Неровный В.М. Теория сварочных процессов (841334), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Поскольку диффузионный сварочный процесс можно обеспечить, используя различные источники нагрева, целесообразно не выделять диффузионную сварку как отдельный метод, а считать ее способом и классифицировать по видам нагрева и защитной среды согласно схеме, приведенной на рис. 4.2. Контактная сварка. Этот процесс применяют только для сварки металлов, когда основной энергией для сварки служит джоулева теплота, выделяемая электрическим током в зоне контакта соединяемых деталей, электрическое сопротивление которой выше электрического сопротивления основного металла. Некоторое количество теплоты при контактной сварке может выделяться и в объеме Рис.
4.2. Классификация способов диффузионной сварки свариваемых деталей вследствие работы электрического тока, которую он совершает прн прохождении через внутренний объем деталей, имеющих некоторое электрическое сопротивление. Для процессов «токовой пайки» и поверхностной сварки по методу Игнатьева выделение джоулевой теплоты в объеме деталей является доминирующим фактором, а выделение теплоты в контакте электрод — деталь незначительно. Давление при контактной сварке служит как для формирования устойчивого электрического контакта с определенными характеристиками, так и для последующего деформирования (проковки) зоны сварного соединения с целью улучшения структуры сварного шва и уменьшения сварочных деформаций и напряжений.
Количество энергии, затрачиваемое на создание давления при контактной сварке, обычно невелико н составляет всего несколько процентов от общей вводимой энергии. Общее количество теплоты Д, выделяемое в электрическом контакте, в соответствии с законом джоуля — Ленца определяется как где 1 — ток, проходящий через контакт; 11 — контактное сопротив- ление; т — время прохождения тока через контакт. Для реальных металлов среднее значение Я обычно малб (10...200 мкОм), время ~ также нельзя выбирать большим ввиду возможности газонасышения металла при сварке (обычно ~ < 1 с).
В результате для выделения достаточного количества энергии при контактной сварке необходимо применение значительных токов 1, что в основном и определяет специфику оборудования для контактной сварки, которая состоит в том, что контактная сварочная машина при питании непосредственно от сети должна кратковременно потреблять значительную мощность (20...500 кВ А).
Это крайне невыгодно с энергетической точки зрения, и для процессов контактной сварки в ряде случаев стараются применять системы электропитания с накоплением энергии (в конденсаторах, аккумуляторах, врашаюшихся маховиках). Такое сварочное оборудование более равномерно загружает питающую сеть, имеет меньшую среднюю установочную мошность„но обычно дороже и сложнее в эксплуатации.
При контактной сварке принципиально возможно вести процесс в двух вариантах: с нагревом металла до высокопластичного состояния без плавления; с плавлением металла в зоне сварки и образованием литой структуры (литого ядра). Оба этн процесса находят промышленное применение, однако второй вариант энергетически выгоднее, так как сопротивление переходного контакта в этом случае обычно больше и требуются меньшие сварочные токи. Кроме того, образование литого ядра — известная гарантия получения качественного сварного соединения, так как ядро значительно проще проконтролировать, чем зону деформации при сварке без плавления.
Сварка токами высокой частоты. Это способ сварки давлением, называемый высокочастотной сваркой, характеризуется тем, что кромки деталей нагреваются током высокой частоты (2,5...450 кГц) до температуры оплавления. В основе эффекта нагрева при высокочастотной сварке металлов лежит закон электромагнитной индукции. В массе материала, имеющего электронную проводимость (металл, графит), в переменном магнитном поле наводится ЭДС, изменяющаяся с той же частотой, что и внешнее магнитное поле, В результате появляются индукционные токи (вихревые токи, или токи Фуко), которые и вызывают нагрев материала.
Идея высокочастотного нагрева металла в технологических целях, в частности при сварке, по существу сводится к концентрации магнитного поля в малом объеме материала и как следствие — к по- 174 вышенню плотности индуцируемых токов в месте желаемого нагрева. При высокочастотной сварке нагрев свариваемых поверхностей обеспечивается за счет использования основных эффектов, связанных с прохождением тока высокой частоты по металлическим проводникам — поверхностного эффекта и эффекта близости. Кроме того, прн использовании тока высокой частоты возможна бесконтактная передача энергии в зону сварки даже прн сваривании сравнительно тонкостенных деталей в результате наведения в свариваемых кромках вихревых токов при помощи индукторов. Достоинства высокочастотного нагрева легли в основу нескольких разновидностей процессов сварки и пайки, применяемых в промышленности.
При высокочастотной сварке металлов процесс можно вести как плавлением соединяемых кромок с образованием сварочной ванны, так и давлением, в результате применения которого возникают пластические деформации. Относительная сложность и энергоемкость оборудования для высокочастотной сварки делают ее наиболее приемлемой в условиях непрерывного производства (сварка продольных швов труб, замкнутых профилей и изделий аналогичной формы, биметаллических лент), где необходимо обеспечить большую скорость сварки (10... 120 м!мин).
Сварочное оборудование обычно представляет собой лимитируюшее звено в общей достаточно сложной и дорогостояшей цепи технологического оборудования. Нагрев токами высокой частоты применяют и для сварки пластмасс. Частота используемого в этом случае тока значительно выше — до 40 МГц, причем сваривать можно лишь пластмассы с относительно большим тангенсом угла диэлектрических потерь (губ) — полиметилметакрилат, поливинилхлорид и т, д. 4.1.2. Кузнечная сварка Кузнечная сварка возникла в ходе освоения человеком формообразования нагретого металла при кузнечной обработке.
Для осуШествления кузнечной сварки металл сначала нагревают (чаше всего в печи) до «сварочного жара». Применительно к стали это составляет !500...1б00 К. Затем соединяемые детали подвергают совместной проковке, во время которой вследствие пластической деформации образуется сварное соединение. Основным достоинством кузнечной сварки следует считать получение сварного соединения со значительной степенью деформации металла шва, что 175 повышает его механические характеристики и приближает их к свойствам основного металла.
Развитие технологии и оборудования кузнечно-прессового производства привело к возникновению нескольких разновидностей кузнечной сварки, которые нашли применение в промышленности: 1) собственно кузнечная сварка, когда для осуществления процесса используют кузнечные молоты н гидравлические прессы; 2) сварка прокаткой в результате совместной деформации деталей (чаще всего листов) при их прокатке. Этот процесс применяется при изготовлении различных биметаллических заготовок, листовых теплообменников и т. д.; 3) сварка волочением, когда детали подвергают деформированию при их протягивании через специальную фильеру (волоку).
Такая технология используется при изготовлении различных биметаллических проволок, трубок, лент. С энергетической точки зрения кузнечные сварочные процессы достаточно выгодны — не требуют источников с высокой концентрацией энергии, но для их осуществления, как правило, необходимо сложное и металлоемкое кузнечно-прессовое оборудование. 4.2.
Механические сварочные процессы Механические сварочные процессы обычно протекают без введения тепловой энергии извне, хотя при механическом воздействии в ряде случаев возможно частичное преобразование механической энергии в зоне соединения в тепловую. Нагрев зоны сварки в данном случае снижает предел текучести свариваемых материалов, улучшает условия их деформирования, но иногда может оказать вредное воздействие на соединяемые детали (например, в случае герметизации сваркой собранных полупроводниковых приборов). Энергия для механических сварочных процессов может быть введена сдавливанием, трением, ультразвуковым воздействием, взрывной волной, причем давление прикладывается к месту образования соединения во всех случаях без исключения. К наиболее распространенным механическим сварочным процессам относятся способы холодной сварки, сварка ультразвуком, сварка трением и сварка взрывом. 4.2,1.
Прессово-механический контакт и холодная сварка Метод сварки с использованием прессово-механического контакта основан на использовании пластической деформации металдов в месте их соединения (контакта) при сдавливании или сдвиге. Поскольку для пластичных металлов в ряде случаев сварочный процесс ведут без подогрева, эта его разновидность получила название холодной сварки. Деформация металла при холодной сварке зависит от его 'свойств и должна быть не ниже определенного уровня, причем существенную роль играет и сама схема течения металла при деформировании.
В процессе течения металла при холодной сварке происходит образование ювенильных участков (свободных от оксидных и газовых пленок) на соединяемых поверхностях, и эти участки служат начальными очагами образования соединения на линии будущего сварного шва. Образование сварного соединения при холодной сварке происходит в условиях нормальной температуры или даже ниже О 'С почти мгновенно — только в результате схватывания, и диффузионные процессы в данном случае практически не успевают развиться. В связи с этим холодную сварку целесообразно применять для соединения таких разнородных материалов, при плавлении и диффузионном взаимодействии которых могут образоваться хрупкие интерметаллиды (например, для соединениямеди с алюминием).
Обязательное довольно значительное деформирование при холодной сварке ограничивает область ее применения как по матеРиалам (преимущественно медь, алюминий и другие пластичные материалы), так и по площади соединяемых поверхностей ввиду необходимости приложения значительных усилий для деталей с большой свариваемой поверхностью. Применение дополнительного нагрева, т. е. фактический перевод холодной сварки в термопрессовую, снижает предел текучести материала, уменьшает необходимое для сварки усилие и улучшает условия пластической деформации металла, что расширяет технологические возможности процесса. Для объяснения процесса холодной сварки существует ряд Различных гипотез, однако, как справедливо указывается в работах А А Кочергина, наиболее важен тот фактор, что энергия пластической деформации выделяется непосредственно в микрообъемах, участвующих в схватывании.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
