Сварка с применением давления

Контактная электросварка представляет собой электромеханический процесс образования неразъемного соединения, формирующегося при определенных условиях нагрева и сжатия заготовок изделий.

Необходимый нагрев происходит за счет теплоты, выделяемой при прохождении электрического тока непосредственно в заготовках и контактах между ними. На рис. 18.30 показана установка для контактной сварки, на рис. 18.31 — примеры сварки.

Рис. 18.30. Установка для контактной сварки.

Рис. 18.31. Стыковая сварка прутка.

Процесс нагрева отличается очень большой скоростью и резко выраженной локализацией. Все виды сварки выполняют на низком напряжении: 2; 6 или 12 В. Наиболее широко применяют стыковую, точечную и шовную сварку.

Для реализации этих способов существует много разнообразного оборудования. На рис. 18.32 и 18.33 представлены образцы современного оборудования.

Рис. 18.32. Установка для точечной контактной сварки.

Рис. 18.33. Универсальная машина для точечной и рельефной сварки.

Так, на рис. 18.33 изображена универсальная машина для точечной и рельефной сварки со сбалансированной сварочной головкой, способная сваривать низкоуглеродистую и нержавеющую сталь, сталь с гальваническим покрытием и алюминий. Сила сжатия 2500−18 000 Н, ток на выходе 5000- 150 000 А. Могут использоваться трансформаторы однофазные, трехфазные и средней частоты (1000 Гц).

Сварные точечные соединения обладают требуемой прочностью, и поэтому их можно применять для изготовления несущих конструкций. Особенно выгодно использовать их взамен клепаных или резьбовых в авто-, вагоно-, самолетои судостроении, строительстве и т. д. Эту сварку можно применять только на открытых с обеих сторон плоских и слегка изогнутых заготовках.

На рис. 18.34 показана установка поперечной шовной (роликовой) сварки. Она предназначена для сварки с использованием медной проволоки оцинкованных листов, листов с алюминиевым и другими специальными защитными покрытиями.

Рис. 18.34. Установка поперечной роликовой сварки.

Соединения, выполненные шовной сваркой, широко используют при изготовлении различных сосудов, емкостей и т. д. При этом коробление изделий в несколько раз меньше, чем при дуговой или газовой сварке.

При диффузионной сварке в вакууме соединение образуется в результате взаимной диффузии атомов в поверхностных слоях контактирующих материалов, находящихся в твердом состоянии. Температура нагрева несколько выше или ниже температуры рекристаллизации более легкоплавкого материала. Процесс в большинстве случаев выполняют в вакууме, однако он возможен и в атмосфере инертных защитных газов. С помощью диффузионной сварки можно успешно соединять любые металлы и сплавы в однородных и разнородных сочетаниях, не принимая во внимание их твердость и взаимную смачиваемость, и получать прочные соединения без изменения физико-химических свойств. Можно получать бии триметаллические детали. Применяя промежуточные специальные прокладки, можно сваривать, например, титан с металлокерамикой, сталь с чугуном, вольфрамом.

Сварка трением

При сварке трением металл нагревается в зоне сварки до температуры пластического состояния за счет взаимного перемещения (трения) соединяемых поверхностей. После достижения требуемой температуры перемещение заготовок мгновенно прекращают и, прикладывая осевое усилие (осадку), осуществляют совместное пластическое деформирование кромок деталей. Схема взаимного перемещения (вращением или возвратно-поступательными колебаниями) заготовок зависит от их габаритов и формы свариваемого сечения. Перед сваркой соединяемые поверхности подвергают механической обработке для их плотного прилегания, чистоты и т. п. Заготовки устанавливают соосно в зажимах машины, один из которых неподвижен, а второй совершает вращательное и поступательное движения. Заготовки сжимают силой Р и включают механизм вращения. На соединяемых поверхностях при скольжении возникают силы трения. Работа, совершаемая этими силами, превращается в теплоту, что приводит к интенсивному нагреву трущихся поверхностей. При достижении температуры 980−1300°С при сварке стали вращение заготовок мгновенно прекращают и сдавливают их дополнительно. При этом раскаленный до пластического состояния металл в месте контакта остывает, затвердевает, образуя сварное соединение, которое формируется в результате возникновения металлических связей между чистыми контактирующими поверхностями заготовок.

Ультразвуковая сварка

При ультразвуковой сварке используют давление, нагрев и взаимное трение свариваемых поверхностей. Силы трения возникают в результате действия на заготовки, сжатые силой Р (рис. 18.35), механических колебаний с ультразвуковой частотой.

Рис. 18.35. Принципиальная схема процесса ультразвуковой сварки:

1 — преобразователь; 2 — трансформатор упругих колебаний; 3 — рабочий инструмент; 4 — заготовки; 5 — опора; 6 — характер колебаний, но длине установки Под действием ультразвука разрушаются оксидные пленки, происходит местный микронагрев с микродеформацией и усиленная диффузия между поверхностями. Для получения механических колебаний высокой частоты используют магнитострикционный эффект, заключающийся в изменении размеров микрочастиц некоторых металлов, сплавов и керамических материалов под действием переменного магнитного поля.

Процесс сварки происходит следующим образом: свариваемые заготовки 4 размещают на опоре 5. Наконечник рабочего инструмента 3 соединяют с двигателем магнитострикционного преобразователя 1 через трансформатор продольных упругих колебаний 2. В собранном состоянии они представляют собой волновод. Нормальная сжимающая сила Р создается моментом М в узле колебаний. В результате ультразвуковых колебаний в тонких слоях контактирующих поверхностей создаются сдвиговые деформации, разрушающие поверхностные пленки. Они нагреваются, металл в этих слоях немного размягчается и иод действием сжимающего усилия пластически деформируется. При сближении поверхностей на расстояние действия межатомных сил между ними возникает прочная связь, обеспечивающая образование надежного сварного соединения. В месте контакта возникает сравнительно невысокая температура, что почти не вызывает заметных изменений структуры, механических и других свойств свариваемого металла. Например, при сварке стали она не превышает 600 °C, алюминия — 300° С.

Ультразвуковой сваркой можно получать шовные соединения заготовок толщиной до 1 мм внахлестку, а также соединения по контуру. Хорошо свариваются пластические металлы, хуже — малопластичные. Можно сваривать металлы в однородных и разнородных сочетаниях.