ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ И ДАВЛЕНИЕМ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ И ДАВЛЕНИЕМ

Лекция №1



Введение.

1802 г. Петров – открытие электрической дуги.
1889 г. Бенардос Н.Н– запантетовал сварку металлов электрической дугой между угольными электродами.
1891 г. Славянов Н.Г.– патент сварки металла плавящимся электродом.
1907 г. Кольберг – обмазка электродов и покрытые электроды.
1920 г. – открылась первая сварочная лаборатория, под руководством Вологодина.
1922 г. – под руководством Патона Е.О., ИЭС, АСФ, ЭШС, диффузионная сварка.

Бенардос Н. Н. Славянов Н.Г. Кольберг Оскар Патон Е.О.





Общие сведения.

Сваркой –называется процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между сварными частями с помощью общего или местного нагрева или пластичной деформации или того и другого вместе.
Энергия возбуждения –это энергия, при которой атомы приходят в возбуждение.
Энергия активации –это энергия, при которой электронотделяется от атома (и атом становится ионом).
По ГОСТ 19521-79 все виды сварки разделяются на три класса по виду энергии активации:
1. термический класс;
2. термомеханический класс;
3. механический класс.

К термическому относятся – ЭШС, ЭДС, газовая, электронно-лучевая, лазерная, термическая.



К термомеханическому классу – все виды электроконтактной, дугопрессовой, газопрессовой и других сварок (диффузионная).



К механическому классу – холодная, трением, ультразвуком, взрывом и др..



Сущность сварки плавлением.

Состоит в том, что металл по кромкам свариваемых деталей расплавляется. Жидкий металл одной кромки соединяется с жидким металлом другой. Образуя жидкий объём общего металла, который называется сварочной ванной.
В сварочную ванну может так же входить электродный металл и присадочный металл.
Неразъёмное соединение получается в результате охлаждения и кристаллизации жидкого металла сварочной ванны, который после охлаждения называется сварочным швом.

Сущность сварки давлением.

Неразъёмные соединения образуются за счет установления физического контакта и химических связей между атомами соединяемых поверхностей.

Классификация способов сварки по следующим признакам:


Лекция №2







Сущность ручной дуговой сварки покрытыми электродами







Сущность РДС.

Под действием электрической дуги, горящей между покрытым электродом и основным металлом (рис. 2.1), кромки свариваемой детали расплавляется и образуется сварочная ванна, которая после кристаллизации образует сварочный шов. Защита жидкого металла от воздействия воздуха производится газовой защитой и шлаковой защитой.


Сварные соединения.



Стыковое сварное соединение (встык) (рис.2.2 а). Наиболее распространено, по сравнению с нахлесточными более…

Сварные швы.



Сварные швы классифицируются.


Элементы геометрической формы подготовки кромок и швов.







Обозначение сварочных швов на чертежах.

Видимый шов – это сплошная основная линия, невидимый – штриховая линия, сварная точка «-» или «+», невидимая точка никак не обозначается.
Нестандартные швы изображают с указанием конструктивных элементов. Чертежи… Обозначение способов сварки принятое в ГОСТах: ГОСТ 5264 – швы сварных соединений при РДС, ГОСТ 11534 – РДС сварные…

Сварочные материалы



Электроды.

Электродом называется металлический или неметаллический стержень, предназначенный для подвода тока к сварочной дуге.
Электроды классифицируются:
1. По физическим свойствам.
· Плавящиеся
· Неплавящиеся
· Металлические
· Неметаллические
2. По назначению.
· Для сварки
· Для наплавки
· Для резки
3. По типу покрытия.


Неметаллические электроды

К ним относятся:
· Угольные
· Графитовые
· Вольфрамовые


Угольные.

ГОСТ 10720-75. Изготавливаются из электротехнического угля. Предназначен для сварки, резки, наплавки.

Графитовые электроды.
Изготавливаются из синтетического графита диаметром от 4 до 18мм, длиной 250…750мм. Предназначены для сварки, резки, наплавки.
Графитовые электроды более электропроводны и стойки. Стойкость угольных электродов увеличивается при их омеднении.


Вольфрамовые электроды.

ЭВЧ – электрод вольфрамовый чистый, для сварки алюминия и его сплавов.
Для повышения стойкости электрода в них вводят следующие добавки:
ЭВТ 5 – оксид тория 0,5 %.


Покрытые электроды.

Раскисление – это связывание и вывод кислорода.
Легирование – это придание специальных свойств, стабилизация, горение дуги,… Компоненты покрытия.


Виды покрытия.

2. Рутиловые (Р) – это окислы титана и кремния. Сварка в любом положении, на любом токе, брызг и выделений мало, но возможны трещины (МР – 3, АНО,… 3. Основное (Б) – это мел, мрамор, плавиковый шпат. Сварка в любом положении.… 4. Целлюлозные (Ц) – целлюлоза, мука. Обеспечивают газовую защиту, тонкий шлак дают для тонких деталей.


Обозначение и маркировка покрытых электродов.

Э42А – УОНИИ 13/45 – 30 – УДГ2
Е41 2 (5) – Б10



Лекция №3



Технология и техника ручной дуговой сварки покрытыми электродами



Параметры и режимы РДС. Выбор и расчет.

Параметры РДС разделяются на основные и дополнительные.

Основные параметры:


Диаметр электрода.

Таблица 1. Выбор диаметра электрода от толщины металла.
S, мм
1,5


4-5
6-8
9-12
13-15
…
При S>5 необходима разделка кромок, поэтому dэ=3 используется при наложении первого корневого шва, остальные для…

Род тока.

Переменный ток более дешев, но сварка менее стабильна и вероятность появления дефектов больше. Поэтому род тока выбирается в зависимости от ответственности конструкции, от наличия материалов.


Полярность тока.

Выбор полярности зависит от вида покрытия и вида свариваемого металла, его толщины, так как полярность влияет на геометрию шва.
При обратной полярности выделяется большее количество теплоты на электроде, чем на изделии. Поэтому при сварке покрытыми электродами лучше применять её. Прямую полярность применяют при сварке неплавящимся электродом.


Величина сварочного тока.

Fэл – это площадь поперечного сечения электрода
Fэл=pd2/4
Iсв=g.pd2/4


Напряжение дуги.

Обычно выбирается в пределах 20 – 36 В
Uд.осн=12+0,4.Iсв/dэл
Uд.рут=12+1,7.Iсв/dэл
Напряжение не регламентируется при РДС, но с ним напрямую связана длина дуги. То есть чем больше напряжение, тем больше длина дуги.


Скорость перемещения дуги.


a=г/А.час; g=7,8 [г/см3]; Fн – [см2]


Величина поперечных колебаний электрода.

Выбирается в зависимости от необходимой ширины накладываемого валика. Если продольное перемещение электрода совершается без поперечных колебаний (ниточные швы)
е=(0,8 – 1,5)dэ – ширина шва.
При наплавке и сварке высоколегированных сталей
е3dэ
При нормально сформированном однопроходном шве.
е=(2 – 4)dэ


Влияние основных параметров на форму шва.

2. При увеличении dэ (все остальные const).
3. Род и полярность тока: прямая и переменная.
4. Скорость сварки. При незначительном увеличении скорости сварки глубина проплавления возрастает, ширина шва и высота…

Определение числа проходов шва и площади поперечного сечения.

Q – высота всего шва.
Q=q+g
Коэффициент формы провара:
yпр=e/g;
yпр=0,5¸4,0
opt yпр=(1,3¸2,0)
Коэффициент усиления (формы валика):
yв=e/q; yв=7¸10

Определение площади поперечного сечения.

F1=0,75e.q
2F2=(S-c)2.tga/2
F3=b.S


Техника РДС.

2. Заполнение разделки.
3. Сварка швов различной длинны.
· Короткий, 0 – 300 мм, весь электрод. Варится в один проход.


Заполнение разделки технологическими приёмами.

Для уменьшения скорости охлаждения и снижение вероятности появления закалочных структур используют многослойную сварку (рис 32).



Лекция № 4



Оборудование сварочного поста для ручной дуговой сварки покрытыми электродами

Стационарные посты применяют при сварке небольших изделий. Рабочие места оборудуют сва­рочными кабинами (рис. 1.1) размером 2000х2000 или 2000хЗ000… Передвижные посты применяют при сварке изделий крупных габаритов:…


Пути повышения производительности труда при РДС.

Gн = Iсв.aн/t – количество наплавленного металла в единицу времени.
Пути повышения производительности:
1. увеличение сварочного тока;
2. уменьшение времени.

Мероприятия по повышению производительности труда.

1. организационные:
· рациональное расположение инструментов на рабочем месте.
· Применение механических устройств для основных и вспомогательных работ.


Лекция № 5



Сущность автоматической сварки под слоем флюса (АСФ)

По степени механизации процесса сварка под флюсом классифицируется на полуавтоматическую, автоматическую.




Сварочные материалы.



Стальная сварочная проволока.

· низкоуглеродистых – 6 марок
· легированных – 30 марок
· высоколегированных – 39 марок


Флюсы

Флюс представляет собой сыпучее зернистое (порошкообразное) вещество, предназначенное для различных способов сварки и резки. Различные флюсы применяют:
1. для дуговой сварки металлов и ЭШС
2. для газовой сварки цветных металлов (щелочные)
3. для кислородно-флюсовой резки (металлические порошки).
4.

Флюсы для дуговой сварки и ЭШС.

1. Физическая изоляция сварочной ванны от атмосферы. Лучше изоляция у флюсов с большой объемной массой (плотностью). Обычно с мелкими гранулами… 2. Стабилизация дугового разряда (горение дуги). В состав флюса обязательно… 3. Химическое взаимодействие с жидким металлом – раскисление, рафинирование (очищение).


Общие требования к флюсам.

Флюсы для механизированной сварки должны обеспечивать:
1. Устойчивое протекание процесса сварки.
2. Отсутствие кристаллических трещин и пор.
3. Требуемые механические характеристики металла соединения и шва.
4. Хорошее формирование шва.
5. Лёгкую отделяемость шлаковой корки.
6. Минимальное выделение токсичных газов.
7. Низкую стоимость.
8. Возможность массового производства.

Применение флюсов.

Для предупреждения пор и получения заданных механических свойств для сварки низкоуглеродистых сталей металла шва раскисляют и легируют Si и Mn. Это достигается применением определенных сочетаний флюсов и сварочной проволоки.
Высококремнистый флюс (40% SiO2; <15% MnO) – Св–10Г2.
Высококремнистый марганцовистый флюс (35-40% MnO; 40-45% SiO2) – Св – 08.
АН – 248А; ОСЦ – 45; 45 – ОФ – 6.


Швы сварных соединений.

ГОСТ 8713-79 “Швы сварных соединений. Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом. Основные типы и конструкционные элементы”.
ГОСТ 11533-75 “Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом.… ГОСТ 16098-70 “Швы сварных соединений из двухслойной коррозионностойкой стали”.


Лекция № 6



Технология и техника автоматической сварки под слоем флюса



Параметры режима механизированной сварки под флюсом и их влияние на геометрию сварного соединения.

2. Напряжение на дуге. При увеличении напряжения увеличивается её длина и подвижность; e­­(сильно увеличивается), g¯¯(сильно уменьшается… 3. Скорость сварки. При увеличении уменьшается погонная энергия, ширина… 4. Диаметр электрода. При ­ диаметра увеличивается блуждание активного пятна по торцу электрода, dэ­, е­,g¯,…

Особенности техники АСФ.

По характеру выполнения односторонние и двусторонние. При сварку односторонних швов существует опасность протекания жидкого металла и шлака в зазор,… 1. Сварка на флюсовых подушках.
Флюсовые подушки – уплотненный слой легкого флюса, который тем или иным способом прижимается к нижней стороне шва. В…

Сварка двусторонних стыковых швов.

При неравномерном зазоре, сварку производят на флюсовой подушке. Прихватки ставят со стороны, которая будет свариваться во вторую очередь.…

АСФ кольцевых швов.

При сварке труб диаметром < 800мм, сварку ведут только снаружи. Используют вставки, подкладные кольца (см. рис1.8, 1.9).
При сварке труб диаметром < 500мм, для того чтобы флюс не ссыпался с…


АСФ угловых швов.

Сварку наклонным электродом применяют, когда электрод невозможно установить в другом положении.




Лекция №7



Оборудование для автоматической сварки под слоем флюса



Сварочные автоматы.

Сварочная установка – это комплекс технологически связанного между собой оборудования для выполнения механизированной дуговой сварки, в которой входит источник питания. Сварочный аппарат, механическое оборудование и приспособление, обеспечивающие точность сварки и качество шва.
Сварочный аппарат – комплекс механизмов и приборов, необходимых для автоматизации и механизации приемов и операций при выполнении сварочного соединения.

Сварочная головка – устройство, осуществляющее возбуждение дуги, подачу электродной проволоки, поддержание режима и прекращение процесса сварки.

Самоходный сварочный аппарат – сварочная головка с механизмом перемещения на тележке, кассетой для проволоки, системой механизмов корректировок, перемещающееся по специальным направляющим (обычно над изделием).

Сварочный трактор – переносной самоходный сварочный аппарат, перемещающийся вдоль кромок или непосредственно по изделию, по направляющим или без них.

В случае сварки алюминия, титановых сплавов, нержавеющих сталей применяются автоматы с неплавящимся электродом.


Классификация сварочных автоматов.

Общего назначения (универсальные) и специализированные. Основным параметром сварочных аппаратов является величина номинального сварочного тока (номинальный максимальный ток, при котором аппарат может работать долго и не перегревается).

Автоматы общего назначения классифицируются.

1) По характеру сварочных электродов: плавящиеся, неплавящиеся.
2) По способу перемещения дуги вдоль шва: подвесные, самоходные.
3) По способу защиты дуги: под флюсом, по флюсу, в защитных газах, без внешней защиты, универсальные.
4) По назначению: сварки, наплавки.
5) По способу регулировки скорости подачи проволоки и скорости сварки: с плавной регулировкой; со ступенчатой регулировкой.
Автоматы с плавной регуляцией скорости подачи проволоки могут быть:
· Со скоростью подачи проволоки не зависящей от напряжения на дуге.
· Со скоростью подачи, зависящей от напряжения на дуге.
6) По количеству электродов: одноэлектродные, многоэлектродные – автоматы с расщепленным электродом (с общим источником питания) с раздельным источником питания, трехфазный.
7) По типу плавящихся электродов: проволока, лента, стержни, пластины. И по ряду других признаков.

Самоходные сварочные автоматы.

1. Механизм подачи электродной проволоки или ленты.
2. Токоподводящие устройства (мундштуки, горелки).
3. Механизмы или системы механизмов настроечных перемещений электрода относительно шва.


Механизм подачи сварочной проволоки.

Принцип работы.
Электродвигатель с редуктором обеспечивает нужную скорость вращения роликов,…


Правильный механизм.

Предназначен для правки электродной проволоки. Проволоку пропускают через систему свободно вращающихся роликов, расположенных таким образом, чтобы обратным изгибом компенсировать её кривизну. В большинстве современных полуавтоматов правильный механизм стоит в одной плоскости.



Токоподводящие устройства.



Роликовые (рис.3.7а), наиболее распространенные. Имеется 2, 3 неподвижных бронзовых тороидальных роликов между…

Механизмы настроечных перемещений электрода.

Перемещение 1, 2 используется как в наладочном, так и в рабочем режимах, остальные – только в наладочном. В некоторых случаях часть перемещений не…

Устройство для размещения электродного материала.






Флюсовая аппаратура.

Служит для подачи в зону сварки годного флюса и уборки неиспользованного для последующего использования. К флюсовой аппаратуре относят:
1. флюсовые аппараты;
2. приспособления для подачи или уборки флюса с помощью шнека, элеватора, транспортера и др.
3. вспомогательное флюсовое оборудование: уплотнения, бункеры, газоотсасывающие устройства и др.
4.

Флюсоаппарыты.

1. Всасывающие – работают на разреженном воздухе;
2. Нагнетающие – на сжатом воздухе;
3. Смешанные – на одних участках на разреженном, на других – на сжатом воздухе.


Самоходные тележки.



Системы управления сварочными автоматами.


I – возбуждение дуги.
Существует несколько способов:


Роликовые копиры.




Указатели положения электродной проволоки.

Используются для ручной корректировки направления подачи проволоки при сварке без разделки кромок. Указатели могут быть световыми и стрелочными.
Концы указателей располагаются в одной плоскости с электродной проволокой. Сварщик, наблюдая за положением, вручную корректирует положение указателя.




Сварочные трактора.

1. При сварке он движется непосредственно по изделию или по легкому переносному рельсовому пути, который укладывается параллельно сварочному шву.
… 2. Сварочный трактор может транспортироваться рабочим-сварщиком.… Сварочный трактор представляет собой комплекс, в который входит самоходная тележка каретного типа, механизм подачи…

Классификация сварочных тракторов.

По способу защиты:
· Сварка открытой дугой
· Газовая защита
· Под флюсом
· Сварка неплавящимся электродом и тд.
По числу дуг:
· Однодуговые
· Двухдуговые
· Трехдуговые
Трактора могут иметь один, два, и более двигателей. В процессе развития сварочных тракторов сложилось два направления:
1. Сварочные трактора, которые передвигаются непосредственно по изделию. Компактность конструкции, небольшая масс, не требует специальных устройств для корректировки, поэтому габариты меньше, конструкция проще.
2. Сварочные тракторы предназначены для движения по рельсовым путям, которые укладываются рядом со швом .
Тракторы первого направления применяют в массовом производстве. Второго направления обычно для индивидуального производства.


Лекция № 8



Сущность, технология и техника сварки в защитных газах.






Сварочные материалы.

Неплавящиеся электроды (см. РДС)

Защитные газы.


Сварные соединения и швы.

Основные типы и конструктивные элементы сварных соединений, выполняемых дуговой сваркой в защитных газах регламентируются ГОСТ 14771, в которых представлены 4 типа сварных соединений:
Стыковые от 0,5 до 120 мм
Угловые 0,5¸100
Тавровые 0,5¸100
Нахлесточные 0,5¸60
Разделка кромок ГОСТ 5264.


Способы сварки.

Обозначаются:
ИН – в инертных газах неплавящимся электродом без присадки.
ИНп – в инертных газах неплавящимся электродом с присадкой.
ИП – в инертных газах с плавящимся электродам.
УП – в CO2 плавящимся электродам.


Параметры режима сварки и их влияние на форму и размеры шва.

2. Марка электрода. При сварке в СО2 – должны быть электроды с раскислителем (08ГС и др.). В инертных газах проволока того же состава, что и… 3. Сварочный ток Iсв. При увеличении Iсв увеличивается глубина проплавления,… 4. Напряжение на дуге Uд. При увеличении Uд глубина проплавления уменьшается, ширина шва увеличивается, увеличивается…

Расчет и выбор параметров режима.

Основные параметры:
Uд: 20¸32В, £32В.
Vсв: 20¸80 м/час


Аргонодуговая (АрДС) сварка неплавящимся электродом.

Параметра режима:
Iсв 10¸600 А,
Uд 10¸30 В,


Технология механизированной сварки порошковой и самозащитной проволокой

Сварку порошковой проволокой можно выполнять от­крытой дугой без дополнительной защиты, в углекислом газе и под флюсом. Сварка порошковой проволокой… При сварке такой проволокой расплавляется и трубка и компоненты сердечника. В… Сварку порошковыми проволоками всех типов обычно выполняют на постоянном токе обратной полярности с ис­пользованием…

Лекция № 9



Оборудование для сварки в защитных газах




Классификация

2 По способу защиты дуги:
· В защитных газах
· Под флюсом
· Без внешней защиты (порошковой проволокой или самозащитной проволокой)
· Универсальная
3 По способу регулирования скорости подачи проволоки:
· С плавным регулированием
· Со ступенчатым
· По типу применяемой проволоки:
· Для сварки стальной сплошной (жесткой)
· Для порошковой проволоки (мягкий)
· Для сварки алюминиевой проволоки (мягкий)
4 По конструктивному исполнению:
· Однокорпусные
· Стационарные
· С транспортируемым подающим устройством (А547У)
· Тянущего типа (для алюминиевых конструкций), шланг £ 1м, монтажные аппараты
· Тянуще-толкающего типа (шланг =5м). Недостаток: не синхронизация толкающих и тянущих роликов.
· Специальные
Главным параметром сварочного полуавтомата является сварочный ток. Существует стандартный ряд: 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630.

Основные узлы:
Подающее устройство – аналогично сварочному автомату. Характеризуется типом, диаметром, скоростью подачи проволоки. Срок службы обычно 5 лет. В отличие от сварочных автоматов среди полуавтоматов со ступенчатым регулированием распространены подающие устройства с коробкой передач: А537 и другие. Число скоростей 5¸16. существуют безредукторные механизмы подачи проволоки: планетарные, импульсные.
Кассеты и катушки (см. сварочные автоматы)
Горелки (держатели) предназначены для подачи в зону сварки проволоки под током и защитного газа. Классифицируются в основном : по характеру охлаждения токоведущих частей, по характеру расположения корпуса и рукоятки (пистолетного и молоткового типа).
Конструкция горелки оказывает существенное влияние на производительность труда сварщика, так как его утомляемость зависит от формы, массы и др.
Требования к конструкции.
1. Прохождение тока без перегрева рукоятки.
2. По возможности водяного охлаждения.
3. Полная электроизоляция.
4. Прочность.
5. Небольшая масса.
6. Предельно простая конструкция.
Главным параметром горелки является величина Iном. Горелки с водяным охлаждением (10%) рассчитаны на ток 500 и 630А (мировой стандарт ³400А). Горелки с воздушным охлаждением – молоткового типа. Угол наклона наконечника к оси рукоятки 30¸60°. Встречаются с изменяющимся углом наклона. Горелки различаются расположением и конструкцией пускового тумблера: курковые, рычажные (движковые).
В отношении конструкции существует два направления:
· TWECO, горелка на 400А, проработка всех деталей и их соединений, возможна легкая разборка и замена всех деталей. Предназначена для индивидуальных работ.
· BERNAR, предельно упрощенная конструкция при небольшой стоимости. Сделана по принципу: «дешевле сменить, чем ремонтировать». Предназначена для массового производства, тяжелых условий.
Выбор типа горелки определяется характером наиболее часто выполняемых работ.
Определяющие факторы:
1. Положение шва в пространстве.
2. положение рабочего.
3. Длина шва.
4. Расположение шва относительно ограничивающего его деталей.
5. Ремонтопригодность.
6. Серийность производства.


Газовые сопла.

Наиболее рациональной конструкцией газового сопла является цилиндрическая медная трубка, которая может крепиться различными способами. Во всех… Внутренний диаметр сопла зависит от величины сва­рочного тока и должен быть не… При сварке на токах 500 А и более, для избежания чрезмерного залипания брызгами расплавленного металла сопло должно…

Система управления.

Рис. 4.7 Блок-схема системы управления сварочным полуав­томатом: 1 – источник питания, 2 – система управления источником питания, 3 – блок питания…
В случае трехфазного двигателя система не имеет (5). В упрощенных вариантах система не имеет (5, 6, 7). Несомненным…

Газовая аппаратура, применяемая в автоматах для сварки в защитных газах

Баллоны (рис. 5) предназначены для хранения и транс­портирования защитного газа под высоким давлением. Наиболь­шее применение имеют баллоны емкостью… Все газы, кроме углекислого, находятся в баллонах в сжатом состоянии, а… Редуктор (рис. 89) предназначен для понижения давления газа, поступающего в него из баллона или


Современные сварочные полуавтоматы.

Однокорпусные полуавтоматы. Их подающий механизм и система управления размещаются в одном корпусе с источником сварочного тока. Преимуществом такого… Как правило, такие полуавтоматы выпускаются на сварочный ток 200, 250 и 315 А… Стационарные полуавтоматы. В стационарных полуавтоматах подающее устройство размещается на верхней крышке источника…

Лекция № 10







Сущность электрошлаковой сварки






Особенности процесса ЭШС.

2. Подготовка кромок достаточно проста, требует скоса, что сокращает отходы.
3. За один проход можно сварить металл любой толщины (сегодня 2 метра).
4. Мало расходуется флюс, благодаря чему больше теплоты идет на плавление металла, что сокращает расход…

Применение.

Классификация способов:
Способы ЭШС обычно классифицируются от количества и вида электродов. Бывают:
… · одноэлектродные (проволочные),


Соединения и швы.

ШЭ – электрошлаковая
ШМ – с мундштук
ШП – сварка пластинчатым электродом.


Параметры режима ЭШС и их влияние на форму шва.

Таблица 5.1 Зависимость ширины зазора от толщины.
S, [мм]
16 – 30
30 – 80
80 – 500
500 – 1000
… При уменьшении сборочного зазора объем шлаковой ванны уменьшается, уменьшается… 2. Диаметр электрода. Стандартные 2,5 – 3 мм.


Техника электрошлаковой сварки

Процесс сварки начинают с возбуждения дуги во входном кармане, куда предварительно' засыпают небольшое количество флюса. После расплавления флюса и… В верхней части стыка кромки деталей сильно нагреваются, что может привести к… Основная трудность выполнения спосо­бом электрошлаковой сварки кольцевых швов заключается в замыкании конечного и…

Лекция № 11



Оборудование электрошлаковой сварки



Общие сведения об электрошлаковых аппаратах

При сварке электрошлаковыми аппаратами, как правило, вы­полняются следующие операции:
электродная проволока или расходуемые электроды подаются в зону сварки со скоростью их плавления;
по мере заполнения зазора электродным металлом сварочный аппарат перемещается вверх вдоль шва со скоростью сварки;
принудительно формируются наружные поверхности сварных швов с помощью водоохлаждаемых ползунов — кристаллизаторов;
производится возвратно-поступательное движение электродов между торцами свариваемых кромок;
автоматически регулируется уровень сварочной ванны.
Для выполнения этих операций электрошлаковые аппараты в отличие от автоматов для дуговой сварки снабжают: устройства­ми — для удержания шлаковой и металлическое ванн и принуди­тельного формирования шва, а также для автоматического регу­лирования уровня металлической ванны; механизмами — для подачи электродных проволок, вертикального перемещения аппара­та, горизонтального возвратно-поступательного перемещения элек­тродов. По конструкции в зависимости от способа удержания и передвижения аппараты могут быть рельсового, безрельсового и подвесного типов.

Аппараты рельсового типа

Универсальный аппарат А-535 (рис. 5.8) предназна­чен для выполнения электрошлаковой сваркой прямолинейных и кольцевых швов стыковых, угловых и… Аппарат движется по направляющим рельсовой колонны /, установленной…






Аппараты безрельсового типа

Особую группу аппаратов безрельсового типа составляют магнитно-шагающие — легкие переносные аппараты, в которых электродная проволока подается по… Магнитно-шагающие аппараты удерживаются и перемещают­ся по вертикальной… Магнитно-шагающий аппарат А-501М (рис. 5.12) предназначен для выполнения вертикальной электрошлаковой сваркой…

Аппараты подвесного типа

В аппаратах для сварки пластинчатыми и стерж­невыми электродами вместо проволочных электродов размером до 12Х Х250 мм (рис. 5.13).

… Аппарат состоит из следую­щих основных узлов: механиз­ма подачи (опускания) 3,… При электрошлаковой сварке титана и его сплавов в связи с их большим электрическим сопротивлением на аппарате…

Лекция № 12







Сущность газокислородной сварки

В качестве горючих газов используют ацетилен, водород, природные газы, нефтяной газ, пары бензина, керосина и др. Наиболее высокую температуру по… Основным сырьем для получения ацетилена является карбид кальция. Карбид… Ацетилен (С2Н2) является химическим соединением уг­лерода и водорода. Его получают в специальных аппара­тах —…

Лекция № 13



Термическая резка металлов



Технология кислородной резки

Сущность кислородной резки.Кислородной резкой на­зывают способ разделения металла, основанный на использовании для его нагрева до температуры… По характеру и направленности кислородной струи раз­личают три основных вида… На рис. 6 показана схема разделительной резки. Металл 3 нагревается в начальной точке реза до температуры…





Дуговые и лучевые виды резки металлов

Интенсивный нагрев металла электрической дугой ус­пешно используется в технике не только для сварки, но и для резки металла (рис. 10). Нашли… ручная дуговая резка неплавящимся и плавящимся по­крытыми электродами,… воздушно-дуговая резка;


Оборудование и аппаратура для газовой сварки и резки

Ацетиленовые генераторы. Ацетиленовым генератором называется аппарат, служащий для получения ацетилена при разложении карбида кальция водой.




Требования безопасности труда при газовой сварке, и резке

взрывы ацетиленовых генераторов от обратных ударов пламени, если не срабатывает водяной затвор;
взрывы кислородных баллонов в момент их открывания, если на штуцере баллона… опасность пожара в помещении, воспламенения волос, одежды и ожогов сварщика при неосторожном обращении с горелкой;


Лекция № 14



Лучевые способы сварки.

Этот способ сварки основан на использовании энергии, высво­бождаемой при торможении потока ускоренных электронов в свари­ваемых материалах.… Схема установки для электронно-лучевой сварки показана на рис. ЭЛ-1.


Рис. ЭЛ-1. Схема установки для электронно-лучевой сварки


Она включает электронно-лучевую сварочную пушку с систе­мами управления и электропитания, формирующую поток электро­нов, вакуумную камеру 4 с люками загрузки и выгрузки де­талей, механизмами перемещения свариваемых деталей 5 и со смотровыми окнами 3, вакуумную систему (высоковакуумный и форвакуумный насосы), обеспечивающую при сварке в рабочем объёме камеры разрежение 1,33—13,3 мПа (10-3). Элек­троны могут быть ускорены до энергии 20—30 кэВ (низковольтные пушки), до 30-100 кэВ (пушки с промежуточным ускоряющим напряжением), до 100—200 кэВ (высоковольтные пушки). Поток элек­тронов, эмитируемых катодом, формируется предварительно электро­статическим полем в области катод — анод. Регулирование силы тока луча производится подачей напряжения на управляющий (прикатодный) электрод 2. Удельная энергия, высвобождаемая в месте бомбардировки металла потоком электронов, может изменяться с помощью системы электромагнитной фокусировки луча 7. Для совмещения пятна нагрева со сварным стыком при отклю­чении последнего от геометрической оси пушки или при сварке по сложному контуру служит система электромагнитного отклонения луча 6.
Электронно-лучевые пушки изготовляют стационарными или перемещаемыми внутри вакуумной камеры Размеры вакуумной камеры определяют габариты свариваемого изделия Установки для сварки изделий малых и средних габаритов, как правило, снабжают специальными механизмами для перемещения изделий
Электронным лучом можно сваривать вольфрам, молибден и другие тугоплавкие металлы, которые обычными методами не свари­ваются.
По технологическим условиям раз­личают следующие основные варианты электроннолучевой сварки:
- сварка с глубинным (кинжальным) проплавлением без присадочных материа­лов (при толщине металла от 3 до 100 мм);
- сварка с присадочным материалом (при толщине металла >5 мм);
- прецизионная сварка без формирова­ния парогазового канала (парового капилляра) и без разбрызги­вания (при толщине металла <3 мм).
Границы применимости
Размеры: сварка металла толщиной от нескольких микрометров до 200 мм.
Группы материалов: углеродистые, низколегированные и высоколе­гированные стали и прежде всего тугоплавкие материалы.
Данный способ сварки применим также для комбинаций материалов и для реализации керамических и металлокерамических соединений. Приведенные на рис. ЭЛ-2 комбинации материалов могут быть получены с по­мощью сварки часто только при использовании промежуточной фольги или приса­дочного материала.


Рис. ЭЛ-2. Комбинации материалов для электронно-лучевой сварки.

Существенным достоинством является возможность легкого управления элек­тронным лучом. Подключая вычислительное устройство, можно задавать наряду с параметрами процесса пространственные и временные координаты, дающие возмож­ность автоматической сварки по контуру. В некоторых случаях, целесообразно сооб­щать лучу колебательные движения с заданными формой и частотой колебаний.
Тандемная электронно-лучевая сварка. При высокой плотности энергии луча в шве могут образовываться, особенно при сравнительно большой толщине сваривае­мых деталей, дефекты в виде корневых пор, неравномерных проплавлений и несплавлений Их можно предотвратить сваркой двумя электронными лучами, расположен­ными вдоль стыка, причем второй луч большего диаметра должен иметь меньшую удельную мощность, чем первый.
Область использования.
Сварка с глубинным проплавлением; ракетостроение; авиацион­ная промышленность; транспортное машиностроение — в основном производство редукторных шестерен, шарикоподшипников, маховиков; машиностроение (преиму­щественно инструментальное производство).
Сварка с присадочным материалом; изготовление деталей с узкими допусками по раскрою, при большой толщине листа производство емкостей для химической промышленности.
Прецизионная сварка, изделия электронной техники; приборы для научного исследования; точные приборы, тонкостенные разрезные трубки.
Все области промышленного производства: сварка разнородных материалов в различных сочетаниях при известных условиях с подавлением образования хрупких интерметаллических фаз.
Параметры: ускоряющее напряжение 1,5— 10 кВ, мощность 0,5— 100 кВт; удельная мощность 105— 107 Вт/см2, диаметр луча 0,01—1,0 мм; скорость сварки 20—500 см/мин; разрежение 10-3 Па,


ПЛАЗМЕННАЯ СВАРКА (СВАРКА СЖАТОЙ ДУГОЙ (PI-))
Плазменная сварка находит все более широкое применение в различных отраслях техники.
Источником теплоты служит термическая плазма, нагретая до высокой температуры.
Плазменная сварка характеризуется весьма высокой температурой (до 30 000 °С) и широким диапазоном регулирования ее технологи­ческих свойств. По сравнению с аргонодуговой сваркой в связи с более высо­кой проплавляющей способностью плазменная сварка имеет следующие преимущества - повышенную производительность, меньшую зону тер­мического влияния, более низкие деформации при сварке, пони­женный расход защитных газов, более высокую стабильность горения дуги и меньшую чувствительность качества шва от изменения длины дуги.
Дуга, горящая между неплавящимся вольфрамовым электродом и изделием, сжимается в направлении зоны сварки с помощью концентрически расположенной сопловой системы. Это обеспечивает высокое качество соединений при высокой скорости сварки. Целенаправленное применение таких приемов, как сварка с форми­рованием канала проплавления, отклонения дуги, использования изолированного или подключенного к питающей сети присадоч­ного материала, позволяет эффективно при­менять разные технологические варианты способа при решении различных задач со­единения материалов.

Принцип сварки (рис. ПЛ-1)

Рис. ПЛ-1. Принцип сварки: 1 - плазменная горелка; 2 — вольфра­мовый электрод; 3 — изделие; 4 — плаз­менная дуга; 5 — защитный газ/фоку­сирующий газ; 6 — контур для вспомо­гательной дуги; 7 — высокочастотное зажигание; 8 — источник питания.

Существует два типа плазматронов - с дугой прямого (плазменная дуга) и с дугой косвенного действия (плазменная струя).
Сварка плазменной струёй (непереносной дугой). Дуга горит между вольфрамовым электродом и внутренней стенкой сопла (рис. ПЛ-2, б). Газ (аргон), подаваемый в сопло под давлением, проходит через дугу и частично ионизируется, обра­зуя термическую плазму' с высоким содержанием энергии. Этот процесс
можно использовать и для микросварки, так как плазменная дуга стабильна даже при токе менее 1 А. При плазменном напылении, используется тот же принцип.
Сварка плазменной дугой (переносной дугой). Дуга горит между вольфрамовым электродом и деталью (рис. ПЛ-2, а), Основной областью применения переносной дуги является плазменная резка.
Процесс возбуждения дуги непосредственно между электродом и изделием осуществить очень трудно. В связи с этим сначала возбуждается дуга между электродом и соплом (дежурная), а затем при касании ее факела изделия происходит автоматическое зажи­гание основной дуги между электродом и изделием. Дежурная дуга при устойчивом процессе горения основной дуги отключается. Де­журная дуга обычно питается от того же источника, что и основная, через токоограничивающее сопротивление. В плазмотрона с дугой прямого действия в изделие вводится дополнительное тепло за счет электронного тока и КПД их зна­чительно выше, чем у плазматронов с дугой косвенного действия.



Рис. ПЛ-2. Плазменная сварка: а — дугой; б — струёй. Где 1 - осцилля­тор; 2 - плазмообразующий газ; 3 - дополнительная газовая защита; 4 — дуга.

Комбинированная сварка плазменной струёй и плазменной дугой (рис. ПЛ-3). При этом способе две дуги имеют один общий электрод, являющийся катодом. Одна дуга горит в охлаждаемом водой сопле внутри плазмотрона, вторая переносится на поверхность детали. На этом принципе основана плазменная наплавка, причем наносимый материал в виде порошка вдува­ется в зону дуги транспортирующим газом через кольцевой канал.


Рис. ПЛ-3. Комбинированная сварка плазменной струёй и плазменной дугой: 1— осциллятор; 2 — выпрямитель; 3 — дополнительная газовая защита; 4 — плазмообразующий газ; 5 — транс­портирующий газ и порошок.

Плазменная наплавка с подогревом присадочной проволоки. В соответствии с рис. ПЛ-4 две присадочные проволоки, подключен­ные к источнику переменного тока с жесткой характеристикой, вводятся в сварочную ванну и расплавляются плазменной дугой. Благодаря нагреву проволок джоулевым теплом увеличивается производительность их плавления по сравнению с холодными проволоками, уменьшается перемешивание наплавляемого металла с основным. Посредством поперечных колебаний можно увеличить ширину наплавляемого слоя. Такую технологию можно использовать и в других процессах.

Рис. ПЛ-4. Плазменная наплавка с токоведущей присадочной проволокой: 1 — источник питания током плазменной дуги (с падающей характеристикой); 2 — плазменная горелка; 3 — плазмообразу­ющий газ; 4 — присадочная проволока; 5 — источник питания током проволок (с жесткой характеристикой); 6 - двигатель механизма подачи проволок; 7 — дополни­тельная газовая защита.

Атомно-водородная сварка (рис. ПЛ-5). При этом способе, называвшемся ранее аркатом (Arcatom), дуга возбуждается между двумя вольфрамовыми электродами. Защитным газом (если здесь можно говорить о защитном газе) служит водород, который диссоциирует в дуге (H2 → 2H). При преобразовании водорода на поверхности детали в молекулярное состояние выделяется теплота, которая может быть исполь­зована для плавления. Водород защищает как сварочную ванну от доступа воздуха, так и вольфрамовые электроды от быстрого сгорания. Большая скорость расплавления достигается за счет нагрева в узколокализованной зоне, благодаря чему уменьшается коробление. Способ характеризуется универсальностью, так как дуга горит независимо от детали, а расстояние ее от поверхности можно изменять. Источником тока служит трансформатор со специальными защитными устройствами, гарантирую­щими безопасность высокого напряжения холостого хода для сварщика. В связи с развитием аргонно-дуговой сварки способ утратил значение.

Границы применимости

Группы материалов: угле­родистые, низко- и высоколегированные стали; цветные металлы, особенно медь, ни­кель и их сплавы; титан, цирконий, серебро,… Область использования: продольная и кольцевая сварка листо­вых конструкций и… Рабочие параметры для сварки сжатой дугой:


Лекция № 15



Сущность и основы электроконтактных способов сварки.

ЭЛЕКТРОКОНТАКТНАЯ СВАРКА

Точечная сварка


Лекция № 16



Сущность и основы способов сварки, относящихся к термомеханическому классу.



Сварка вращающимся трансформатором.


Рис.7. Сварка вращаю­щимся трансформатором труб с пазом:
1 — сварочный трансфор­матор (вращающийся транс­форматор); 2 — охлаждение; 3 — изоляция; 4 — ролико­вые электроды; 5 —…

Лекция № 17



Сущность и основы способов сварки, относящихся к механическому классу.


СВАРКА ТРЕНИЕМ
При относительном вращении осесимметричных сжатых деталей тонкий слой металла на их торцах нагревается до температуры, близкой к температуре плавления (не допуская оплавления), а после прекращения вращения и при приложении высокого давления образуется соединение без введения присадочного металла. Возможны раз­личные схемы процесса, отличающиеся числом вращающихся деталей, направлением вращения и способом приложения усилия (рис. 18).

Рис. 18. Направление вращения деталей и способ приложения усилия при сварке трением.

В процессе трения контак­тирующие поверхности нагреваются. Поскольку они не совсем ровные, контакт сна­чала происходит в отдельных точках. Температура на этих участках повышается, однако быстро падает в результате интенсивного теплоотвода. Средняя температура в зоне соединения растет, окисные пленки разрушаются и образуются местные очаги схватывания. Они мгновенно разрушаются, а затем образуются новые такие же быстроразрушающиеся очаги. С увеличением количества очагов схватывания растет момент трения, необходимый для их разрушения, одновременно темпера­тура трущихся поверхностей повышается. После достижения максимума момент трения опять уменьшается, что свидетельствует о снижении среднего коэффици­ента трения вследствие сглаживания торцов и об уменьшении прочности металла с повышением температуры. Соединение образуется на последнем этапе процесса при осадке.
Различают два варианта способа: обычную сварку трением и инерционную сварку трением.
Границы применимости. Размеры: диаметр сплошных изделий 6-100 мм, диаметр труб до 400 мм. Группы материалов: см. рис. 19(1.67). Область использования: производство валов, инструментов, фланцев, винтов, колец, ступиц, осей, болтов.
Параметры: сварка обычным методом: давление при нагреве 10-200 МПа, давление при сварке 20-400 МПа, скорость вращения 300-3000 об/мин, продолжительность нагрева 1-100 с, продолжительность сварки 1—10 с. Наплавка: давление 3-8 МПа, скорость вращения 1000— 2500 об/мин.
Сварка трением маховиков: 20—300 МПа, 900—5400 об/мин, продолжительность нагрева 0,125—2 с.


При использовании наружных кольцевых индукторов не наблюдается износа в отличие от случаев применения контактных электродов. Параметры тока опреде­ляются силой тока в индукторе, числом витков и частотой. При сварке присадочные материалы не используют, при наплавке применяют стеллит, сормайт. Режим термообработки выбирают в соответствии с требованиями, предъявляемыми к свариваемым материалам (аналогично стыковой сварке оплавлением).
Техника сварки. При сварке трением материалов с большой разницей в пластических свойствах следует уменьшить пластическую деформацию более мягкого материала за счет обжимной обоймы. Тонкостенные трубы и детали специальной формы обрабатываются с исполь­зованием специального зажимного устройства.
Обычная сварка трением. Одна деталь зажата неподвижно, а вторая вращается со скоростью 1800—5400 об/мин. При трении детали сжаты давлением 20—100 МПа. При достижении температуры сварки (примерно через 1—100 с) вращающаяся деталь останавли­вается в течение 0,1—0,5 с и происходит сварка под давлением осадки 40—280 МПа. Остановка осуществляется выключением электромотора и его торможением противотоком либо с помощью дискового или колодочного тормоза после выключения муфты.
Инерционная сварка трением. Вращающаяся деталь связана с маховиком, который приводится во вращение электродвигателем со скоростью 900—5400 об/мин. Когда накопленная энергия достигает заданной величины, маховик отличается от привода. Неподвижно зажатую и вращающуюся деталь сжимают давлением 40-280 МПа. Вследствие сопротивления трения относительная скорость вращения деталей быстро падает, и через 0,1—2 с вращающаяся деталь останавливается.

УЛЬТРАЗВУКОВАЯ СВАРКА
Ультразвуковая сварка по своей физической сущности занимает промежуточное положение между сваркой трением и холодной сваркой. В качестве инстру­мента служит неподвижная опора, жестко связанная с корпусом сварочной машины (рис. 20).
Верхний инструмент или наконечник, называемый зонотродом, совер­шает колебания с частотой 15—60 кГц, параллельными плоскости соединения. Амплитуда колебаний 3—50 мкм, мощность, затрачиваемая на сварку составляет 0,1—8 кВт, а время сварки 0,1—1 с. Скорость трения примерно l м/с при ускорёниях до 105 м/с2. Усилие сжатия составляет 10 мН при коммутации полупроводниковых элементов и 103—104 Н при сварке относительно толстых листов.


Рис. 20. Принцип ультразвуковой сварки металлов:
1 — магнитострикционный преобразо­ватель; 2 — наконечник; 3 — опора

Процесс сварки аналогичен сварке трением, но температура в зоне соедине­ния ниже. В процессе сварки поверхности свариваемых деталей пластически де­формируются. Поверхностные пленки разрушаются и образуются локальные физи­ческие контакты между свариваемыми металлами. Следствием является образование и многократно повторяющееся разрушение очагов схватывания. Сварное соеди­нение образуется в момент прекращения ввода ультразвуковых колебаний. Как и при сварке трением, при ультразвуковой сварке происходит относительное пере­мещение свариваемых деталей. Наблюдаются процессы рекристаллизации. Влияние поверхностных пленок на прочность соединений, выполненных ультразвуковой сваркой, невелико. Масло, пыль и краску следует удалять, так как они существенно снижают прочность.
На рис. 21. приведены сочетания материалов, успешно соединяемых ультразвуковой сваркой. Хорошо свариваются алюминий и его сплавы между собой, с медью, титаном, сталью и серебром. Возможно соеди­нение алюминия со стеклом. Свариваемость ухудшается с увеличением твердо­сти металла и зависит от его кристаллической структуры. Последнее связано со способностью металла проводить ультразвуковые колебания. Эта способность, а следовательно, и свариваемость для металлов с кубической гранецентрированной, объемно-центрированной и гексагональной решетками ухудшается в. пропорции 24:8:6. Качество сварного соединения определяется параметрами режима, размерами свариваемых деталей, местом введения колебаний, формой наконечника и опоры. Сварку разнородных ме­таллов целесообразно вести через промежуточные прокладки. При­менение прокладок рекомендуют, например, при сварке нелегирован­ной стали с высоколегированной, с цирконием. Можно соединять термопласты между собой и с пористыми или волокнистыми материалами, на­пример с картоном и тканями.
Ультразвуковую сварку применяют для соединения относительно тонких фольг, листов, проволок и других деталей. Хотя бы одна из свариваемых деталей должна быть относительно тонкой для подведения энергии непосред­ственно к месту сварки. Форма деталей должна обеспечивать возможность приложе­ния усилия перпендикулярно к свариваемым поверхностям. Особые преимущества этот способ сварки имеет при соединении разнородных и термочувствительных материалов.

Рис. 21. Возможные сочетания ма­териалов при ультразвуковой сварке.

Важной областью применения ультразвуковой сварки является про­изводство полупроводниковых элементов. Этим способом можно, например, при­варивать проволоки диаметром 10 мкм к кремниевым кристаллам или к золотым покрытиям, нанесенным конденсацией из паровой фазы. Другой важной областью применения этого способа является сварка пластмасс.

ХОЛОДНАЯ СВАРКА
Однородные и разнородные металлы можно сваривать при комнатной температуре. Для этого их тщательно очищенные поверхности должны деформироваться под давлением так, чтобы разрушались находящиеся на них посторонние пленки. Обнажа­ющиеся при этом участки чистого металла, не соприкасавшиеся с атмосферой, сбли­жаются до тех пор, пока не начнется атомное взаимодействие с образованием ме­таллических связей. Перед сваркой поверхности обезжиривают, а находящиеся на них пленки (например, оксидные) удаляют. Образующиеся в течение короткого времени после обработки новые окисные пленки разрушаются при деформации, дробятся и распределяются по увеличивающимся контактным поверхностям. Влияние слоя поверхностных окислов на процесс образования соединения уменьшается. Первые фундаментальные исследования холодной сварки проводились еще в на­чале XVIII столетия. Поскольку сварка осуществляется при комнатной температуре, хрупкие про­межуточные слои при соединении разнородных металлов не могут образовываться. Такие слои образуются при повышенных температурах, например при сварке плав­лением меди и алюминия. Инструменты, применяемые для сварки, должны соответствовать технологическому варианту способа и изготовляться с учетом размеров свариваемых деталей. Поэтому применение холодной сварки в индивидуальном и мелкосерийном производстве экономически нецелесообразно.

Рис. 21. Разновидности холодной сварки: а — сварка внахлестку; б — сварка встык; 1 — разъемные зажимные губки; О — направление осадки.

Сварка внахлестку. При сварке внахлестку (рис. 21, а) листовые детали, собранные с перекрытием, деформируют пуансонами. При этом образуются точеч­ные или линейные соединения. Этим способом можно осуществлять и плакирование холодной прокаткой.
Сварка встык. После соответствующей очистки детали зажимают в специаль­ном приспособлении (рис. 21, б), сближают их торцы и деформируют осадкой с образованием утолщения в стыке. При этом образуется сварное соединение, прочность которого в результате холодного упрочнения превышает исходную прочность свариваемого металла. Холодной сваркой можно соединять и ме­таллы с разной пластичностью. Для этого или уменьшают сечение детали из более твердого металла, облегчая ее пластическую деформацию, например обта­чивая со стороны свариваемого торца, или устанавливают вылеты деталей соответ­ственно твердостям свариваемых металлов. Особенно хорошо очищаются торцы при многократной осадке. Экономичность процесса повышается автоматизацией операций.
Холодная сварка в процессе волочения. Деформированием в процессе волочения можно изготавливать композиционные трубчатые и стержневые детали. Данные о прочности на срез плакирующих слоев, нанесенных холодной сваркой волочением, для комбинации меди с алюминием приведены на рис. 22.
Холодная сварка в процессе экструзии. Различают три технологических варианта холодной сварки экструзией (рис. 23): сварка деталей полого сечения с прямой экструзией (а), сварка деталей сплошного сечения с прямой экструзией (б) и сварка гильзовых соединений с обратной экструзией (в).

Рис. 22. Холодная сварка в процессе волочения (а): 1 — волочильные клещи; 2 - конец трубы; 3 — головка волочильного стан­ка; 4 — матрица; 5 — хвостовик оправ­ки; 6 — оправка ( труба с тру­бой, труба со стержнем, труба с трубой и труба со стержнем).

Преимущество этого способа сварки заключается в том, что в месте сварки сечение не ослабляется и не увеличивается. Операции сварки и формообразования изготовляемых деталей совмещены и осуществляются в течение одного рабочего хода. Прочность соединения не ограничивается прочностью на растяжение более мягкого металла, так как металл наклепывается не только вблизи места сварки, но и во всем объеме детали. Достигается большая размерная точность, что позволяет исключить операции последующей обработки. При сварке металлов с различной пластичностью значительно изменяется форма заготовки из более твердого металла, так как деформация, в отличие от свободной деформации при сварке встык, стеснена. Первые исследования холодной сварки экструзией проводились на соединениях меди и алюминия. Позже они были распространены на соединения стали с медью, никеля со сталью и др. При сварке разнородных металлов до­стигается более высокие прочности соединений, так как более твердый металл деформируется первым.


Рис. 23. Разновидности холодной экструзионной сварки.

До настоящего вре­мени холодную сварку применяли преимущественно в электротехниче­ской промышленности, например, при изготовлении биметаллических контактов, алюминиевых оболочек кабелей, сверхпроводников и для соединения мед­ных и алюминиевых проводов, в том числе и очень тонких. Для сварки проволок разработаны ручные сварочные клещи. С их помощью в настоящее время свари­вают встык медную проволоку диаметром 0,2 мм. Применяют холодную сварку и для соединения медных контактных проводов электрифицированных железных дорог.

ДИФФУЗИОННАЯ СВАРКА
Диффузионная сварка в отличие от холодной ведется при меньших давлениях и деформациях с нагревом до температуры выше температуры рекристаллизации. В связи с тем, что деформации, развивающиеся в процессе сварки, относительно невелики, очистки свариваемых поверхностей за счет выдавливания поверхностных пленок не происходит. Поэтому к качеству подготовки поверхности к сварке предъявляются высокие требования. Они долж­ны быть металлически чистыми с шерохо­ватостью не болеет 1 мкм.
Предпочтительна обработка полированием или притиркой. Сдавливая детали перед сваркой, сглажи­вают микровыступы, благодаря чему точечное контактирование переходит в плоское. Этот процесс существенно ускоряется при температуре сварки, которая обычно несколько выше 0,7Ts (в 0К), где Ts- температура плавления или температура солидуса более легкоплавкого металла в соединении. Для предотвращения окисления свариваемых поверхностей при этих температурах сварку ведут в вакууме, защитных газах (рис. 24), а в последнее время и в соляных ваннах. Время сварки относительно велико и составляет от нескольких минут до нескольких часов. В течение этого времени протекают процессы диффузии и рекристаллизации, ведущие к образованию сварного соеди­нения в твердом состоянии. Качество такого соединения однородных материалов может быть настолько высоким, что на микрошлифе нельзя обнаружить зоны раздела. Сварку некоторых металлов целесообразно вести через промежуточные слои из таких же или других материалов. Слои наносят из паровой фазы, гальваностегией или используют для этой цели фольгу. При введении мягкой фольги из того же материала, что и свариваемый, возможна сварка деталей с относительно шероховатыми поверхностями.


Рис. 24. Схема диффузионной сварочной установки: 1 — гидравлический насос; 2 — нажимной шток; 3 — охлаждающие трубки; 4 — ва­куумная камера; 5 — вакуумметр; 6 — ва­куумный насос; 7 — прибор для регистра­ции температуры; 8 — свариваемый обра­зец; 9 — манометр; 10 — индуктор

Промежуточные слои, применяемые при сварке разнородных материалов и отличающиеся от них, предотвращают образование хрупких интерметаллических фаз и в ряде случаев снижают требуемую температуру сварки. Кроме того, при их применении уменьшаются остаточные напряжения, развивающиеся при охлаждении вследствие различных коэффициентов термического расширения свариваемых ма­териалов. Материалы можно сваривать во многих сочетаниях (рис. 25).
До недавнего времени этот способ сварки применяли в особых случаях, когда использование других способов было ограничено или невозможно. Несмотря на высокое качество сварных соединений, внедрение ограничивалось не­обходимостью трудоемкой обработки свариваемых поверхностей и большим временем сварки (включая длительность вакуумирования). Последний недостаток устраняется при сварке в автоматических машинах с несколькими камерами. Производительность таких машин достигает 1000 сварок в смену.
Диффузионную сварку применяют главным образом в космической и ядерной технике. Кроме того, без последующей обработки сваривают, например, режущие части инструментов со стальными хвостовиками, бронзовые буксы с чугунными колесами, молибденовые нагревательные проводники или детали сложной формы,
Диффузионная пайка. При сварке разнородных металлов в месте соединения может образовываться жидкая фаза. Это имеет место, например в том случае, когда диаграмма состояния свариваемых материалов характеризуется наличием эвтектики, а выбранная температура сварки выше температуры плавления эвтектики. Такой процесс, соответствующий в остальном протеканию диффузионной сварки, называют диффузионной пайкой (например, при соединении меди с серебром).


Рис. 25. Сочетания материалов в соединениях, выполняемых диффузионной сваркой.

Диффузионную сварку через жидкую фазу называют также сваркой растворе­нием. Ее можно использовать и для нанесения износостойких ма­териалов. На этом же эффекте основан способ соединения TLP—Bonding. Это сокращенное название (англ.) расшифровывается следующим образом:
соединение с образованием нестабильной жидкой фазы (Transient Liquid Phase). Метод был разработан для соединения сплавов на никелевой основе. Применяют соответствующие промежуточные прокладки, например фольгу толщиной 75 мкм из сплава, содержащего 15 % Сг, 15 % Со, 5 % Мо, 2,5 % В, остальное Ni с тем­пературой плавления 1120°С (сварку ведут в вакууме или аргоне при давлении 0,07 МПа). Повышенное содержание бора обеспечивает низкую температуру плавления, и фольга в процессе сварки плавится. Поскольку время сварки велико, происходит полное выравнивание концентраций. Механические свойства соединения такие же, как и у основного металла. Применяется для приварки турбинных лопаток.

СВАРКА ВЗРЫВОМ
Сварка взрывом, в частности, листов внахлестку осуществляется под действием ударных волн, образующихся при детонации взрывчатого вещества. Соединяемые детали располагают под углом 1—15° друг к другу, который выбирают в зависимости от свариваемого материала и выбранной технологии, а с наружной стороны укладывают взрывчатое вещество. В результате взрыва соединяемые поверхности сближаются с большой скоростью. Соединение образуется последовательно с местной пластической деформацией в точках соединения. Взрывчатое вещество, как правило, в виде фольги, укладывают непосредственно или через защитный буферный слой на одну или обе свариваемые пластины. Давление, необходимое для образования соединения, может действовать одновременно по всей поверхности или распростра­няться в виде линейных сжимающих волн. Некоторые варианты относительного рас­положения деталей при плакировании взрывом показаны на рис. 26.

Рис. 26. Расположение деталей при плакировании взрывом;1 — плакирующая пластина со взрывчатым веществом; 2 — плакируемая пластина (под­ложка); 3 — основание; 4 — буферный слой; 5 — взрывчатое вещество.

Детонация распространяется со сверхзвуковой скоростью (3500—7200 м/с). Она является ударным гидродинамическим процессом, связанным с химическим превра­щением. Образующиеся продукты превращения, расширяясь, распространяются в зону детонации, сообщая находящейся под ними пластине импульс, ускоряющий ее по направлению к нижней пластине. В данном случае точка встречи пластин перемещается со скоростью слева направо. Скорость перемещения точки встречи, или скорость плакирования, зависит от количества и вида взрывчатого вещества и установочного угла a. Достигают скорости плакирования 500—6500 м/с.
При определенных условиях в зоне встречи может образоваться струя горячего материала (рис. 27). Считают, что под действием струи поверхности сваривае­мых металлов оплавляются, а расплавленные зоны механически перемешиваются. В результате образуется плоская или волнистая граничная поверхность.
По аналогии с поведением жидких слоев волнообразный граничный слой можно рассматривать как вихревую дорожку. При встрече двух жидких потоков образуются регулярные вихревые конфигурации из периодически следующих встречно или одинаково закрученных вихрей. Они стабильны, если соответствуют вихревой дорожке Кармана (Karman) при соотношении высоты волны к ее длине a = 0,283. Такое соотношение обнаружено и у волнистых граничных поверхностей при сварке взрывом. При этом высота и длина волны увеличиваются с увеличением длины соединения, образующегося в направлении перемещения точки встречи.

Рис. 27. Плакирование взрывом: 1— приваренная часть плакирующей пластины; 2 —метаемая часть плакирующей пластины; 3 — неподвижная часть плакирующей пластины; 4 — фронт детонации взрывчатого вещества; 5 — взрывчатое вещество; 6 — плакирующая пластина; 7 — плакируемая пластина; 8 — движущийся ударный фронт воздуха; 9 — кумулятивная струя; 10 — точка встречи (напряжение 103-104 МПа); 11 — турбулентное или ламинарное течение граничных слоев металла под высоким давлением; 12— волнистая зона соединения.

Критическая скорость плакирования. За исключением установочного угла a и угла встречи g строение граничной поверхности зависит в первую оче­редь от скорости плакирования. Можно определить критическую скоростьVК1, при которой по всей длине сваренных образцов образуется ровная граничная по­верхность, среднюю критическую скорость Vк2, при которой эта граница имеет волнистую форму, и критическую скорость Vк3, выше которой происходит неупоря­доченное вихреобразование. Соединения, сваренные взрывом, имеют, как правило, наибольшую прочность при критической скорости плакирования, соответствующей переходу от плоской к волнистой граничной поверхности.
Сварку взрывом применяют в основном для плакирования. В хи­мическом аппаратостроении широко используют стальные листы, плакированные титаном. Этим же способом сталь можно плакировать танталом и молибденом. Другие возможные сочетания материалов: алюминий/сталь, медь/алюминий, ни­кель/титан, алюминий/цирконий, алюминий/инконель.

Лекция 18



Технико-экономические показатели различных способов сварки.





Gн = Iсв.aн/t – количество наплавленного металла в единицу времени.