Холодная сварка. Сущность и применение стыковой, точечной, шовной и контурной сварки.
Ультразвуковая сварка, сущность и применение.
Сварка взрывом, сущность и применение.
Сварка трением, сущность и применение.
Тема 3.4.2 Виды механической сварки
Вопросы:
1. При сварке трением используется превращение механической энергии в тепловую. При вращении металлических заготовок 1 одна относительно другой одна установлена в неподвижном зажиме 2,а вторая в подвижном зажиме 3 (рис. 98), их торцы разогреваются вследствие трения поверхностей соприкосновения. Разогрев производят до пластического состояния, а затем прикладывают осевое усилие Р. Образование сварного соединения происходит в результате возникновения металлических связей между контактирующими поверхностями. Окисные пленки, имеющиеся на металлических поверхностях в точке соединения, разрушаются трением и удаляются в результате пластической деформации в радиальных направлениях.
Основными параметрами процесса сварки трением являются: скорость относительного перемещения сваривае-мых поверхностей; величина удельного давления, прилагаемого к свариваемым поверхностям; величина пластической деформации, т. е. осадки. Необходимый для сварки нагрев при прочих равных условиях обусловлен скоростью вращения и величиной осевого усилия.
При сварке трением по сравнению с контактной Рис.98
стыковой сваркой снижаются затраты энергии и требуемые мощности. Так, при сварке стали трением требуется энергии в 5…10 раз меньше, чем при контактной сварке. Параметры режима сварки трением (угловая скорость, величина усилия сжатия и осадки, продолжительность нагрева) зависят от свойств свариваемого металла, площади сечения и конфигурации изделия.
Сваркой трением можно соединять однородные и разнородные металлы, причем соединение получается с достаточно высокими механическими свойствами.
В промышленности сварка трением применяется при изготовлении составного режущего инструмента, различных валов, штоков с поршнями, пуансонов и др.
Для сварки трением применяют специальное оборудование, рассчитанное на работу при достаточно больших скоростях вращения и больших осевых усилиях, обладающее достаточной прочностью для восприятия и погашения значительных радиальных вибраций, возникающих в процессе сварки, и удовлетворяющее ряд других требований.
2.Большинство технологических процессов сварки взрывом основано на использовании направленного (комулятивного) взрыва. При этом привариваемая или ударяющая деталь с большой скоростью бросается к ударяемой детали. Скорость движения ударяющей детали к моменту соударения достигает нескольких сотен метров в секунду, приближаясь к скорости пули огнестрельного оружия.
В зоне соударения металл соединяемых деталей течет подобно жидкости и сливается в одно целое, образуя монолитное соединение. Ударяющая деталь бросается зарядом взрывчатого вещества, масса которого составляет 10…20% от массы детали.
Ударяемая неподвижная деталь может иметь любую массу; при недостаточности массы ее укладывают на массивное основание, увеличение массы ударяемой детали улучшает использование энергии взрыва. Одно из наиболее известных применений сварки взрывом – изготовление биметаллических заготовок (рис. 99).
Основную ударяемую плиту 1 для увеличения массы укладывают на опорный фундамент 3 ударяющий лист металла 2 располагают под углом 2…16° к поверхности плиты 1.
Рис. 99 Принципиальная схема сварки взрывом биметаллической заготовки
По верхней поверхности листа 2 равномерным слоем распределяют взрывчатку, в качестве которой в разных случаях используют аммонал, тол, гексоген и т. п. На конце листа 2 располагают детонатор 4. Взрыв распространяется в направлении стрелки и происходит как бы выстрел в плиту 1. Сначала ударяется и приваривается к плите 1 нижний край листа 2, затем зона соударения и сварки перемещается вправо и лист 2 всей поверхностью приваривается к плите 1. Граница между соединенными деталями на микрошлифах имеет характерный вид волнистой линии.
Таким способом могут быть соединены разнородные металлы, например, к плите углеродистой стали может быть присоединен лист нержавеющей стали никеля, титана, меди, алюминия и т. д.
Применение сварки взрывом требует, конечно, строгого соблюдения правил техники безопасности и хранения взрывчатки. Сварка взрывом достаточно удобна для изготовления отдельных изделий сравнительно простой формы; регулирование процесса сварки возможно лишь приблизительно, так как результат зависит от плотности взрывчатки, равномерности ее размещения и прочих параметров, поддающихся лишь приблизительному регулированию.
Для серийного и массового производства небольших деталей иногда более удобным может оказаться способ магнитно-импульсной сварки, во многом подобной сварке взрывом. Например, для магнитно-импульсной сварки стыка труб на стык вместо кольцевой полосы взрывчатки надевают соленоид из нескольких витков, и через него подается мощный импульс электрического тока от батареи электрических конденсаторов; возникновения кратковременного магнитного потока высокой плотности производит действие, аналогичное взрыву, трубы прочно свариваются, причем они могут быть из разнородных металлов, например алюминия и меди. Магнитно-импульсная сварка допускает точное регулирование и удобна для массового изготовления однотипных изделий небольших размеров.
3. Для получения неразъемного соединения при сварке ультразвуком детали в точке требуемого соединения предварительно сжимают, а затем к зоне контакта С помощью специального инструмента подводят ультразвуковые колебания частотой 15…70 кГц.
В результате в тонких слоях контактирующих поверхностей создаются сдвиговые деформации, разрушающие поверхностные пленки. Тонкие поверхностные слои металла нагреваются, металл в этих слоях размягчается и под действием сжимающего усилия пластически деформируется. При сближении поверхностей на расстояние действия межатомных сил между ними возникает прочная связь.
Сравнительно небольшое тепловое воздействие на свариваемые материалы обеспечивают минимальные изменения их структуры, механических и других свойств.