Третьяков_Курс лекций по дисциплине Технология конструкционных материалов (514588), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Характерная особенностьэтого процесса – пластическое деформирование, в ходе которогоформируется сварное соединение. Контактная сварка (стыковая,точечная, шовная) отличается высокой производительностью и экономичностью. Этот вид сварки применяют для соединения заготовок из углеродистых, низколегированных и коррозионно-стойкихсталей, а также из алюминия, титана и их сплавов. При стыковойсварке можно соединить стальные стержни, рельсы, трубы и другиепрофили сечением до 10 000 мм2, а заготовки из цветных сплавов –сечением до 4 000 мм2. Точечной сваркой соединяют заготовки(листы, швеллеры, уголки и т.
п.) одинаковой или разной толщиныот сотых долей миллиметра до 30 мм. Шовной сваркой соединяютвнахлест листовые заготовки непрерывным швом при изготовлениигерметичных емкостей, кузовов автомобилей и т. п.Сварка трением происходит в твердом состоянии при воздействии теплоты, возникающей при трении соединяемых поверхностей.Трение в зоне сварки осуществляется вращением или возвратнопоступательным перемещением сжатых заготовок.
При этом видесварки по сравнению с контактной стыковой снижаются затратыэнергии в 5–10 раз. Сваркой трением соединяют однородные и разнородные металлы и сплавы с различными свойствами, напримермедь со сталью, алюминий с титаном и др. В промышленности сварку трением применяют при изготовлении режущего инструмента,различных валов, штоков с поршнями, пуансонов и т. п.Холодную сварку выполняют без нагрева при обычных, даже пониженных температурах. Этим видом сварки выполняют точечные,шовные и стыковые соединения заготовок толщиной 0,2…15 мм.Необходимое давление в зоне сварки зависит от химического состава, толщины соединяемых элементов и в среднем составляет150…1000 МПа.
Холодной сваркой формируют соединения из однородных и разнородных металлов и сплавов, обладающих высокойпластичностью. Этот вид сварки используют для соединения заготовок из алюминия, меди, никеля, свинца, серебра, цинка и золота.При производстве заготовок ограниченно применяют газовую,плазменную, лазерную, диффузионную, ультразвуковую и ряд237других видов сварки. В изделиях сложной геометрической формы,при изготовлении которых применение сварки затруднительно,целесообразно выполнять соединение пайкой.Пайка является технологическим процессом получения неразъемного соединения заготовок без их расплавления путем смачивания поверхностей жидким припоем с последующей его кристаллизацией. Образование соединения без расплавления основного металла обеспечивает возможность распая соединения.При пайке заготовки соединяются в результате смачивания, растекания жидкого припоя по нагретым поверхностям и затверденияего после охлаждения.
Свойства паяных соединений (прочность, герметичность, надежность и др.) зависят от характеристик материалазаготовок, припоя, способа нагрева, зазоров, типа соединения. Паятьможно углеродистые и легированные стали всех марок, тугоплавкиеметаллы, твердые сплавы, цветные металлы и их сплавы, чугуны, атакже разнородные металлы, стекло, керамику, графит и др.Припои представляют собой сплавы цветных металлов идолжны хорошо растворять основной металл, обладать смачивающей способностью, требуемой температурой плавления и минимальным интервалом кристаллизации. Все припои по температуреплавления подразделяют на особо легкоплавкие (Тпл ≤ 145 ºС), легкоплавкие (Тпл = 145…450 ºС), среднеплавкие (Тпл = 450…1100 ºС)и тугоплавкие (Тпл > 1050 ºС).Способы пайки классифицируют в зависимости от используемых источников нагрева. Наиболее распространена в промышленности пайка в печах, индукционная, погружением, газопламеннаяи паяльниками.
Выбор способа пайки выполняют исходя из требований, предъявляемых к паяемому изделию, с учетом состава исвойств заготовок и припоя, типа производства и наличия на предприятии соответствующего оборудования.Основными типами паяных соединений являются: внахлестку,встык, вскос, в тавр, в угол и соприкасающиеся. Зазор между соединяемыми поверхностями должен быть таким, чтобы улучшитьзаполнение его припоем под действием капиллярных сил и увеличить прочность соединения. Так, для серебряных припоев устанавливают зазор до 0,05 мм, а для меди – до 0,012 мм.23.2.
Образование межатомных связей при сваркеДля того чтобы сварное соединение обладало теми же свойствами, что и свариваемые материалы, необходимо сформировать в зонесоединения (между поверхностями) такие же химические связи, как238и в соединяемых элементах. Задача соединения реальных поверхностей металлов в одно целое значительно осложняется наличием наконтактных поверхностях микровыступов, оксидов, адсорбированных газов, влаги, органических (жировых) загрязнений.Образование металлических связей возможно при условии удаления с контактных поверхностей загрязнений и их сближения нарасстояние, равное параметру кристаллической решетки 0,0002……0,0003 мкм). При всех способах сварки поверхности заготовокпредварительно подвергают обработке.
Наименьшую высоту микровыступов на поверхностях обеспечивают полированием, но ипосле такой обработки высота микронеровностей в сотни разбольше параметра кристаллической решетки. Кроме того, послеобработки в атмосфере воздуха вновь образуются оксидные пленки. Формирование соединения (сближение свариваемых поверхностей, удаление оксидов и образование металлических связей) может происходить в процессе пластической деформации свариваемых поверхностей или при их оплавлении с последующим самопроизвольным образованием общей сварочной ванны.В расплавленном металле сохраняются связи между атомами(ионами). Сохраняются они и на образовавшихся при плавлениикромок межфазных границах твердого и жидкого металла.
Поэтому для формирования непрерывной межатомной связи достаточнообразование общей сварочной ванны.Формирование металлических связей между соединяемымиповерхностями не определяет конечные свойства сварных соединений. На качество сварных конструкций влияют сопутствующиепроцессы, которые приводят к изменению в зоне сварного соединения микроструктуры, химического и фазового состава, возникновению напряжения и развитию деформаций.Наибольшие отклонения свойств сварного соединения отсвойств основного металла наблюдаются при сварке плавлением,так как металл в сварочной ванне нагревается выше температурыплавления. Кроме того, происходит неравномерный нагрев соединяемых заготовок.
При сварке в твердом состоянии также могутпроисходить изменения фазового состава и микроструктуры свариваемых заготовок. В этом случае металл нагревается выше температуры рекристаллизации и фазовых превращений, но эти изменения не столь существенны, как при сварке плавлением.23.3. Напряжения и деформации при сваркеВ процессе изготовления сварных конструкций в них возникают напряжения и деформации.
Сварочные напряжения, превы239шающие предел текучести металла, вызывают пластическую деформацию конструкции, что приводит к изменению размеров иформы изделия. Если сварочные напряжения превышают пределпрочности, то происходит образование трещин в шве или в зонетермического влияния (з.т.в.)Сварочные напряжения и деформации возникают в результатенеравномерного нагревания заготовок при сварке, усадке и структурных превращениях в металле в процессе охлаждения.Рассмотрим несколько примеров.При местном нагреве стальной пластины, свободно лежащейна сварочном столе, ее длина увеличивается на ∆L (рис. 23.1, а).Это увеличение зависит от коэффициента линейного расширенияматериала заготовок, длины нагретой зоны, а также от температуры нагрева.
После охлаждения пластина приобретает свои первоначальные размеры и в ней не будет ни внутренних напряжений,ни остаточных деформаций.Рис. 23.1. Местный нагрев незакрепленной (а)и закрепленной обоими концами (б) пластин:1 – кривая распределения температур; 2 – пластины; 3 – жесткое крепление240При местном нагреве этой же пластины, жестко закрепленной собоих концов (рис. 23.1, б), она не сможет свободно удлиняться, поэтому в ней возникнут сжимающие внутренние напряжения. Притемпературе нагрева выше 600 ºС сжимающие напряжения превысятпредел текучести металла нагретого участка. Поэтому в этой зонебудет протекать пластическая деформация сжатия, и на длине L′ произойдет увеличение толщины.
При охлаждении пластина должнаукоротиться, но этому будет препятствовать жесткое закрепление, врезультате чего в ней возникнут растягивающие напряжения.Аналогичным образом возникают внутренние напряжения идеформации при наплавке валика на кромку полосы (рис. 23.2, а).Наплавленный валик и нагретая часть полосы будут расширяться ирастягивать холодную часть заготовки, вызывая в ней деформациирастяжения с изгибом. Валик и нагретая часть образца сожмутся,поскольку тепловому расширению будут препятствовать холодныечасти полосы.
Эпюра распределения напряжений в образце имеетвид, представленный на рис. 23.2, б. В результате такого распределения напряжений полоса изогнется выпуклостью вверх.Рис. 23.2. Возникновение напряжений и деформацийпри наплавке валика на кромку полосы металла:σт – напряжение предела текучести241В процессе остывания наплавленный валик и нагретая часть полосы, претерпев пластические деформации сжатия, будут укорачиваться.Под действием усадочных сил полоса прогнется выпуклостью вниз(рис. 23.2, в). Этому процессу будут препятствовать слои холодногометалла, поэтому в нагретой части полосы возникнут растягивающиенапряжения, а в холодной – сжимающие (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
