УП ФОИЭС (841336), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Нагревзоны 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 собранныхполупроводниковых приборов).Энергия для механических сварочных процессов может вводиться сдавливанием, трением, ультразвуковым воздействием, взрывной волной, причем давление вданном случае прикладывается к месту образования соединения во всех случаях безисключения.
В связи с этим при классификации в название процессов введена приставка «прессовые».К наиболее распространенным механическим сварочным процессам относятсяспособы холодной сварки, сварка ультразвуком, сварка трением и сварка взрывом.4.2.1. Прессово-механический контакт и холодная сваркаМетод сварки с использованием прессово-механического контакта основан наиспользовании пластической деформации металлов в месте их соединения (контак-126та) при сдавливании или сдвиге. Поскольку для пластичных металлов в ряде случаевсварочный процесс ведут без подогрева, эта его разновидность получила названиехолодной сварки.Деформация металла при холодной сварке зависит от его свойств и должнабыть не ниже определенного уровня, причем существенную роль играет и сама схематечения металла при деформировании. В процессе течения металла при холоднойсварке происходит образование ювенильных (свободных от оксидных и газовых пленок) участков на соединяемых поверхностях, и эти участки служат начальными очагами образования соединения на линии будущего сварного шва.Процесс холодной сварки протекает в условиях нормальной или даже отрицательной температуры почти мгновенно - только в результате схватывания и диффузионные процессы в данном случае практически не успевают развиться.
В связи сэтим холодную сварку целесообразно применять для соединения таких разнородныхматериалов, которые могут давать при плавлении и диффузионном взаимодействиихрупкие интерметаллиды (например, для соединения меди с алюминием).Обязательное довольно значительное деформирование при холодной сваркеограничивает 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 холоднойсварки в термо-прессовую, 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 paботах А. А. Кочергина, наиболее важен тотфактор, что энергия пластической деформации выделяется непосредственно в микрообъемах, участвующих в схватывании. Поэтому температура в элементарных кристаллитах при схватывании может повышаться вплоть до температуры плавленияметалла.Из опыта холодной сварки установлено положительное влияние твердых поверхностных пленок на свариваемость пластичных металлов.
Всякое разрушениеэтих пленок, скольжение по металлу в процессе сварки может способствовать повышению температуры в зоне сварки и тем самым улучшать условия схватывания иобразования сварного соединения. Поверхностные загрязнения, газовые и сплошныеоксидные пленки ухудшают условия образования физического контакта соединяемыхповерхностей при холодной сварке и поэтому перед началом процесса эти поверхностные слои надо, по возможности, удалять. Оставшиеся на поверхности оксидныепленки и особенно газовые молекулы обычно удаляются с поверхности металла ичастично «замешиваются» в объеме материала шва в ходе его пластического деформирования.Сцепление адсорбированных газовых молекул с металлом достаточно велико,и только в глубоком вакууме при давлении; ниже 10 −4 Па поверхность металла можетоставаться ювенильной достаточно долго.
В этом случае процесс вакуумного схватывания может идти достаточно эффективно с наименьшей затратой энергии (и даже127с выделением энергии в месте соединения в результате химических реакций).Вакуумное схватывание возможно в основном для металлов при давлении ниже10 Па при условии тщательной подгонки и соприкосновения деталей по значительной поверхности, что пока затрудняет его промышленное применение.Ультразвуковая сварка может считаться дальнейшим логическим развитием холодной сварки. При ультразвуковой сварке наряду с давлением к месту сварки прикладывается высокочастотное (f = 20…75 кГц) поле механических напряжений.
В начальной стадии процесса свариваемые детали перемещаются одна относительно другой сультразвуковой (20…75 кГц) частотой и амплитудой 10…25 мкм. При этом происходитэффективная очистка соединяемых поверхностей от загрязнений и газовых пленок,повышается температура и создаются лучшие условия образования соединения, чемпри холодной сварке без ультразвукового поля механических напряжений.−8В зависимости от вида соединения и свойств свариваемого материала приультразвуковой сварке в материале могут создаваться сдвиговые (в металлах) илинормальные (в пластмассах) колебания, причем для сварки пластмасс основнымфактором служит нагрев вещества при возбуждении в нем механических ультразвуковых колебаний.4.2.2. Трущийся контакт и сварка трениемПри сварке трением процесс организуют так, что механическая энергия вращающихся (или поступательно перемещающихся друг относительно друга) контактирующих тел переходит в тепловую.
Выделение теплоты при этом происходит непосредственно на свариваемых поверхностях, и после разогрева поверхностей до требуемых температур осуществляется остановка деталей и их сдавливание (осадка), входе которого образуется сварное соединение.В начальный момент при сварке трением коэффициент трения максимален. Соответственно затраты мощности и тепловыделение в месте трущегося контакта возрастают. На этом участке движения коэффициент трения падает и выделение теплоты уменьшается, затем при нагреве до 700…800 К испаряются и выгорают жировыепленки, а коэффициент трения растет.
Одновременно начинает проявляться местноесхватывание соединяемых поверхностей, что вызывает интенсивное тепловыделение. С повышением температуры число участков схватывания растет, а их прочностьснижается. Понижается также и тепловыделение вследствие уменьшения коэффициента трения в результате появления на трущихся поверхностях жидкого металла, играющего роль смазки. На этом участке движения устанавливается квазиравновесноесостояние, затем следуют резкое торможение и осадка.В отличие от контактной стыковой сварки, сварка трением требует меньших затрат энергии (поскольку нет потерь на выделение теплоты в объеме свариваемыхдеталей и в токоподводящих элементах) и в ряде случаев обеспечивает более благоприятное распределение температур в зоне сварки.
Это особенно важно при сварке разнородных материалов (например, при изготовлении биметаллического инструмента из углеродистых и быстрорежущих сталей).В последние годы находит все большее применение способ сварки трением сперемешиванием, позволяющий получать различные соединения листовых заготовок. Сварочный процесс (рис.4.3) при этом способе сварки происходит следующим128образом. Специальный инструмент, вращающийся со скоростью (200…3000 об/мин),состоящий из утолщенной части (заплечика) и выступающей части (штыря), в местестыка вводится в соприкосновение с поверхностью зафиксированных на массивнойподкладке соединяемых заготовок так, чтобы штырь внедрился в заготовки, а заплечик коснулся их поверхности. В результате трения штыря и заплечика о заготовкувыделяется тепло, которое доводит металл вокруг инструмента до пластического состояния. Затем инструменту сообщают поступательное движение со скоростью сварки 4,5…6,0 м/мин при давлении его на заготовку 0,2…0,5 МПа, и материал заготовок,перемещаясь из зоны нагрева в зону охлаждения, огибает штырь и образует соединение.
По характеру протекания процесса образования соединения этот способ имеетмного общего с термопрессовой сваркой.Рис. 4.3. Схема сварки трением с перемешиванием4.3.3. Ударный контакт и сварка взрывомСварка взрывом характеризуется использованием энергии взрыва и образующихся затем мощных газовых потоков для перемещения свариваемых деталей исоздания в них пластических деформаций, приводящих к образованию соединения втвердой фазе (рис. 4.4).
Основной энергоноситель — взрывчатое вещество (ВВ) 3наносится толщиной δо инициируется детонатором 4. Метаемая пластина 2 толщинойδ1 под воздействием продуктов взрыва приобретает определенную скорость полета vo.Точка контакта свариваемых под углом γ пластин передвигается по поверхности неподвижной пластины 1 толщиной δ2 со скоростью vк , равной или меньше скорости детонации ВВ D. Предполагается что все точки метаемой пластины движутся одновременно нормально к ее поверхности; решающую роль играет давление и установочныйугол α. Продукты горения ВВ оказывают давление на поверхность свариваемой деталии с большой скоростью «мечут» ее в сторону другой детали.
При соударении поверхностей детали очищаются от оксидов, загрязнений и адсорбированных газов, а возникающие при этом деформации обеспечивают образование сварного соединения.129Рис. 4.4. Схема сварки взрывом: h0 –начальный (установочный) зазор междупластинами; β - угол поворота верхней(метаемой) пластиныДля сварки взрывом ВВ должны иметь скорость горения (детонации) не менее 1500…2000 м/с(так называемые бризантные ВВ).Так как ВВ обычно равномернораспределяется по поверхностисвариваемой детали, то скоростьсварки практически соответствуетскорости детонационной волны.Скорость соударения свариваемыхэлементовзависитотхарактеристик ВВ, конструкции и материала соединения.Эта скорость может быть рассчитана по формулам гидрогазодинамики и составляет для стальных пластин около 1500 м/с.
Давление, возникающее при этоммежду элементами, достигает 103…105 МПа.Благодаря высоким скоростям сварки даже при значительном повышении температуры контактирующих слоев металла, вызванном соударением и деформациейпластин, процессы диффузии не успевают пройти. Поэтому сварка взрывом перспективна для получения соединений разнородных материалов (сталь— медь, сталь —алюминий, алюминий — титан и т. д.) и применяется как заготовительная операция впрокатном производстве при получении биметалла.Энергетически сварка взрывом весьма выгодна, однако она применима лишьдля ограниченного класса конструкций и типов соединений и, кроме того, ее осуществление требует специальных мероприятий по технике безопасности и организациирабочего места.Контрольные вопросы.1.
Назовите основные способы термопрессовой сварки и их особенности.2. Каковы физические особенности холодной сварки?3. В чем состоят физические особенности высокочастотной сварки?4. Каковы физические особенности ультразвуковой сварки?5. Каковы физические особенности сварки трением?6. Назовите физические особенности сварки взрывом.130СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1. Гордеев В.Ф., Пустогаров А.В. Термоэмиссионные дуговые катоды.- М.: Энергоатомиздат, 1988.-192 с.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
