с импульсной или непрерывной подачей тока. После прохождения деталей между роликами образуется сплошное соединение. Этим способом сваривают небольшие герметичные емкости со стенками толщиной до 3 мм.

При стыковой сварке детали сваривают по всей площади контакта поверхностей. Заготовки зажимают в губках электродов (подвижном и неподвижном), сближают, включают ток. После появления слоя жидкого металла ток отключают и, не снимая давления, проводят осадку. Этим способом стыкуют заготовки круглого, квадратного, шестигранного сечения, рельсы, трубы.

Диффузионная

Принудительный процесс обмена частицами на атомарном уровне между двумя твердыми телами называется диффузионная сварка. Для ее выполнения необходим нагрев места соединения до 0,5 — 0,7 величины температуры плавления и механическое воздействие 0,5 МПа. Длительность процесса зависит от состава деталей и может составить от 2 минут до нескольких часов.

На производстве обычно используют диффузионную сварку давлением в вакууме или среде защитного газа, которая была изобретена в середине прошлого века советским ученым Н. Ф. Казаковым. В разреженной среде можно соединять металлы с неметаллами, чего не может обеспечить холодная сварка. Материалы, устойчивые к кислороду, допускается сваривать на воздухе.

Этим способом создаются монолитные швы высокой прочности. При равных условиях, энергии тратится в 4 — 6 раз меньше, чем при контактной сварке. Процесс экологически чистый, так как нет опасных излучений и выделения вредных газов. Однако, из-за сложности дорогого оборудования и низкой производительности, повсеместного распространения не получил. Диффузионную сварку применяют на высокотехнологическом производстве:

• создают микроскопические полупроводниковые детали для электронных приборов;
• в авиационной и космической промышленности изготавливают ответственные детали;
• сваривают тугоплавкие металлы (вольфрам, тантал);
• соединяют металлы с керамикой, стеклом, сапфирами, графитом, сталь с медью и алюминием.

Трением

Метод основан на нагреве соединяемых поверхностей за счет трения между ними. Одна деталь крепится неподвижно, после прижима другой заготовки включают вращение. Когда место соединения нагреется до 0,7 — 0,9 температуры плавления вращение останавливают, усилие сжатия увеличивают в 2 раза.

Сваркой трением соединяют пластмассовые и детали из разнородных металлов. Неподвижная заготовка может быть плоской. К преимуществам также относят простоту выполнения, высокую производительность. Недостатком считают то, что одна деталь должна быть телом вращения. Сварка трением деталей диаметром больше 150 мм становится нерентабельной из-за повышенного расхода энергии.

Ультразвуковая

Метод основан на образовании пластической деформации под действием ультразвуковых колебаний частотой от 16 до 230 кГц при небольшом сжимающем усилии в диапазоне от 100 до 2000 кН. Для ускорения процесса допускается слабый подогрев. Ультразвуком и усилием сжатия сначала разрушается и удаляется оксидная пленка, затем формируется соединение.

Этим способом сваривают разнородные металлы, в том числе тугоплавкие, пластмассу, ткань из полимерных нитей. Ультразвуковая сварка незаменима для соединения сверхтонких, 0,005 мм, материалов. К достоинствам относят широкую сферу применения и возможность автоматизации. Основным недостатком считается невозможность сварки заготовок с толщиной больше 3 мм, так как при повышении мощности генератора разрушается волновод.

Взрывом

Этот вид сварки давлением очень прост. Как правило, соединяют две пластины. Над нижней устанавливаю верхнюю под углом. Сверху размещают взрывчатку с детонатором. После подрыва пластины сжимаются, поверхности деформируются до жидкого состояния, образуется соединение.

Этим способом сваривают как однотипные металлы, так и разнородные, делают детали и заготовки из композитных материалов. Сварка взрывом применяется для нанесения (плакирования) слоя одного металла на другой толщиной 0,01 — 43 мм. Достоинствами считают высокую производительность, дешевизну, простоту проведения. Из недостатков отмечают необходимость обучения персонала, отсутствие разработок по автоматизации процесса.

Методы сварки давлением были разработаны для создания соединений, которые невозможно выполнить классическими способами плавления. Однако за счет меньшего энергопотребления и простоты технических решений начинают вытеснять традиционные технологии во многих отраслях промышленности.

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