8.Сварка04 (Лекции)

СВАРКА

1.Физическая сущность и классификация способов сварки

Сварка это процесс получения неразъемного соединения путем расплавления и совместной кристаллизации материала двух соединяемых деталей или без расплавления в результате электронного взаимодействия в месте контакта свариваемых деталей.

Сваркой изготовляют в приборостроении каркасы и стойки элементов вычислительной и электронной техники, соединение выводов микросборок и микросхем с печатными проводниками печатных плат и др.

Сварку осуществляют двумя способами: плавлением без внешнего механического воздействия и с приложением давления к соединяемым элементам. В первом случае материал соединяемых элементов в месте соединения расплавляют, во втором случае процесс выполняют без нагрева или с местным нагревом.

При сварке плавлением расплавленный металл соединяемых элементов образует общую сварочную ванну, затвердевающую при кристаллизации в результате охлаждения металла нагретого до 2000^оС и выше. Различают электрическую, химическую и литейную и сварку плавлением.

Сварку с приложением давления в зависимости от источника теплоты делят на контактную, индукционную, трением (разновидность - ультразвуковая).

1. Выбор способа сварки

При выборе способа сварки необходимо учитывать чувствительность соединяемых материалов к тепловому воздействию, точность взаимного расположения соединяемых элементов и, кроме того, герметичность, коррозионную стойкость, прочность, воздействие вибрационных нагрузок и низких температур.

Основные требования, учитывающие при выборе способа сварки:

1. с целью обеспечения точного взаимного расположения соединяемых деталей зона нагрева их должна быть минимальной;

2. способ сварки должен обеспечивать точную дозировку и концентрацию тепловой энергии;

3. защита свариваемых деталей от воздействия с воздухом химически активных металлов (титана, молибдена и др.), легких сплавов на основе алюминия и магния, сплавов на основе меди и никеля для исключения охрупчивания сварного соединения.

3.1 Сварка плавлением

Здесь рассмотрим дуговую сварку без защитных и с защитными газовыми средами наиболее часто применяемыми в производстве несущих конструкций приборных изделий (каркасы блоков, стоек, шкафов и др.).

Дуговая сварка. Источником тепла в этом случае служит электрическая дуга - стационарный разряд в газах, характеризуемая высокой температурой электродов (2400-2600 ^оС) и большим током в зоне разряда. При дуговой сварке возникает разряд между свариваемым металлом и специальным стержнем (электродом) (рис.1,а) или между двумя электродами (рис.1,б). В первом случае сварку осуществляют дугой прямого, а во втором косвенного действия.

а) б)

Рис.1. Схема дуговой сварки плавлением: а - дуга прямого действия, б - дуга

косвенного действия

При сварке дугой прямого действия формирование шва осуществляют за счет присадочного металла (плавящегося электрода) и без него; при сварке дугой косвенного действия шов формируют за счет плавления металла соединяемых деталей. При сварке электродом прямого действия применяют сварочные проволоки, ленты и др., содержащие на поверхности минеральное покрытие, служащие для защиты и легирования металла шва; при сварке электродом косвенного действия для защиты металла шва используют инертные газы (аргон, гелий).

В зависимости от рода тока, воздействия дуги на металлы, электрода, степени механизации эту сварку разделяют на: ручную, полуавтоматическую, автоматическую, аргонно-дуговую плавящимся и неплавящимся электродом, сварку в среде СО₂, водородно-дуговую неплавящимся вольфрамовым электродом.

Другие способы сварки (плазменной, лазерной, электроннолучевой) изложены в разделе электрофизической обработки.

3.2 Сварка с приложением давления

К этому виду сварки относят контактную, конденсаторную, холодную, диффузионную и сварку ультразвуком (рис.2).

Рис.2. Способы сварки с приложением давления: а - контактная стыковая (сопротивленем), б - двусторонняя точечная, в - односторонняя точечная, г - односторонняя шовная, д -конденсаторная стыковая плавлением,

е - холодная сварка

При контактной сварке (рис.2а), нагрев соединяемых деталей осуществляют электрическим током, проходящим через них и выделяющим в месте контакта большое количество тепла (Q=I²RT). По типу сварного шва различают контактную сварку стыковую - сопротивлением и оплавлением, точечную, рельефную, Т-образную и шовную. В производстве приборов наиболее часто детали соединяют в одной или нескольких точках одновременно (рис.2,б,в). Точечная сварка может быть одно- и двусторонней; её применяют для листовых деталей одинаковой толщины из однородных или разнородных материалов: углеродистых, конструкционных и легированных сталей, некоторых титановых сплавов, алюминиевых и медных сплавов. Толщина свариваемых деталей от 0,001 до 5 мм.. Шовной или роликовой сваркой (рис.2,г) называют разновидность точечной сварки, при которой прочноплотный шов создают из ряда последовательно расположенных и частично перекрывающих друг друга сварочных точек. Эта сварка может быть также одно- и двусторонней, свариваемые толщины 0,001-3 мм.

Конденсаторная сварка (рис.2,д) - это разновидность контактной сварки, при которой энергия накапливается в конденсаторах при зарядке, а в процессе разряда конденсатора преобразуется в теплоту , используемую для сварки. Процесс часто используют в производстве приборов для соединения металлов и сплавов в различных сочетаниях, медь-ковар, медь-вольфрам, медь-железо, медь-алюминий и др.

Холодная сварка осуществляется без нагрева при нормальных или отрицательных температурах. Соединение получают в результате совместного пластического деформирования (рис.2,е), при котором образуется металлическая связь между свариваемыми деталями. Свариваемые поверхности тщательно очищают от адсорбированных и жировых пленок. Свариваемые толщины 0,2-15 мм, ширина сварного шва (1-3)S, S- толщина соединяемых листов; соединяемые материалы: алюминий, дюралюминий, сплавы меди, никеля, цинка и серебра - пластичные материалы.

Диффузионная сварка в вакууме: соединение образуется в результате диффузии атомов поверхностных слоев, соединяемых деталей в вакууме под небольшим давлением; температура близка к температуре рекристаллизации; перед сваркой поверхности очищают от окислов и загрязнений. В этом случае соединяют однородные и разнородные материалы; этим способом получают биметаллические, триметаллические и тетраметаллические детали. Возможна также сварка металлов с керамикой.

Сварка ультразвуком - этот способ будет представлен в разделе электрофизические методы обработки.

1. Технологичность сварных соединений

1. Выбор металла. Металл свариваемых деталей должен удовлетворять не только эксплуатационным требованиям, но и обладать хорошей свариваемостью. При сварке из-за теплового воздействия в зоне соединения механические и эксплуатационные свойства металла могут значительно отличаться от аналогичных свойств основного металла. Поэтому необходимо выбирать материалы с хорошей свриваемостью.

2. Выбор сварного соединения. Тип сварного соединения определяет взаимное расположение соединяемых деталей и форму подготовки кромок под сварку. Тип соединения выбирают с учетом равнопрочности соединения с основным металлом и других требований (технологичности для других процессов). Различают следующие типы соединений (рис.3): стыковые, тавровые, нахлесточные, угловые.

а)

Рис.3. Типы сварных соединений: а - стыковые, б - тавровые, в -нахлёсточные, г - угловые

Стыковые соединения распространены для плоских и пространственных заготовок, сварной шов при нагрузках равномерно работает. Тавровые соединения применяют для изготовления пространственных (не плоских) изделий, соединения обеспечивают высокую прочность при полном проваре по толщине с одно- или двусторонней разделкой кромок. Нахлесточные соединения применяют для простой подготовки деталей под сборку; они менее прочны, чем стыковые соединения, здесь получают перерасход металла. Это основной тип соединения тонколистовых металлов при точечной и шовной сварке. Угловые соединения используют в качестве соединяющих, они не предназначены для передачи рабочих усилий.

3. Форма свариваемых элементов у заготовок из проката (листа, труб, профиля), отливок, штамповок должна быть наиболее простой: прямолинейная, цилиндрическая, коническая и полусферическая с длинными прямыми и замкнутыми кольцевыми стыками и тавровыми соединениями. Предпочтителен сортамент проката.

4. Вид сварки - см. выбор способа сварки выше.

5. Выбор способа уменьшения сварочных деформаций. Эти деформации возникают из-за неравномерной температуры в зоне сварочного шва, при которой в локальных зонах возникают пластические деформации. Все мероприятия в этом случае направлены на уменьшение этих деформаций, устранение несимметричности сварных швов, повышение сопротивления свариваемых элементов деформированию и выбор конструкции, в которой эти деформации не оказывают какого-либо влияния на эксплуатацию изделия.

Вопросы для самоконтроля

Вопросы для самоконтроля по обработке резанием

1. Виды поверхностей, обрабатываемых резанием на токарных станках и основные движения, позволяющие изготовить их.

2. Общая характеристика возможностей достижения качества и возможности управления качеством деталей при обработке ре­занием. Зависит ли качество обработки детали от режимов ре­зания.

3. Обработка на токарных станках: приспособления для закреп­ления заготовок, обрабатываемые поверхности и их относи­тельная длина, типы станков , качество обработки.

4.Особенности обработки на сверлильных станках: виды обра­ботки, станки(типы станков), способы обработки, погрешности, качество.

5.Особенности обработки на агрегатно-сверлильных станках, осо­бенности их конструкции и изготовления.

6. Обработка на фрезерных станках: виды и качество обработки, получаемые поверхности, способы обработки, приспособления.

7. Шлифование : особенности, обрабатываемые поверхности, виды обработки, качество, инструмент.

8.Тонкое точение, растачивание и шлифование: назначение, показате­ли качества, инструмент.

9.Технологические требования к материалу детали для обработки резанием.

10.Технологические требования к конструкции детали при резании.

11.Особенности обработки на координатно-расточных станках и точ­ность.

12.Доводка:особенности процесса, качество.

13.Протяжка и прошивка: назначение и особенности операций.

14.Особенности обработки и качество резьбы, получаемых резанием.

15.Накатка резьбы: особенности, требования к материалам, качество.

Вопросы для самоконтроля по ЭФМО

1. Электроэрозионная обработка: особенности, обрабатываемые материалы , разновидности, качество обработки, выполняемые операции.

2. Электрохимическая обработка: особенности, обрабатываемые материалы, виды, качество обработки, выполняемые операции.

3. Ультразвуковая обработка: сущность, обрабатываемые материа­лы, разновидности, качество обработки, выполняемые операции.

4. Электронно-лучевая обработка: сущность, особенности, обра­батываемые материалы, разновидности, качество обработки, выполняемые операции.

5. Светолучевая обработка (лазерная): сущность, особенность, обрабатываемые материалы, разновидности, качество обработ­ки, выполняемые операции.

6. Сварка: сущность, особенность, требования к материалу и конструкции, способы сварки.

7. Склеивание: назначение в РЭА, особенности, технологические требования к конструкции соединения, направление нагрузки; порядок выполнения соединения.

8.Спаи металла со стеклом (ситаллом) и керамикой: назначение, особенности, требования к конструкции соединения; порядок выпол­нения соединения.

9.Электроэрозионная прецизионная обработка: особенности, назначе­ние, обрабатываемые материалы, инструмент, качество обработки.

10.Электрохимическая размерная обработка: сущность, особенности

процесса и обработанных деталей, качество обработки.

11.Ультразвуковая обработка: особенности, обрабатываемые материа­лы, виды обработки, качество.

12.Электронно-лучевая обработка: сущность и особенности процес­са, обрабатываемые материалы, виды, качество.

13.Сварка:особенности, назначение, требования к материалу и конс­трукции.

14.Электрохимическая обработка: особенности, обрабатываемые мате­риалы, виды, качество обработки.

15.Спаи металла со стеклом (ситаллом) и керамикой: назначение, осо­бенности, требования к конструкции соединения, порядок выпол­нения соединения.