ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНОМ ГАЗЕ – дуговая сварка, при которой дуга и расплавляемый металл, а в некоторых случаях и остывающий шов, находятся в защитном газе, подаваемом в зону сварки с помощью специальных устройств. В качестве защитных газов используют инертные газы (аргон, гелий) и активные газы (углекислый газ, азот, водород …), иногда применяют смесь двух и более газов (Ar + O2; Ar + H2; Ar + N2; Ar + CO2). Чаще всего применяют: аргон, углекислый газ; смесь аргона или углекислого газа с кислородом. Дуговая сварка в защитном газе может выполняться в любом пространственном положении, как плавящимся, так и неплавящимся электродом.
Дуговую сварку в защитных газах применяют в робототехнических комплексах для сварки изделий в мелко- и среднесерийном производствах.
Электрошлаковая сварка (ЭШС) - сварка плавлением, при которой для нагрева используется тепло, выделяющееся при прохождении электрического тока через расплавленный шлак. При ЭШС основным источником тепла служит расплавленный шлак, разогретый сварочным током, проходящим от электрода к заготовкам. Дуга при сварке отсутствует. В отличие от дуговой сварки для расплавления основного и присадочного металлов используют теплоту, выделяющуюся при прохождении сварочного тока через расплавленный электропроводный шлак (флюс). Затем электрод погружают в шлаковую ванну, горение дуги прекращается и ток начинает проходить через расплавленный шлак. Сварку выполняют снизу вверх чаще всего при вертикальном положении свариваемых деталей с зазором между ними. Для формирования шва по обе стороны зазора устанавливают медные ползуны-кристаллизаторы, охлаждаемые водой. По мере формирования шва ползуны перемещаются в направлении сварки.
По виду электрода различают электрошлаковую сварку проволочным, пластинчатым электродом и плавящимся мундштуком; по наличию колебаний электрода — без колебаний и с колебаниями электрода; по числу электродов — одно-, двух- и многоэлектродную.
Обычно электрошлаковую сварку применяют для соединения деталей толщиной от 15 мм до 600 мм
Электрошлаковый процесс используют также для переплава стали из отходов и получения отливок.
По сравнению с ДСФ, ЭШС позволяет: Повысить производительность сварки за счет: непрерывности процесса сварки; выполнения сварного шва за один проход при большой толщине заготовок; увеличения сварочного тока в 1,5…2 раза. Улучшить макроструктуру сварного шва за счет отсутствия многослойности и большей однородности однослойного шва. Снизить затраты на сварку вследствие: повышения производительности; упрощения процесса подготовки кромок заготовок; уменьшения сечения сварного шва; уменьшения расхода сварочной проволоки, флюса и электроэнергии.
К недостаткам ЭШС можно отнести: Большие вертикальные габариты установок. Крупнозернистую структуру сварного шва и околошовной зоны, получаемые вследствие замедленного нагрева и охлаждения сварного шва. После сварки необходимо провести отжиг и нормализацию готовой детали для измельчения зерна металла сварного соединения.
Лазерная сварка – сварка плавлением, при которой для нагрева используется энергия излучения лазера. Лазерный луч представляет собой вынужденное монохроматическое излучение. Длина волны излучения, в зависимости от природы рабочего тела лазера, лежит в пределах от 0,1 до 10 мкм. Атомы вещества имеют определенный запас энергии и находятся в устойчивом энергетическом состоянии. Если атому дать дополнительную энергию («накачка» или «возбуждение» атома), он выйдет из равновесного состояния. Излучение возникает в результате вынужденных скачкообразных переходов атомов рабочего тела лазера на более низкие орбиты. При этом возбужденный атом стремится вернуться в устойчивое энергетическое состояние и отдает квант энергии в виде фотона.
При плотностях тока ≈ 10^4Вт/мм^2в пятне нагрева начинается локальное испарение металла. В расплавленном металле 2 образуется полость 3. Давление паров испаряющегося металла заготовок 1 не дает полости захлопнуться под действием гидростатических сил расплава. При соответствующей скорости перемещения (Vсв) лазерного луча 4 образовавшаяся полость приобретает динамическую устойчивость и движется вместе с лучом. Перед полостью происходит плавление металла, а позади нее – затвердевание. При наличии полости, излучение поглощается не только поверхностью металла заготовок, но и в его глубине. После прохождения луча, полость заполняется жидким металлом и образуется узкий сварной шов 5, глубина которого значительно больше его ширины.
Лазерная сварка позволяет: соединять разнородные металлы при толщине заготовок от 0,5 до 10 мм и скорости сварки до 50 м/мин. Обеспечивать небольшое тепловое влияние на около шовную зону и малые деформации готового изделия. Легко автоматизировать процесс сварки. Сваривать конструкции, которые невозможно было соединять обычными способами сварки. Управление лучом с помощью системы специальных зеркал позволяет сваривать труднодоступные места и получать криволинейные сварные швы.
Лазерную сварку малых толщин применяют в электронной и радиотехнической промышленности для сварки проводов, элементов микросхем, при ремонте вакуумных приборов и т.д. лазерную сварку с глубоким проплавлением применяют при производстве корпусных деталей, валов (в том числе карданных), осей, для сварки труб, арматурных конструкций и т.д
Термомеханические способы сварки.
К термомеханическому классу относятся виды сварки с использованием давления в сочетании с тепловой энергией. Это электроконтактная сварка, диффузионная, газопрессовая и другие.
Электрическая контактная сварка.
Электрическая контактная сварка - это ведущий вид сварки в нашей промышленности. Она относится к видам сварки с кратковременным нагревом места соединения без оплавления или с оплавлением и осадкой разогретых заготовок. Характерная особенность этих процессов - пластическая деформация, в ходе которой формируется сварное соединение.
Место соединения разогревается проходящим по металлу электрическим током , причем максимальное количество теплоты выделяется в месте сварочного контакта.
При непрерывном сдавливании нагретых заготовок пластичный металл в местах контакта деформируется, поверхностные оксидные пленки разрушаются и удаляются к периферии стыка. В соприкосновение приходят совершенно чистые слои металла, образующие сварное соединение.
Таким образом, с физической точки зрения, соединение при контактной сварке образуется за счет сил межатомного взаимодействия.
Существует 4 вида контактной сварки по виду соединения:
1)Точечная - когда детали свариваются не по всей поверхности контакта, а в отдельных точках, соответствующих контактам с электродами, имеющих форму заостренных стержней.
2)Рельефная- когда детали свариваются аналогично точечной сварке- в отдельных точках. Положение этих точек соответствует выступам- рельефам – на одной или обеих свариваемых поверхностях. Усилие на детали передается через электрод- плиты, между которыми зажимаются свариваемы изделия.
3)Шовная- когда детали соединяются швом, состоящим из отдельных сварных точек, перекрывающих одна другую. Шовная сварка выполняется с помощью одного или двух вращающихся электродов, через которые передается ток и усилие осадки.
Ультразвуковая сварка - сварка давлением, осуществляемая при воздействии ультразвуковых колебаний. Сущность процесса ультразвуковой сварки (УЗС) состоит в приложении высокочастотных колебаний (16…20 КГц) к свариваемым заготовкам. В заготовках возникают касательные напряжения, вызывающие пластическую деформацию материала свариваемых поверхностей. В месте соединения развивается повышенная температура (0,4…0,6 от температуры плавления металла.), зависящая от свойств свариваемых материалов. Эта температура способствует возникновению пластического состояния свариваемых материалов и их соединению. В месте сварки образуются совместные кристаллы, обеспечивающие прочность сварного соединения. Одновременно, под действием ультразвука разрушаются окисные пленки на поверхностях заготовок, что облегчает получение соединения.
УЗС характеризуется следующими технологическими свойствами: возможностью соединения металлов без снятия поверхностных пленок и расплавления, особенно хорошей свариваемостью чистого и сверхчистого алюминия, меди, серебра; возможностью соединения тончайшей металлической фольги со стеклом и керамикой. Ультразвуком сваривается большинство известных термопластичных полимеров.
Технологическое оборудование для ультразвуковой сварки, независимо от физико-механических свойств свариваемых материалов имеет одну структуру и состоит из следующих узлов: источника питания, аппаратуры управления сварочным циклом, механической колебательной системы и привода давления.
УЗС применяют в приборостроении, радиоэлектронике, авиационной промышленности.
Сварка взрывом – сварка с применением давления, при которой, соединение осуществляется в результате вызванного взрывом соударения свариваемых частей. При осуществлении сварки взрывам химическая энергия превращения заряда взрывчатого вещества (ВВ) в газообразные продукты взрыва трансформируется в механическую энергию их расширения, сообщая одной из свариваемых заготовок большую скорость перемещения. Кинетическая энергия соударения движущейся части с поверхностью неподвижной части затрачивается на работу совместной пластической деформации контактирующих слоев металла, приводящей к образованию сварного соединения. Работа пластической деформации переходит в тепло, которое вследствие адиабатического характера процесса из-за больших скоростей может разогревать металл в зоне соединения до высоких температур (вплоть до оплавления локальных объемов).
Соединяемые поверхности двух заготовок, в частности пластин, одна из которых неподвижна и служит основанием, располагают под углом α друг к другу на расстояние h. На заготовку укладывают взрывчатое вещество толщиной H, а со стороны, находящейся над вершиной угла, устанавливают детонатор. Сваривают на жесткой опоре . Давление, возникающее при взрыве, сообщает импульс расположенной под зарядом пластине. Детонация взрывчатого вещества с выделением газов и теплоты происходит с большой скоростью.
В месте контакта метаемой пластины с основанием образуется угол γ , который перемещается вдоль перемещаемых поверхностей. При соударении пластин, движущихся с большой скоростью, между ними образуется кумулятивная струя, которая разрушает и уносит оксидные поверхностные пленки другие загрязнения, подготавливая тем самым поверхности для сварки. Поверхности сближаются до расстояния действия межатомных сил взаимодействия, и происходит схватывание по всей площади соединения. Продолжительность сварки взрывом не превышает нескольких микросекнд.
Перспективы и области применения сварки взрывом определяются способностью создавать в твердой фазе прочные соединения засчет поверхностных металлических связей без развития объемной диффузии вследствие скоротечности процесса на больших, практически неограниченных площадях (20 м^2).
Холодная сварка.
Холодная сварка – сварка давлением при значительной пластической деформации без нагрева свариваемых частей внешними источниками тепла. Холодной сваркой можно соединять только весьма пластичные металлы (алюминий и его сплавы, медь, свинец, олово …). Холодная сварка подразделяется на: точечную, шовную и стыковую. Точечной сваркой соединяют внахлестку листовые материалы.
4)Стыковая сварка- когда детали свариваются по всей поверхности контакта под воздействием нагрева электрическим током и сжимающего усилия.
Механические способы сварки.
К механическим видам сварки относятся: холодная и ультразвуковая сварка; сварка трением; сварка взрывом.
Сварка трением.
Сварка трением – сварка с применением давления, при которой нагрев осуществляется трением, вызванным относительным перемещением свариваемых частей или инструмента.
Трение поверхностей осуществляется вращение или возвратно- поступательным перемещением сжатых заготовок.
В результате нагрева и сжатия происходит совместная пластическая деформация. Сварное соединение образуется в следствие возникновения металлических связей между чистыми контактирующими поверхностями свариваемых заготовок. Оксидные пленки на соединяемых поверхностях разрушаются в результате трения и удаляются в радиальных направлениях за счет пластической деформации .
Основные параметры сварки трением: скорость относительного перемещения свариваемых поверхностей, продолжительность нагрева, сила сжатия, величина пластической деформации, т.е. осадки. Требуемый для сварки нагрев обусловлен скоростью вращения, осевой силой и временем вращения. Для получения качественного соединения в конце процесса необходимы быстрое прекращение движения и приложение осадочного сдавливания.
Параметры режима сварки трением зависят от свойств свариваемого металла, площади сечения, конфигурации изделия. Сваркой трением соединяют однородные и разнородные металлы и сплавы с различными свойствами, например медь со сталью, алюминий с титаном и др.
Подготовленные к сварке заготовки 1 (рис. 14.18, а) устанавливают между соосно расположенными пуансонами 2. Под воздействием усилия осадки, пуансоны вдавливаются в металл заготовок, обеспечивая необходимую для сварки пластическую деформацию. Полученный сварной шов представляет собой дискретную последовательность сварных точек.
Шовной сваркой соединяют листовые материалы непрерывным швом.
Стыковой сваркой соединяют стержни по поверхности стыкуемых торцов.
Холодная сварка применяется: В автотракторной промышленности для: изготовления радиаторных трубок, карбюраторных поплавков и поплавков датчиков уровня топлива; изготовления медных и алюминиевых уплотнительных колец гидравлического оборудования, обрамляющих колец – окантовок приборных шкал, высоковольтных проводов, контактных групп реле; герметизации корпусов электрических приборов и т.д. В электротехнической и радиоэлектронной промышленности для: соединения медных и алюминиевых проводников, изготовления ребристых охладителей силовых полупроводниковых приборов, армирования медью алюминиевых токопроводящих элементов, герметизации корпусов радиоэлектронных изделий и т.д. В пищевой промышленности для: изготовления и герметизации алюминиевых емкостей.
Основы технологии формообразования сварных конструкций из разных сплавов.
Пайка материалов.
Пайка — технологическая операция, применяемая для получения неразъёмного соединения деталей из различных материалов путём введения между этими деталями расплавленного материала (припоя), имеющего более низкую температуру плавления, чем материал (материалы) соединяемых деталей.
Спаиваемые элементы деталей, а также припой и флюс вводятся в соприкосновение и подвергаются нагреву с температурой выше температуры плавления припоя, но ниже температуры плавления спаиваемых деталей. В результате припой переходит в жидкое состояние и смачивает поверхности деталей. После этого нагрев прекращается, и припой переходит в твёрдую фазу, образуя соединение.