Термомеханической сваркой называют способ получения неразъемных соединений

Термомеханическая сварка

Вступление

Сварка – технологический процесс получения неразъемных соединений материалов посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или пластическом деформировании, или совместным действием того и другого. Сваркой соединяют однородные и разнородные металлы и их сплавы, металлы с некоторыми неметаллическими материалами (керамикой, графитом, стеклом и др.), а также пластмассы.

Сварка – экономически выгодный, высокопроизводительный и в значительной степени механизированный технологический процесс, широко применяемый практически во всех отраслях машиностроения.

Физическая сущность процесса сварки заключается в образовании прочных связей между атомами и молекулами на соединяемых поверхностях заготовок. Для образования соединений необходимо выполнение следующих условий: освобождение свариваемых поверхностей от загрязнений, оксидов и адсорбированных на них инородных атомов; энергетическая активация поверхностных атомов, облегчающая их взаимодействие друг с другом; сближение свариваемых поверхностей на растояния, сопостовимые с межатомным расстоянием в свариваемых заготовках.

В зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного соединения, все виды сварки разделяют на три класса: термический, термомеханический и механический.

К термическому классу относятся виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии (дуговая, плазменная, электрошлаковая, электронно –лучевая, лазерная, газовая и др.).

К термомеханическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления (контактная, диффузионная и др.).

К механическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления (ультразвуковая, взрывом, трением, холодная и др.).

Свариваемость – свойство металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.

Термическая сварка

Газовая термическая сварка подразумевает нагрев металла в зоне соединения при помощи газового пламени. Такая газовая горелка может использовать различный газ, который эффективно нагревает металл до его жидкого состояния, а после кристаллизации и затвердевания обеспечивается максимально прочное соединение. Газовые горелки позволяют оптимальным образом регулировать температуру пламени, что в свою очередь дает возможность работать с различными по тугоплавкости материалами. Газовая сварка может выполняться как по классической технологии термической обработки металлов, так и с использованием дополнительного присадочного материала. Такие электроды расправляются одновременно с соединяемыми металлами, кристаллизуются и на молекулярном уровне соединяют материалы. Следует учитывать свойства конкретных металлов, сплавы которых входят во взаимодействие друг с другом.

Из преимуществ данной технологии можем отметить простоту данной работы и отличное качество соединения. В то же время необходимо отметить, что данная технология подразумевает использование специального оборудования, в том числе баллонов со сжатым газом, поэтому к проведению такой работы с газом допускаются только сертифицированные специалисты, имеющие большой опыт работы с такими горелками на газу. Также должное внимание необходимо уделить качеству используемого оборудования.

Преимущества термической сварки перед другими видами сварки:

§ Отличные показатели прочности соединения.

§ Низкая трудоемкость работ.

§ Минимальный расход металла.

Термомеханическая сварка

Термомеханическая сварка подразделяется на:

Контактная сварка. Под действием тока высокой плотности металл в месте контакта свариваемых частей быстро разогревается и размягчается, а под действием приложенного давления пластически деформируется. В процессе пластической деформации сминаются неровности на поверхности, выдавливаются из стыка оксидные пленки и свариваемые части сближаются до межатомных расстояний. Метод требует меньших затрат электроэнергии, чем дуговая сварка, прост в реализации и не требует присадочного материала. Им можно сваривать как однородные, так и разнородные металлы, и сплавы, например, сталь с никелем, латунью и др.

По типу сварочного соединения различают три вида контактной сварки: стыковую, точечную и шовную.

Стыковая сварка позволяет сваривать изделия из углеродистых и легированных сталей, чугунов, сплавов Аl и Ti сечением до 5·10 4 мм 2 и более.

Шовная сварка дает плотный, непрерывный, герметичный шов; позволяет сваривать внахлестку листы металла (стали, сплавов Аl, Сu, Ti и др.) толщиной 0,3–3 мм.

Точечная сварка применяется взамен клепки для соединения внахлестку листового металла (стали, сплавов Аl, Сu, Ti и др.) толщиной 0,5–5 мм; широко используется в автомобилестроении.

Сварка трением – это способ сварки давлением, при котором в результате трения сопрягаемых поверхностей детали нагреваются в тонких поверхностных слоях и одновременно очищаются от пленок загрязнений и окислов. Сварка трением обеспечивает высокую производительность (до 600 сварок в час), высокое и стабильное качество соединения, возможность сварки однородных и разнородных материалов, потребляет мало энергии, имеет высокий КПД (до 85%), легко поддается механизации и автоматизации. Это наиболее экологически чистый процесс, т.к. здесь не происходит выделение газов и излучений.

Высокочастотная сварка(индукционная, радиочастотная) – это способ сварки давлением, при котором прижатые друг к другу кромки деталей нагреваются с помощью индуктора токами высокой частоты до температуры плавления. Высокочастотной сваркой изготавливают прямошовные трубы из неочищенной горячекатаной низкоуглеродистой стали; применение радиочастот (более 400 кГц) позволяет сваривать продольные швы труб из алюминия, жаропрочных сплавов и легко окисляющихся металлов.

Механическая сварка

Механическая сварка делится на:

Ультразвуковая сварка.

Сварка трением. Нагрев кромок осуществляется трением. При трении убираются оксидные пленки металла, возникает контакт между двумя деталями, затем — сварное соединение. Особенностью этого вида сварки является то, что механическая энергия переходит в тепло, а разогревается именно зона будущего шва. Теплота выделяется, если одна деталь вращается относительно другой, при поступательных движениях в плоскости стыка.

При давлении, по мере того, как увеличивается скорость вращения, притираются кромки друг к другу, увеличивается площадь контакта, возникают и рушатся связи между атомами металла, температура в стыке увеличивается, трение распространяется на всю площадь контакта, появляется тонкий пластифицированный слой металла, свариваемые поверхности тесно сближаются. Употребляется этот способ для сварки разнородных материалов, которых другими способами приварить трудно.

Сварка взрывом. Соединение устанавливается под действием энергии взрыва. Производят на специальных полигонах, вдали от жилых помещений. Перед сваркой нужно очистить соединяемые поверхности от загрязнений. Применяется для плакирования труб и стержней.

Ультразвуковая сварка.Соединение устанавливается с помощью ультразвуковых колебаний и сжимающих давлений. От ультразвукового генератора ток подается на обмотку вибратора, состоящего из тонких пластин. Вибратор соединяется с концентратором, усиливающим амплитуду колебаний. Колебательные ультразвуковые движения разрушают слой окиси и неровности на поверхности при этом виде сварки. Эти колебания и давление сварочного инструмента вызывают течение металла по свариваемым кромкам.

Источник

Термомеханическая сварка, коротко о главном

К термомеханической сварке относятся такие виды данного процесса, в которых давление используется вместе с тепловой энергией. Термомеханическая сварка позволяет установить между двумя металлами прочную межатомную связь, при местном нагреве, позволяющую достаточно надежно соединить детали.

Термомеханическая сварка, способы и типы

Термомеханическая сварка имеет несколько способов соединения металла:

1. Кузнечная сварка является самым древним способом соединения металлов. Его суть в сильном разогреве металла и соединение с другим, за счет возникновения межатомных связей при пластической деформации кузнечным молотом.

2. Контактная сварка включает последовательные процессы: нагрев свариваемых изделий до гибкого состояния и обоюдное пластическое деформирование. Такая сварка может быть:

Точечная. Для удобства деталь зажимают в специальных клещах или электродах сварочной машины. Затем между электродами пропускают большой ток, с целью разогрева металла в месте сваривания до температуры плавления. Ток отключается и применяется «ковка» за счет увеличения силы сжатия электродов. Происходит очень прочное соединение, металл кристаллизуется, соединение произошло.

Стыковая. Для надежности и прочности производят сваривание по всей плоскости их касания. Термомеханическая сварка таким способом можно выполнять:

• сваркой непрерывным оплавлением;
• сваркой сопротивлением.

В первом случае процесс состоит из стадии оплавления и осадки. Заготовки закрепляют в зажимах машины, после чего включают ток и медленно сближают их. В стадии оплавления торцы заготовок касаются в одной или нескольких точках и в местах касания образуются перемычки, которые сразу же испаряются и взрываются. При взрыве происходит выброс мелких капель металла из места стыка и пары. Эти пары служат защитной атмосферой для уменьшения процесса окисления металла. При дальнейшем сближении также происходит процесс таких взрывов, прогревающие заготовку в глубину и постепенно соединяющую ее. При таком способе укорачивается. При осадке необходимо увеличить скорость сближения заготовок. Происходит пластическая деформация на заданный припуск. Этот процесс мгновенный. Термомеханическая сварка сопротивлением подразумевает пропускание электрического тока через плотно прижатые детали, после чего детали нагреваются в зоне сварки до пластического состояния и происходит осадка. Ток выключают до окончания осадки.

Рельефная. Предварительно на детали создают рельеф, возвышения, которые после прохождения тока, расплавляются и происходит пластическая деформация, детали вдавливаются друг в друга. После подачи сварочного тока соединение кристаллизуется.

Шовная. Еще ее называют роликовой сваркой, при которой детали соединяются швом, состоящий из ряда сварочных точек, образующих герметичный шов.

3. Диффузионная сварка. Термомеханическая сварка осуществляется диффузией, т.е. проникновением атомов соединяемых металлов друг в друга при повышенной температуре (800 0 С). Для этого необходима вакуумная установка с заменой на защитный газ. Этим способом можно варить разнородные металлы.

Термомеханическая сварка металлов

Термомеханическая сварка металлов применяется еще и другими способами, которые позволяют прочно соединять изделия металлов. Достоинства термомеханической сварки металлов определяются видом такой сварки. Например, диффузионная:

• варятся разные виды металлов;
• разная толщина;
• ровные швы;
• низкий расход энергии.

• быстрота сварки;
• прочность;
• экологически чистая.

Термомеханическая сварка металлов очень широко используется в самых разных областях машиностроения, автомобильной промышленности, приборостроения и других.

Оставьте свой комментарий Отменить ответ

Мастеру следует знать, что сварка вертикальных и потолочных швов имеет…

Источник

Термомеханической сваркой называют способ получения неразъемных соединений

Термомеханический класс сварки основан на использовании совместного действия тепла и давления, вводимых в зону сварки. Термомеханический, или термопрессовый, класс сварки по принципу действия во многом аналогичен рассмотренному выше механическому классу сварки. Основное отличие в том, что тепловая энергия вводится в зону сварки извне. Тепловая энергия образуется при прохождении электрического тока через сопротивление по границе «металл—металл», введением теплоты от газовой горелки, электрическим разрядом от конденсатора. Используется также тепловая энергия от дугового разряда.

В соответствии с этим термомеханический класс сварки разделяют на следующие виды:

• сварка аккумулированной энергией.

Электроконтактная сварка.

Электроконтактная сварка является одним из самых распространенных видов сварки металлов давлением. Электроконтактная сварка относится к видам сварки с кратковременным нагревом места соединения деталей без оплавления или с оплавлением и осадкой разогретых заготовок. Характерная особенность этих процессов – пластическая деформация, в ходе которой формируется сварное соединение. В процессе этой деформации происходит удаление окислов из зоны сварки, устранение раковин и местное уплотнение металла.

Способ электроконтактной сварки изобрел русский инженер Н. Н. Бенардос, который в 1885 году получил патент на способ точечной электросварки клещами с угольными электродами. Позднее этот способ усовершенствовали заменой угольных электродов на медные, и появились новые способы сварки: роликовая, стыковая, рельефная и т. д.

Место соединения разогревается проходящим по металлу электрическим током, при этом максимальное количество теплоты выделяется в месте сварочного контакта. Количество теплоты, выделяемой в зоне сварки, определяют по формуле Джоуля-Ленца (Q = I 2 × R × t):

Q = 0,24 × I 2 × R Δt.

Где Q – количество тепла (кал.);

I – сила тока сварки (А);

R – полное сопротивление зоны сварки (Ом);

T – время протекания тока сварки (с).

Где Q – количество теплоты (Дж),

Остальные параметры по формуле 3.1.

Основное влияние на нагрев оказывает сила сварочного тока. Например, при данном количестве необходимой теплоты, расходуемой за один сварочный цикл, увеличение силы тока в два раза приведет к уменьшению времени сварки более чем в четыре раза.

Полное сопротивление сварочного контура состоит из электросопротивлений выступающих концов заготовки L, свариваемых заготовок Rзаг, сварочного контакта Rк и электросопротивления между электродами и заготовками Rэл (рис. 28 а).

Рис. 28.

Схема электроконтактной сварки (а), схема контакта заготовки (б).

Полное сопротивление сварочного контура равно:

R = Rзаг + Rк + Rэл.

Сопротивление сварочного контакта зависит от таких факторов, как чистота поверхностей деталей в месте сварки, наличие окисных пленок металла, сила сжатия заготовок. Например, при сварке неочищенных заготовок сопротивление в месте контакта изменяется в весьма широких пределах. Это приводит к изменению температуры нагрева, стабильности прочностных показателей, браку и износу электродов.

При нагреве в месте контакта сопротивление металла возрастает, следовательно, еще более возрастает количество выделяющейся теплоты и резко ускоряется процесс сварки. Применяя для контактной сварки токи больших величин, удается производить сварку за десятые и сотые доли секунды.

Контактную сварку классифицируют по типу сварного соединения, определяющего вид сварочной машины, и по роду тока, питающего сварочный трансформатор.

По типу сварного соединения различают:

• Стыковую контактную сварку;

• Точечную контактную сварку;

• Шовную (роликовую) контактную сварку.

По роду сварочного тока выделяют контактную сварку:

• Импульсом постоянного тока;

Схемы основных современных способов контактной сварки представлены на рисунке 29. Эти способы отличаются сопряжением деталей в месте соединения, особенностями токоподвода и приложением сварочного давления.

Рис. 29.

Основные способы контактной электросварки:

А – стыковая сварка; б – точечная сварка; в – шовная (роликовая) сварка; г – рельефная сварка.

Выпускаемые машины для электроконтактной сварки состоят из двух основных частей: электрической и механической.

Электрическая часть сварочной машины состоит из:

• Трансформатора с первичной обмоткой на напряжение 220/380 В и вторичной обмоткой на напряжение 1–20 В, при силе тока во вторичной обмотке от нескольких десятков до сотен килоампер;

• Прерывателя тока в цепи первичной обмотки;

Механическая часть машины для контактной электросварки включает в себя:

• Устройства фиксации деталей;

• Механизмы для создания, выдержки и снятия давления на заготовки.

Машины для контактной сварки работают по заданной программе с целью изменения сварочного тока и усилия сжатия. График изменения сварочного тока и усилия сжатия, совмещенных во времени, называют циклограммой.

Контактная электросварка является высокопроизводительным процессом. Этот вид сварки легко механизируется и автоматизируется. Относительная простота в обслуживании способствует широкому применению контактной сварки в строительстве, автомобилестроении, приборостроении и многих других областях техники и производства.

Стыковая контактная электросварка.

Различают следующие способы стыковой сварки (рис. 29а):

• стыковая сварка сопротивлением;

• стыковая сварка оплавлением.

Стыковая контактная сварка сопротивлением – разновидность контактной сварки, при которой заготовки, установленные и закрепленные в стыковой машине, прижимают одну к другой усилием определенной величины, после чего пропускают по ним электрический ток. При нагревании металла в зоне сварки до пластического состояния происходит осадка. Ток выключают до окончания осадки.

Недостаток этого способа в том, что им можно соединять детали малого сечения (до 100 мм 2 ) с простым периметром (круг, квадрат, прямоугольник и т. п.). Детали при этом способе требуют тщательной очистки.

Стыковая сварка оплавлением. При этом способе детали медленно сближают при включенном источнике тока. Соприкосновение поверхностей при медленном сближении приводит к образованию отдельных микроконтактов, через которые протекает ток высокой плотности. Происходит взрывное оплавление микроконтактов. При этом под действием магнитного поля расплавленный и кипящий металл выбрасывается наружу. Последующее сжатие заготовок приводит к образованию сварного шва. Осадку деталей начинают при включенном токе и завершают при выключенном токе. При этом используют непрерывное или прерывистое оплавление места сварки.

Сварка оплавлением имеет преимущества перед сваркой сопротивлением в том, что при оплавлении выравниваются все неровности стыка, а оксиды и загрязнения удаляются. Поэтому не требуется особой подготовки места соединения, можно сваривать детали с сечением сложной формы. Сваркой оплавлением соединяют разнородные металлы – быстрорежущие, углеродистые стали, медь, алюминий.

Наиболее распространенными изделиями, изготовляемыми стыковой сваркой, являются элементы трубчатых конструкций, кольца, колеса, инструмент, рельсы, арматура для строительства.

Точечная контактная электросварка.

Заготовки соединяют сваркой в отдельных местах, условно называемых точками.

Размеры и структура точки, определяющие прочность соединения, зависят от различных факторов. Форма и размеры контактной поверхности электродов, сила сварочного тока, время его протекания через заготовки, усилия сжатия и состояния поверхностей заготовок – это основные технологические параметры точечной сварки.

При этом способе соединяемые детали внахлестку расположены под сжимающими электродами. К электродам подводится электрический ток. В момент прохождения тока заготовки нагреваются, особенно быстро нагреваются участки, прилегающие к контакту между электродами. При этом металл расплавляется, и под действием сжимающих усилий капля расплавленного металла сплющивается на стыке «деталь-деталь». В момент образования в зоне сварки расплавленного ядра заданных размеров ток выключают. После выключения тока заготовки кратковременно выдерживают между электродами под действием усилия сжатия, в результате чего происходит охлаждение зоны сварки, кристаллизация расплавленного металла и уменьшение усадочной раковины в ядре сварной точки. Электроды оставляют характерный отпечаток в виде точки.

Точечной сваркой можно сваривать листовые заготовки одинаковой или разной толщины, пересекающиеся стержни, листовые заготовки со стержнями или профильными заготовками (уголками, швеллерами, таврами и т. п.).

Рис. 30.

Схема точечной электросварки:

А – схема процесса; б – сечение сварной точки; Р – давление сжатия заготовок.

Точечную сварку применяют для соединения заготовок из сталей различных марок, а также из цветных металлов и их сплавов толщиной от сотых долей миллиметра до 35 мм.

Сварка, в зависимости от расположения электродов по отношению к свариваемым заготовкам, может быть двухсторонней и односторонней.

Типы сварных соединений точечной контактной сваркой показаны на рисунке 31.

Точечной сваркой изготавливают штампосварные заготовки – при соединении отдельных штампованных элементов сварными точками, что упрощает процесс изготовления сварных узлов. Точечная сварка широко применяется при производстве автомобилей и в авторемонтных мастерских – при замене элементов кузова.

Рис. 31.

Типы сварных соединений точечной сваркой.

Можно выделить рельефную сварку как вид контактной одновременной многоточечной сварки.

Рельефная сварка характерна тем, что на одной из заготовок предварительно изготавливают выступы (рельефы) – круглой, кольцевой, продолговатой или иной формы. Сварку выполняют одновременно по всем рельефам, что обеспечивает высокую производительность процесса.

Основные технологические параметры точечной сварки:

• Удельное усилие сжатия – Р (МПа);

• Плотность тока – i (А/мм 2 );

• Время протекания тока – t (с).

Шовная (роликовая) контактная электросварка.

Шовная (роликовая) сварка – разновидность контактной сварки, при которой заготовки соединяют прочно-плотным сварным швом, состоящим из ряда точек, перекрывающих друг друга. Электроды имеют вид роликов (дисков) диаметром – 400 мм. Форму рабочей поверхности выбирают в зависимости от толщины, формы и материала свариваемых заготовок. Ролики для сварки делают из токопроводящих материалов, с высокой теплопроводностью, например из меди или специальных сплавов.

Схема шовной сварки изображена на рисунке 32.

В процессе шовной сварки (рис. 32) листовые заготовки 1 соединяют внахлестку, зажимают между роликами-электродами 2 и пропускают ток сварки от трансформатора 3. При движении роликов по заготовкам образуются перекрывающие друг друга точки, в результате чего образуется сплошной герметичный шов. Шовную сварку, так же как и точечную, можно получить при одностороннем и двухстороннем расположении электродов.

Циклограмма процесса шовной сварки бывает с прерывистым или с непрерывным включением тока.

Рис. 32.

Схема шовной сварки и разрез сварного шва:

1 – Заготовки; 2 – ролики;

3 – Сварочный трансформатор;

Р – усилие сжатия.

Толщины свариваемых листов металла составляют – 0,3 мм. Шовной сваркой выполняют те же типы сварных соединений, что и точечной сваркой, но используют для получения герметичных швов.

Шовную сварку применяют в массовом производстве для изготовления различных сосудов, баков и т. п.

Диффузная сварка.

Диффузией называется явление самопроизвольного проникновения и перемешивания частиц двух соприкасающихся газов, жидкостей или твердых тел. Происхождение слова от латинского diffusio означает распространение, растекание, рассеивание. С точки зрения физики это неравновесный процесс, вызываемый молекулярным тепловым движением и приводящий к установлению равновесного распределения концентраций внутри фаз. В результате диффузии происходит выравнивание химических потенциалов компонентов смеси.

Микроскопическая теория диффузии атомов, основанная на механизме перескоков атомов по вакансиям (свободным местам), была развита Я. И. Френкелем.

Замещение атомов кристаллической структуры вакансиями связано с возможностью перехода их через потенциальный барьер. Предполагается, что после перехода атома на свободное место (вакансию) он, благодаря сильному взаимодействию его с соседними атомами, успевает отдать часть энергии, прежде чем вернется на свое место.

Процесс диффузии в твердых телах может осуществляться несколькими способами:

• Обмен местами атомов кристаллической структуры с ее вакансиями;

• Перемещение атомов по междоузлиям;

• Одновременное циклическое перемещение нескольких атомов;

• Обмен местами двух соседних атомов.

При образовании твердых растворов замещения преобладает обмен местами атомов и вакансий. Диффузию принято выражать через коэффициент диффузии D:

D = a 2 /t × exp (—W/k × T),

Где: D – коэффициент диффузии;

A – постоянная решетки;

T – время периода колебаний атомов решетки (t=10–13c).

W – энергия активации;

Из формулы видно, что для твердых тел характерна экспоненциальная зависимость диффузии от температуры. Например, коэффициент диффузии для цинка в медь возрастает в 1014 раз при повышении температуры от 30 °C до 300 °C.

Все эти физические явления положены в основу диффузной сварки материалов и различных металлов и их сплавов. При диффузной сварке соединение образуется в результате взаимной диффузии (проникновения) атомов в поверхностных слоях контактируемых материалов, находящихся в твердом состоянии.

Температура нагрева при сварке несколько выше или ниже 0,5–0,9 Тплавл) температуры рекристаллизации более легкоплавкого материала. Процесс сварки в большинстве случаев выполняют в вакууме, примерно (1,33 × (10–2–10–5) Па. Однако возможна и сварка в атмосфере инертных защитных или восстановительных газов.

Защитная среда способствует удалению пленок поверхностных окислов. В вакууме происходит их разложение (диссоциация) и испарение или восстановление окисных пленок до основного металла в среде восстановительного газа.

На рисунке 33 изображена принципиальная схема диффузной сварки.

Процесс диффузной сварки выполняют следующим образом (рис. 33): свариваемые заготовки 4 центрируют в оправках 3, 6, устанавливают в рабочую камеру 2, в которой создают вакуум или заполняют ее защитным газом. После этого нагревают заготовки до температуры рекристаллизации более легкоплавкого материала и прикладывают давление с помощью, например пневмо, гидро– или механических устройств 1.

Давление создают порядка 1–20 МПа в течение 5–20 минут. После охлаждения деталей образуется сварное соединение. Нагрев осуществляют при помощи внешнего либо внутреннего нагревателя. Используют нагрев электрическим током, при помощи индуктора ТВЧ (токами высокой частоты), при помощи электронного луча в вакууме. Время выдержки зависит от свойств материала и его размеров.

Рис. 33.

Схема диффузной сварки:

1 – Механизм создания давления; 2 – рабочая камера; 3, 6 – оправки; 4 – свариваемые детали; 5 – нагреватель.

Основные технологические параметры диффузной сварки:

• Давление на свариваемые детали;

• Температура нагрева заготовок;

• Степень разрежения в вакуумной камере;

• Время нагрева и время сжатия деталей.

Процесс сварки с помощью диффузного соединения условно разделяют на две стадии:

• 1-я стадия – нагрев материала и приложение давления, что вызывает пластическое течение микровыступов, разрушение и удаление различных пленок на поверхностях контакта. Образуются многочисленные участки с непосредственной связью материалов;

• 2-я стадия – ликвидация микровыступов и образование объемной зоны соединения.

Оборудование для диффузной сварки:

• Вакуумная установка с системами для подъема и опускания камеры;

• Системы для создания регулируемого давления на заготовки;

• Устройства нагрева заготовок (индукторы ТВЧ, электроннолучевые нагреватели);

• Системы управления установкой и контроля.

Преимущества диффузной сварки:

• Отсутствие загрязнений в соединении (нет припоев, флюсов, электродов);

• Возможность соединений в различных сочетаниях металлов, сплавов, различных материалов независимо от их твердости, взаимного смачивания;

• Возможность сваривать биметаллические, триметаллические и тетраметаллические детали;

• Получение высокопрочных соединений без изменения физико-химических свойств свариваемых материалов;

• Отсутствие какой-либо механической обработки после сварки;

• Возможность соединений материалов различных толщин;

• Высокая степень автоматизации процесса сварки;

• Относительно низкие энергозатраты при высокой рентабельности сварки.

Недостатки диффузной сварки:

• Относительная сложность оборудования требует подготовки кадров.

Диффузную сварку широко применяют в ракетно-космической технике, в самолетостроении, приборостроении, пищевой и медицинской промышленностях и других отраслях. Этот способ применяют для сварки ответственных деталей турбин, при изготовлении металлокерамики, узлов вакуумных приборов, высокотемпературных нагревателей, при производстве инструмента и т. д.

Выпускаются установки диффузной сварки для единичного производства (с ручным управлением) и для серийного производства (с полуавтоматическим и автоматическим программным управлением).

Газопрессовая сварка.

При газопрессовой сварке используют традиционный источник тепловой энергии, характерный для сварки плавлением, – газовое пламя. Одновременно с положительным воздействием нагрева и давления защитная атмосфера в зоне сварки интенсифицирует образование качественного соединения.

Схема газопрессовой сварки показана на рисунке 34.

При сварке газопрессовым способом детали 2, 4 фиксируют в зажимах 1, 5 и прогревают с поверхности стыка или с торца до температуры пластического состояния, а затем, прикладывая давление, обеспечивают образование сварного соединения. Регулируя состав газов, можно получать как окислительную, так и восстановительную атмосферу в газовом факеле. Этим можно оказывать определенное положительное воздействие на процесс образования сварочного соединения. Газопрессовая сварка достаточно широко применяется, например, при производстве электровакуумных приборов и в других сферах производства, благодаря простоте процесса сварки, доступности оборудования и низкой квалификации персонала.

Рис. 34.

Схема газопрессовой сварки:

А – положение деталей перед сваркой; б – положение деталей после сварки;

1, 5 – Зажимы заготовок; 2, 4 – свариваемые изделия; 3 – горелка кольцевая.

Дугопрессовая сварка.

Дугопрессовая сварка используется для присоединения деталей типа шпилька к пластине или к массивной плите. В качестве электрода выступает сама деталь. Для получения теплоты используется энергия электрической сварочной дуги.

Схема процесса дугопрессовой сварки показана на рисунке 35.

При отводе детали 2 от пластины 3 включают электрическую цепь, при этом возбуждаемая электрическая дуга расплавляет материал шпильки и пластины. После этого отключают электрическую цепь и ударом шпильки о пластину производят соединение деталей.

Поверхностные окислы и загрязнения при этом выдавливаются из зоны сварки вместе с жидким металлом, и образуется соединение высокого качества. Для повышения качества соединения сварка может производиться в защитной среде, например в среде азота, углекислого газа.

Процесс дугопрессовой сварки может быть легко механизирован. При производстве дугопрессовой сварки используется аппаратура для обычной электродуговой сварки.

Дугопрессовую сварку можно применять при производстве строительных элементов, например для сварки арматурных стержней с закладными деталями.

Сварка аккумулированной энергией.

Сущность процесса сварки аккумулированной энергией заключается в том, что кратковременные сварочные процессы осуществляются за счет энергии, запасенной в соответствующем приемнике, непрерывно заряжающем и периодически разряжающемся на свариваемые детали.

Существуют четыре разновидности сварки аккумулированной энергией:

Накопление энергии соответственно происходит в конденсаторной батарее, во вращающихся частях генератора, в магнитном поле специального сварочного трансформатора и в аккумуляторной батарее.

Наиболее широкое промышленное применение получила конденсаторная сварка. Этот способ сварки по характеру протекания процессов близок к дугопрессовой сварке.

Энергия в конденсаторах накапливается при их зарядке от источника постоянного тока (генератора или выпрямителя). Затем в процессе разрядки запасенная энергия мгновенно подается в зону сварки. Накопленную в конденсаторе электрическую энергию можно регулировать, изменяя емкость конденсаторной батареи и напряжение ее зарядки.

Рис. 35.

Схема дугопрессовой сварки (стрелка показывает направление сжатия);

А – положение деталей перед сваркой; б – разогрев свариваемых кромок; в – соединение деталей. 1 – выключатель тока; 2 – шпилька (электрод); 3 – пластина; 4 – дуговой разряд.

Энергию заряда конденсатора можно определить по формуле:

Где А – энергия заряда (Дж);

С – емкость конденсатора (Ф);

U – напряжение зарядки конденсатора (В).

При конденсаторной сварке возможна точная регулировка и дозировка количества энергии зарядки, не зависящая от внешних условий, в частности от нестабильности питающей сети.

В настоящее время используются две схемы конденсаторной сварки (рис. 36):

• бестрансформаторная конденсаторная сварка;

• трансформаторная конденсаторная сварка.

В обеих схемах запасенная в виде емкостного заряда энергия разряжается за короткое время (10–3 –10–4 с) на электроды, сжимающие заготовки. Высокая плотность тока способствует мгновенному разогреву места сварки, что обеспечивает небольшую зону термического влияния при скоростном процессе.

При бестрансформаторной (рис. 36а) сварке концы обкладок конденсатора подключены непосредственно к свариваемым деталям 2, 3. При этом один из выводов жестко закреплен, а другой может перемещаться в направляющих. При освобождении защелки 6 под действием сжатой пружины 5 деталь быстро переместится по направлению к неподвижной заготовке. Перед соударением, в промежутке 1–3 мм, между деталями возникает мощный дуговой разряд энергии, накопленной в конденсаторе С. Этот искровой пробой, переходящий в дуговой разряд, успевает частично оплавить торцы обеих заготовок 2, 3, которые после соударения свариваются между собой под действием усилия осадки. При ударном сжатии деталей поверхностная прослойка жидкого металла вытесняется из зоны сварки, что способствует образованию качественного сварного соединения.

Способом бестрансформаторной конденсаторной сварки можно сваривать встык проволоку и тонкие стержни разной толщины из разнородных материалов: вольфрам-никель, медь-константан, молибден-никель и т. п.

Трансформаторная конденсаторная сварка (рис. 36б) отличается тем, что конденсатор разряжается на обмотку сварочного трансформатора Т₂.

При этом способе сварки сжимают заготовки между электродами, заряжают конденсатор, который разряжают на первичную обмотку сварочного трансформатора. В результате во вторичной обмотке сварочного трансформатора индуцируется ток большой величины, с энергией, достаточной для сплавления деталей.

Рис. 36.

Схемы конденсаторной сварки:

А – бестрансформаторная конденсаторная сварка; б – трансформаторная конденсаторная сварка. Т₁ – трансформатор повышающий; Т₂ – трансформатор сварочный; С – конденсаторная батарея; В – выпрямитель переменного тока; П – переключатель; 1, 4 – электроды; 2, 3 – свариваемые заготовки; 5 – пружина; 6 – защелка.

Преимущества конденсаторной сварки:

• Точная дозировка запасенной энергии;

• Независимость от колебаний питающей сети;

• Малое время протекания тока (10–3–10–4 с);

• Небольшая зона термического влияния;

• Низкая потребляемая мощность (0,2–2 кВА);

• Высокая степень автоматизации процесса;

• Возможность сваривать материалы малых толщин (до нескольких микрон).

Конденсаторная сварка широко применяется в производстве приборов для точной механики (авиационные, часовые, прецизионные), в производстве радиоэлементов и т. п.

Источник