· высокая точность и чистота поверхности;
· возможность широкой автоматизации подачи заготовок и удаления деталей;
· лучшие условия труда, чем при горячей.
 |
9.5. Листовая штамповка
Листовая штамповка – получение деталей из листовой заготовки резанием в штампах или превращение плоской заготовки в пространственную деталь без значительного изменения толщины стенки.
Применяются в основном малоуглеродистые стали, а также сплавы меди и алюминия, свинца и олова в виде листов, лент, полос и штучных заготовок (d £ 10 мм). Листовая штамповка делится на холодную, тонко - и толстолистовую (d > 4), и горячую штамповки при d > 8 мм.
Операции листовой штамповки делятся на:
o разделительные: отрезка, вырубка, пробивка, зачистка;
o формоизменяющие: гибка, вытяжка, отбортовка, формовка и др. (рис. 9.6).
|
3 
Отрезка – отделение одной части от другой по незамкнутому контуру.
Резка производится на ножницах с параллельными ножами, гильотинных и дисковых (роликовых).
Вырубка (детали) и пробивка (отверстия в детали) – отделение одной части от другой по замкнутому контуру.
Зазор между матрицей и пуансоном 5 % от толщины материала d, при пробивке – за счет матрицы, при вырубке – за счет пуансона. Зазор выбирается так, чтобы скалывающие трещины, возникающие у лезвий пуансона и матрицы, сходились.
Гибка – изменение положения частей заготовки в пространстве путем плоского деформирования. Растяжение волокон при вершине угла может привести к их разрыву (трещине), поэтому гибка ограничивается минимальным радиусом Rmin = d´×К, где К = 0,1 ... 2,0 – определяется по таблицам в зависимости от материала и направления проката. Ребро гибки должно быть перпендикулярно направлению проката.
Вытяжка – получение из плоской листовой заготовки полого изделия или из полой заготовки пространственной детали нужной формы и размеров. Возможно образование гофр, если Dзаг. – d > d, где d – относительное удлинение. Удельное давление прижима от 1 до 4 Па. Вытяжка может производиться с утонением стенки и без утонения. Растягивающие усилия наибольшего значения достигают в месте перехода дна в стенку. Операция ведется со смазкой. При многократной вытяжке вследствие наклепа могут возникнуть трещины, поэтому делают межоперационный отжиг при t = °. Затем производят травление в растворе смеси HСl и H2SO4 при t = 60 °С, потом промывку и нейтрализацию щелочью.
Формовка – изменение формы изделий при сохранении наружного контура за счет утонения деформируемой части изделия.
Отбортовка – получение горловин и бортов вокруг предварительно пробитого отверстия.
Штампы для листовой штамповки делят на простые (для выполнения одной операции на прессах простого или двойного действия) и комбинированные (для нескольких операций последовательного или совмещенного действия).
Зачистка – оформление кромок изделия.
9.6. Ротационные способы изготовления поковок
Ротационные способы изготовления поковок: вальцовка, ротационная ковка, поперечно-клиновая прокатка с возвратно-поступательным или вращательным движением инструмента, раскатка кольцевых заготовок, сферодвижная штамповка, накатка наружной резьбы, накатка зубчатых колес D до 350 мм и модулем до 10 мм. В результате накатки происходит упрочнение поверхности, поэтому износостойкость и усталостная прочность повышаются на%.
РАЗДЕЛ IV. СВАРОЧНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Общие понятия о сварке плавлением и давлением
Сварка – это технологический процесс получения неразъемных соединений из различных материалов за счет образования межатомных связей между поверхностями соединяемых заготовок путем совместной кристаллизации предварительно расплавленных кромок заготовок (сварка плавлением) либо совместного пластического деформирования соединяемых заготовок (сварка давлением).
Поверхности твердых тел имеют повышенный уровень энергии. Однако их соединению простым сближением препятствуют два обстоятельства: поверхности имеют микронеровности (контакт наступает в отдельных точках) и они не имеют свободных связей, т. к. покрыты оксидами, пленками газов и жидкостей (адсорбция).
Процесс формирования сварного стального шва при автоматической сварке плавлением показан на рис. 10.1. Получаемый сварной шов должен быть равнопрочным с основным металлом, т. е. не должен иметь внутренних и внешних дефектов (трещин, пустот, газовых пузырей, частиц оксидов, непровара и т. д.), а разнородность химсостава, структур и свойств основного и наплавляемого металлов должна быть минимальной.
При сварке давлением различия в химсоставе практически отсутствуют, а в структуре и механических свойствах минимальны. Сварка давлением возможна лишь для достаточно пластичных материалов. Для повышения пластичности материала места соединения подогревают. Соответственно различают сварку термическую, механическую и термомеханическую.
|
Тема 10. Сварка плавлением (термическая)
10.1. Электрическая дуговая сварка
При дуговой сварке источником тепла является электрическая дуга – одна из форм электрического разряда в ионизированном газе. Для зажигания дуги необходимо (рис. 10.2) произвести короткое замыкание, что обеспечивает разогрев зоны контакта и возникновение термоэлектронной эмиссии с катода под действием электрического поля после отвода электрода. Если подаваемое напряжение обеспечит ионизацию молекул газа, находящегося между электродом и изделием, возникнет дуга, после разогрева столба дуги можно достичь стабильного горения дуги.
 |
Различают сварку плавящимся и неплавящимся электродами.
Сварку неплавящимся электродом (метод Бенардоса) чаще всего применяют для цветных металлов и наплавки особых порошков на поверхность с целью придания ей особых свойств. Используют вольфрамовые или графитовые электроды. Сварку ведут на постоянном токе прямой либо обратной полярности (рис. 10.3, а). Для толстых изделий используют присадочную проволоку. Разновидностью является сварка косвенной дугой, когда дуга горит между двумя электродами.
|
Сварка плавящимся электродом (метод Славянова) производится главным образом на переменном токе. При высоких требованиях к качеству шва используют постоянный ток (рис. 10.3, б). Разновидностью является сварка трехфазной дугой, когда к двум электродам и свариваемому материалу подводятся фазы переменного тока.
Сравнительная характеристика способов сварки
При сварке на постоянном токе выше устойчивость дуги, что обеспечивает
стабильность процесса и лучшее качество сварного шва, чем на переменном
токе. Поэтому сварка на постоянном токе имеет более широкие технологиче-
ские возможности, но требует более сложного и дорогостоящего оборудования. Кроме того, для этого вида сварки ниже КПД (0,3 ... 0,6 против 0,8 ... 0,85 для переменного тока).
При сварке на постоянном токе прямой полярности максимум тепла выделяется на детали – аноде, минимум – на электроде-катоде, при обратной полярности – наоборот. Соответственно КПД прямой полярности выше, можно варить тугоплавкие материалы. При обратной полярности возрастает напряжение, снижается устойчивость дуги и стойкость вольфрамового электрода, но удаляются оксиды с деталей (катодное распыление), можно использовать тугоплавкую сварочную проволоку. Этот метод применяют при сварке тонкого листового материала.
Применение плавящегося электрода повышает устойчивость дуги за счет ионизации паров расплавленного металла электрода, что особенно важно для сварки на постоянном токе обратной полярности и на переменном токе, упрощается заполнение шва металлом, но качество шва несколько снижается.
При сварке на переменном токе проще и дешевле оборудование, выше КПД, но ниже устойчивость дуги, особенно неплавящимся электродом, т. к. полярность тока меняется в каждом полупериоде. Температуры детали и электрода примерно одинаковы, качество шва хорошее, потому что в полупериоде обратной полярности удаляются оксиды с деталей, но в этот момент при работе неплавящимся электродом требуется применение специальных устройств для стабилизации дуги. Сварка на переменном токе плавящимся электродом применяется наиболее широко, т. к. является самой экономичной и обеспечивающей для хорошо сваривающихся металлов необходимое качества сварного соединения.
Ручная сварка покрытыми электродами (рис. 10.4).
|
В маркировке указывается тип электродов, начинающийся с буквы Э, затем следуют цифры, которые указывают минимальный гарантированный предел прочности в кГ/мм2 . Например, Э42 (sВ » 420 МПа), Э50 (sВ = 500 МПа).
В состав материала толстых покрытий (0,5 ... 3 мм) входят следующие компоненты:
· стабилизирующие горение дуги в результате распада на ионы (СаСО3 – мел, мрамор; К2СО3 – поташ);
· газообразующие, т. е. образующие защитную (восстановительную) атмосферу в результате образования CO (древесная мука, крахмал и др.);
· шлакообразующие (мел СаСО3, полевой шпат SiO2);
· раскисляющие, которые являются более химически активными по сравнению с железом (ферросплавы);
· легирующие, обеспечивающие особые свойства шва (ферросплавы);
· связующие, обеспечивающие прочность покрытия (жидкое стекло, крахмал, декстрин).
Для обеспечения высокого качества шва и высокой производительности необходимо выдерживать при сварке оптимальную величину сварочного тока. Он рассчитывается по формуле Iсв. = К ´ dэ (ампер), где dэ – диаметр сварочной проволоки, мм. При сварке в нижнем положении коэффициент К =для стержня электрода из низкоуглеродистой стали, К =для стержня электрода из высокоуглеродистой стали. Для вертикальных швов сварочный ток Iсв. уменьшают на%, для потолочных – на%. Интервал изменения Iсв = А, напряжение U =В.
Диаметр электрода dэ выбирают равным толщине металла d при стыковой сварке и катету К шва при угловой сварке, но не более 6 мм.
По расположению шва при сварке швы разделяются на нижние, горизонтальные, наклонные, вертикальные, потолочные (рис. 10.5).
|
По положению к действующему усилию швы разделяются на фронтальные (лобовые), фланговые, косые.
В зависимости от расположения соединяемых деталей различают сварные соединения внахлестку, угловые, тавровые, стыковые (табл. 5).
Для пластин с толщиной d < 10 мм сварной шов выполняется однослойным, при d > 10 мм – многослойным, т. е. заполнение сварных швов большой толщины производится за несколько проходов электрода. Чтобы обеспечить качество шва на всю толщину свариваемых изделий, производится разделка кромок
свариваемых поверхностей. При сварке пластин толщиной d менее 6 мм раздел-
ка кромок не производится, при d > 6 мм выполняется разделка под углом в 30°.
Ручная сварка применяется для коротких швов, криволинейных, любых пространственных, в труднодоступных местах при монтаже и сборке сложных конструкций. Ток и производительность наплавки ограничены, так как при большом токе стержень электрода нагревается и покрытие отслаивается. Плотность тока находится в пределахА/мм2.
Сварочные источники тока должны обеспечивать устойчивую дугу при относительно невысоком напряжении, постоянство тока при изменении длины дуги, простое регулирование тока. Кроме того, они должны выдерживать ток короткого замыкания, который всегда возникает при зажигании дуги. Для сварки переменным током применяются сварочные трансформаторы, а для постоянного тока – генераторы и выпрямители.
Сварка под слоем флюса. Автоматическую и полуавтоматическую сварку производят не отдельными электродами с покрытием, а сварочной проволокой, которая хранится в мотках и поэтому не имеет покрытия. Роль покрытия в этом случае играет флюс, который подаётся из бункера в зону сварки (рис. 10.1). Плотность тока в этом случае значительно больше, чем при ручной сварке, 50 … 200 А/мм2.
Применяют флюсы гранулированные, содержащие MnO + SiO2 + CaF2. Этот вид сварки обеспечивает повышение производительности в 5 раз по сравнению с ручной электродуговой сваркой за счет больших токов до 2000 А и непрерывности процесса. Большие токи позволяют сваривать пластины толщиной до 20 мм без разделки кромок за один проход. При разделке кромок и многослойной сварке толщина свариваемых листов до 100 мм.
Этот процесс обеспечивает снижение расхода электродов примерно в 2 раза, по сравнению с ручной сваркой, образуется меньше вредных выделений. При этом обеспечивается повышенное качество сварного шва (более однородный по химическому составу и размерам). Автоматическая сварка под флюсом применяется в серийном и массовом производстве для сварки в нижнем положении прямолинейных и кольцевых швов.
Для ответственных изделий и сварке сильно окисляющихся металлов применяется дуговая сварка в защитных газах. В качестве защитных газов используют инертные: аргон (Ar), гелий (Не) – а также нейтральные: азот N2, СО2.
Аргоно-дуговая сварка. Ar хранится и транспортируется в стальных баллонах под давлением 15 МПа. Толщина свариваемого металла 0,8 ... 6 мм, Imin = 10 А. Аргоно-дуговая сварка применяется для цветных металлов и тугоплавких (Ti, Nb, V, Zr) сплавов, легированных и высоколегированных сталей, где требуется повышенное качество шва. За счет высокой плотности тока (I = 100 А/мм2) обеспечивается струйный перенос расплавленного металла с электрода в сварочную ванну вместо крупнокапельного.
Таблица 5
Типы сварных соединений, применяемых при основных способах
сварки плавлением и давлением
Сварка в углекислом газе СО2 выполняется только плавящимся проволочным электродом на постоянном токе повышенной плотности и обратной полярности. Газ СО2 хранится в баллонах, р = 7 МПа. При высоких температурах СО2 диссоциирует на СО и О. Для нейтрализации О в проволоку дают повышенное количество раскислителей – Mn и Si. Диаметр электрода dэл. = 0,2 ... 2 мм. Плотность токаА/мм2. Это самый доступный и дешевый способ сварки в защитной атмосфере.
Для повышения качества шва вместо проволоки иногда используют порошковую проволоку, которая имеет вид трубки, заполненной материалами, аналогичными покрытиям. Заметим, что сварка порошковой проволокой даже без использования защитной атмосферы в ряде случаев вытесняет автоматическую и полуавтоматическую сварку под слоем флюса.
10.2 Плазменная сварка
Плазменная сварка производится потоком плазмы, представляющим из себя струю ионизированных газов с температурой 10000…20000 °С. Плазма образуется в результате пропускания потока газа (аргона, азота, водорода, гелия, воздуха или их смесей) через горелку. Один поток газа, проходящий около вольфрамового электрода, ионизируется и превращается в плазму, другой, подаваемый в мундштук горелки, минуя электрод, служит для защиты металла от окисления. Плазменная струя применяется для сварки и резки тонких металлических листов и непроводящих электричество материалов, а также для напыления тугоплавких материалов. Наиболее эффективно применять для наплавки тугоплавких металлов и резания плазменную дугу для тех металлов, резка которых другими методами затруднена из-за высокой теплопроводности (Cu, Al).
10.3 Особые виды электросварки
Электрошлаковая сварка заключается в том, что расплавление электродной проволоки и свариваемого металла производится за счёт теплоты расплавленного флюса, который нагревается при прохождении через него тока (рис. 10.6). Такой вид сварки является бездуговым. Поэтому, по сравнению со сваркой под флюсом, имеет следующие преимущества: лучше макроструктура шва, меньше затраты, выше производительность за счет выполнения шва за один проход при любой d и увеличения сварочного тока в 1,5 ... 2 раза. Шов при этом способе сварки размещается вертикально.
Недостатки: крупное зерно в шве и около него вследствие замедленного нагрева и охлаждения. Поэтому после сварки нужна термическая обработка (отжиг или нормализация). Применяется для изготовления ковано-сварных и лито-сварных крупных конструкций (станин, шаботов, штамповых кубиков и т. п.), позволяет сваривать пластины очень большой толщины d =мм.
Сварка электронным лучом в вакууме. Высокая концентрация тепла позволяет испарять алмаз, рубин, стекло. Деформации минимальны. Применяется для деталей из тугоплавких химически активных сплавов (W, Ta, Nb, Zr, Mo). dmin = 0,02 мм, dmax = 200 мм. Нашла наибольшее применение в электронике и приборостроении.
Лазерная сварка. Металл в зоне луча испаряется. Большие скорости сварки, до 500 м/час, не нужен вакуум. Используется для прошивки отверстий и резки.
|
Газовая сварка
Газовой сваркой называют сварку плавлением, при которой соединяемые части нагревают пламенем газов, сжигаемых при выходе из горелки (рис. 10.7). Газовое пламя образуется при сгорании горючего газа в атмосфере технически чистого кислорода.
Могут использоваться следующие горючие газы: ацетилен, водород, природные газы, пары бензина и керосина, пропан.
Ацетилен взрывоопасен при р > 0,175 МПа, хранится и транспортируется в стальных баллонах белого цвета с красной надписью “Ацетилен”. Баллоны заполнены активированным углем, пропитанным ацетоном р = 1,5 ... 1,6 МПа. Ацетилен в баллонах находится растворённым в ацетоне и потому не является взрывоопасным.
Основным источником получения ацетилена является карбид кальция, который получают в электропечах спеканием кокса с негашеной известью при 1900 … 2300 °С.
СаС2 + 2Н2О = С2Н2 + Са (ОН)2 + Q.
|
Окислителем является кислород, который хранится в баллонах голубого цвета с черной надписью «Кислород». Начальное давление кислорода р = 15 МПа. Наиболее часто как для кислорода, так и для ацетилена применяются баллоны объёмом 40.
Для заполнения шва используется присадочная проволока диаметром 1 ... 6 мм. Выбирают диаметр присадочной проволоки с учётом толщины d свариваемого металла: d = 0,5 d + 1 мм для левой сварки, d = 0,5 d + 2 мм для правой.
Для сварки чугуна используют литые чугунные стержни, для износостойких покрытий – литые стержни из твердых сплавов.
Для углеродистых сталей флюсы для защиты металла от окисления не применяют, т. к. та зона газового пламени, в которой производится сварка, хорошо защищает металл от окисления. Для сварки цветных сплавов и легированных сталей используют флюсы для защиты и легирования, растворения оксидов и образования легко всплывающих шлаков.
Строение сварочного ацетилено-кислородного пламени показано на рис. 10.8:
· зона 1 длиной 5 мм – ядро пламени, в ней происходит нагрев газовой смеси;
· зона 2 длиной ~ 20 мм – восстановительная, в ней происходит частичное окисление ацетилена и имеющийся в этой зоне угарный газ CO может восстанавливать оксиды;
· зона 3 – окислительная, в ней присутствует кислород воздуха и происходит догорание CO и водорода.
1 стадия горения идет за счет кислорода из баллона, 2 стадия – за счет кислорода воздуха.
 |
При зажигании пламени горелки сначала подается кислород, затем ацетилен.
С2Н2 + О2 ® 2СО + Н2 + (3/2) О2 = 2СО2 + Н2О.
Схема газосварочной горелки приведена на рис.10.9.
Мощность пламени горелки подсчитывают по формуле W = А ´ d, л/час,
где d – толщина стенки, мм. Коэффициент А: для стали 100 … 150, для чугуна 80 … 100, для меди 200 … 250, для алюминия 75 … 100. В зависимости от мощности пламени W подбирают наконечник сварочной горелки.
 |
Соотношение кислорода и ацетилена регулируется сварщиком по цвету пламени. Нормальное пламя имеет светлое ядро и несколько более тёмные восстановительную зону и факел. Оно имеет преимущественно восстановительные свойства и используется для сварки сталей, при этом соотношение О2/С2Н2 » 1,1. Окислительное пламя имеет укороченное заострённое ядро с менее резкими очертаниями и бледным цветом. Используется только для латуни, соотношение О2/С2Н2 > 1,2...1,3. Науглероживающее пламя используется для сварки чугуна и цветных металлов, соотношение О2/С2Н2 < 0,9…1,0. Оно компенсирует выгорание углерода и восстанавливает оксиды цветных металлов. На конце ядра появляется зелёный венчик.
Для сварки с помощью газовых генераторов, на выходе из которых ацетилен имеет низкое давление, применяют инжекторные горелки. Принцип инжекции позволяет смешивать в горелке кислород с давлением 0,3…0,4 МПа и ацетилен с давлением 0,001…0,02 МПа. Применяются инжекторные сварочные горелки ГС-2, ГС-3, ГС-4. Чем больше номер, тем больше мощность сварочного пламени.
При использовании ацетилена в баллонах используются безынжекторные газовые горелки ГЗУ и ГЗМ.
Газовая сварка применяется для металлов малой толщины (0,2 ... 3мм); легкоплавких сплавов; для сплавов, требующих плавного нагрева и охлаждения. Такими сплавами являются чугун, латунь, инструментальные стали. Кроме того эта сварка используется для пайки и наплавки, для заварки дефектов чугунных и бронзовых отливок.
Газовая резка основана на свойстве металлов сгорать в струе кислорода. При кислородной резке чёрных металлов происходит их окисление по реакции: 3Fe + 2O2 = Fe3O4 + Q. Чтобы начался процесс окисления, металл необходимо предварительно нагреть газовым пламенем до температуры воспламенения. После этого подаётся струя кислорода.
Для осуществления резки используются газовые резаки. Основное отличие резака от горелки заключается в наличии у первого дополнительного канала для подачи режущего кислорода. На рис. 10.10 показан мундштук резака. Видно, что струя подогревающей смеси газов направляется по кольцевому зазору мундштука, а режущий кислород – по отверстию, расположенному в середине.
 |
Металлы поддаются резке при следующих условиях:
· Температура воспламенения в кислороде больше температуры плавления.
· Температура плавления оксидов меньше температуры плавления металлов.
· Разрезаемый сплав имеет достаточно низкую теплопроводность, что позволяет нагреть небольшой участок массивной заготовки до температуры воспламенения.
· Консистенция оксидов жидкая, в противном случае они препятствуют проникновению режущего кислорода.
· Тепла от сгорания металла достаточно для поддержания процесса.
Хорошо режутся стали с содержанием углерода С £ 0,7 %. Они легко режутся газовой резкой при толщине 5 … 300 мм и более (до 1500 мм при использовании спецрезаков).
Чугун плавится при температуре меньшей, чем температура воспламенения, поэтому режется плохо. Это же относится и к цветным металам, которые к тому же имеют высокую теплопроводность. Их режут кислородно-флюсовой и плазменной резкой.
Резка плазменной струей обеспечивает ширину реза b = 1 ... 2 мм. Плазменной струей режут керамику, высоколегированные стали, медные и алюминиевые сплавы. Для токопроводящих материалов используют плазменную дугу (d до 120 мм).
Резка бывает ручная и механическая (в т. ч. автоматическая с программным управлением).
Тема 11. Термомеханическая и механическая сварка
Сущность сварки давлением заключается в сближении чистых поверхностей на расстояние´ 10-7 мм, при котором начинают действовать межатомные силы сцепления и образуются металлические связи за счет общих электронов. Предварительно следует удалить загрязняющие пленки оксидов, адсорбированных молекул воды и масляных пленок (жировых веществ), толщина которых может быть молекул. Для высокопрочных материалов применяют подогрев.
Контактная (термомеханическая) сварка осуществляется в результате нагрева соединяемых стыков под действием электрического тока до t горячей деформации или до плавления при одновременном сдавливании, обеспечивающем пластическое деформирование. Различают точечную, стыковую и рельефную контактную сварку.
При стыковой сварке соединение свариваемых деталей происходит по поверхности стыкуемых торцов (рис. 11.1). Стык имеет самое высокое сопротивление, т. к. контакт обеспечивается не по всей поверхности, кроме того имеются пленки оксидов и др. загрязнения на торцах. Выделяющаяся теплота зависит от тока сопротивления стыка и времени пропускания тока. Закон Джоуля-Ленца для постоянного тока и сопротивления: Q = I2Rt.
По характеру процесса образования соединения стыковая сварка может быть сваркой сопротивлением или оплавлением.
При сварке сопротивлением нагрев происходит без расплавления торцов, поэтому требуется их тщательная обработка. Таким способом варят низкоуглеродистые, низколегированные стали и алюминиевые сплавы. При этом образуется сварное соединение без расплавления в твёрдом состоянии за счёт пластической деформации.
При стыковой сварке оплавлением не нужно обрабатывать торцы, оксиды и загрязнения выжимаются давлением наружу, можно варить разные материалы с различными сечениями, но при этом изменяются химсостав и структура в месте соединения.
Точечная сварка производится по ограниченным участкам касания, называемым точками (рис. 11.2) Производится при расположении соединяемых деталей внахлест. Для производства сварки детали плотно прижимаются между электродами сварочной машины, а затем разогреваются кратковременным импульсом электрического тока. Импульс должен обеспечивать нагрев до пластического состояния внешних и до плавления внутренних слоев. В результате получается литая сварная точка. Различают точечную одно - и двухстороннюю сварку. Для стали и алюминиевых сплавов толщина соединяемых деталей d = 0,5 ... 5 мм. Возможна сварка точек по программе. Производительность в массовом производстве до 1000 точек в минуту.
 |
Шовная контактная сварка производится контактами, имеющими вид роликов. Она может быть одно - и двухсторонней (рис. 11.3). Скорость перемещения роликов V до 10 м/мин, толщина свариваемых деталей d = 0,3 ... 3 мм.
Оборудование для контактной сварки (в одной машине): трансформатор, прерыватель тока, переключатель мощности, механизм давления пневматический или электромеханический. Кроме стационарного оборудования, для точечной сварки применяют различные переносные устройства типа клещей и пистолетов. Основная область их использования – сварка в труднодоступных местах в тонколистовых конструкциях.
Сварка трением осуществляется в результате давления и нагрева под действием трения, возникающего в результате вращения одной из деталей (рис. 11.4). Таким способом можно сваривать любые сплавы, т. к. в результате трения происходит интенсивная очистка поверхности от оксидных плёнок, препятствующих образованию связей. Расход электрической энергии по сравнению с контактной сваркой существенно меньше.
В промышленности применяется также ультразвуковая сварка, когда соединение образуется в результате давления и ультразвуковых колебаний с частотой j =кГц. Они образуются в результате подачи тока высокой частоты на обмотку магнитострикционного преобразователя, сердечник которого образован пластинами 0,1…0,2 мм. Материал пластин способен изменять свои размеры под действием переменного магнитного тока. Амплитуда колебаний достигает 2 мкм. Резонансный волновод специальной формы увеличивает амплитуду домкм. Колебания вызывают продольные перемещения одной из свариваемых деталей и силы трения в месте контакта. Происходит разогрев и сварка. Поверхностная пленка разрушается ультразвуком, следовательно, поверхности не нужно очищать перед сваркой. Температура в зоне контакта для Cu £ 600 °С, Al – °С. Наиболее рационально применять этот метод для малых толщин d = 0,мм. Можно сваривать разнородные материалы, детали сильно различающихся толщин, металлы с неметаллами. Это обеспечило широкое применение ультразвуковой сварки в приборостроении, радиоэлектронике.
Сварка направленным (кумулятивным) взрывом. Образование соединения происходит в результате соударения верхней (метаемой) части с нижней, при этом достигаются громадные давления 10…20 ГПа. Время образования соединения очень мало (несколько микросекунд), поэтому процессы диффузии отсутствуют. Это позволяет получать композиционные материалы, состоящие из материалов резко отличающихся по свойствам (температуре плавления, коррозионной стойкости и т. д).
Диффузионная сварка в вакууме. Производится путём нагрева до температуры значительно ниже температуры плавления (0,4…0,8 Тпл) и сдавливания 1 МПа до возникновения локальной пластической деформации в месте соединения. Время образования соединения зависит от температуры нагрева и при низких температурах может быть значительныммин). Соединение образуется без плавления в результате взаимной диффузии в приповерхностных слоях соединяемых деталей. Можно сваривать разнородные материалы. Главным достоинством является неизменность свойств соединяемых материалов и почти полное отсутствие остаточных напряжений, которые могут сильно снижать усталостную прочность конструкций. Этот способ используется при изготовлении космической техники, авиастроении и приборостроении.
Холодная сварка. Соединение образуется за счет совместной пластической деформации при сдавливании пластичных материалов. Величина пластической деформации превышает 30 %. В зависимости от формы получаемого соединения может быть точечной, шовной, контурной, стыковой. Широко используется для сплавов Al, Cd, Pb, Cu, Ni, Au, Ag, Zn. Основным недостатком является необходимость тщательной очистки соединяемых поверхностей оксидных, адсорбированных и органических плёнок. Применяется главным образом в приборостроении.
Контактная и холодная сварка дают надежные соединения, низкую окисляемость металла, уменьшение зоны влияния температуры на металл, высокую производительность, благоприятные санитарно-гигиенические условия труда.
Типы сварных соединений при основных способах сварки плавлением и давлением приведены в табл. 5.
11.1. Свариваемость металлов и сплавов
Свариваемость – это технологическое свойство материала образовывать в процессе сварки соединения, отвечающие конструкционным и эксплуатационным требованиям к ним. При наличии большого разнообразия вышерассмотренных методов сварки, очевидно, что имеется возможность получения сварных соединений большинства материалов. Однако, учитывая, что свойства материалов при сварке могут значительно изменяться, свариваемость является важной комплексной характеристикой материала, помогающей правильно выбрать материал, метод, режимы сварки.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 |
