Термомеханический класс сварки

4.2.2.1. Контактная сварка (КС) (рис. 4.6, б). КС – основной способ сварки давле­нием. При КС для нагрева металла в сварочной зоне используется теплота, выделяемая при прохождении тока в месте контакта свариваемых деталей. Количество теплоты определяется законом Джоуля-Ленца: , где I_св – сварочный ток, А; R – суммарное сопротивление цепи, Ом; t – время протекания тока, с. Особенностью КС является использование кратковременных (t =0,003-10 с) импульсов тока большого значе­нии (I =1-100кА) при напряжении U =2-12В и давлении Р =10-150 МПа. Питание сварочным током осуществляется от понижающего трансформатора. Максимальное количество теп­лоты выделяется в зоне контакта деталей, где металл нагревается до пластического состояния или до плавления. Под действием сжимающих усилий неровности сминаются, а оксидные пленки выдавливаются из стыка — происходит сближение нагретых деталей до межатомных расстояний, т.е. сварка. Основными видами КС являются точечная, шовная (роликовая) и стыковая.

4.2.2.2.Точечная сварка (рис. 4.19, а) односторонняя осуществляется для соединения металлов (различных сталей, сплавов Al, Ti, Сu) толщиной 0,6-2,5 мм.

Рис. 4.19. Схема точечной сварки: а – двусторонней; б – односторонней.

Свариваемые детали 1и2соединяют внахлест­ку и зажимают между подвижным 3 и неподвижным 4 электродами машины и пропускают через них ток, нагревающий металл в месте стыка до плавления, а прилегающую к ядру сварочной точки 5 - зо­ну до пластического состояния. После кристаллизации свароч­ной точки давление снимается. Этот способ обладает большой про­изводительностью и обеспечивает требуемую прочность сварных со­единений (корпуса автомашин, вагонов, холодильников, деталей радиоэлектроники и др.). Односторонняя сварка осуществляется при пропускании тока между верхним 1 и нижним листами 2, причем нагрев осуществляется частью тока, протекающего через нижний лист. Для увеличения тока, проходящего через нижний лист, предусмотрена медная прокладка 6.

4.2.2.3. Шовная (роликовая) сварка (рис. 4.20) осу­ществляется для соединения внахлестку металлов (сталей, сплавов Al, Ti и Сu) толщиной 0,6-3мм.

Рис. 4.20. Схема шовной сварки.

При сварке деталей 1зажимают между вращающимися электродами (роликами) 2, с помощью которых происходят передача усилия к деталям, подвод тока и пе­ремещение деталей. При шовной сварке образование непрерывного (герметичного) и прочного шва происходит перекрытием по­следующей точки предыдущей, что делает возможным применение этого способа для изготовления различных емкостей.

4.2.2.4. Стыковая сварка (рис. 4.21) осуществляется по двум схемам (сварка сопротивлением и оплавлением) с использова­нием однотипного оборудования.

Рис. 4.21. Схема контактной стыковой сварки.

Свариваемые детали 1 и 2 (стерж­ни, трубы, рельсы) закрепляют в неподвижном 3 и подвижном 4 зажимах — электродах сварочной машины, к которым подводится ток. При сварке сопротивлением тщательно зачищенные торцы де­талей соединяют под небольшим давлением, а после включения то­ка и разогрева металла в стыке давление повышают. Так сваривают малоуглеродистые стали и цветные металлы небольшого сечения (до 200-250мм²). При стыковой сварке плавлением стык сваривае­мых деталей разогревается электрической дугой, возникающей при их сближении до оплавления, а следующая за этим осадка способствует выдавливанию из стыка жидкого металла, что обеспечивает получение высокого качества сварных соединений. Сварка оплавлением позволяет сваривать изделия из углеродистых и легированных сталей, чугуна, сплавов А1 и Ti сечением до 100000мм².

4.2.2.5. Особые способы сварки. Термитная сварка (ТС) осуществляется при помощи теплоты, получаемой при сгорании порошкообразных оксида (Fe₂О₃) и элементов с большой активно­стью по отношению к кислороду (Al, Mg). Если в тигель из огне­упорного материала поместить смесь, состоящую из А1 и Fe₂О₃ (алюминиевый термит), и зажечь с помощью термоспичек, то про­исходит экзотермическая реакция Fe₂О₃ + 2А1₂О₃ + 2Fe. Темпе­ратура образующего расплава составляет 2200-2600°С, а со­ставляющие этот расплав Fe и А1₂О₃ разделяются в соответствии с их плотностью (железо внизу). Аккумулированный этим расплавом запас теплоты может быть использован для сварки плавлением и давлением. При ТС плавлением нагрев установленных в форме свариваемых деталей и плавление их кромок в месте образуемого стыка осуществляются жидким расплавом железа, служащим од­новременно и присадочным металлом. При ТС давлением на подготовленное для сварки соединение с плотно сжатыми торцами одевают форму. В форму заливается сначала расплав А1₂О₃, который смачивает свариваемый металл и создает на его поверхности плен­ку, препятствующую его свариванию с термитным металлом, а затем расплав Fe, который разогревает свариваемый металл. После этого применяют сдавливание деталей (осадку) с помощью стяжных прессов. В основном используется ТС плавлением для сварки рельсов, ремонта стальных и чугунных деталей с помощью алюминие­вого термита и стальных проводов с помощью магниевого термита.

Диффузионная сварка – сварка давлением, при которой свариваемые детали подвергаются общему электронагреву в вакуумных камерах до температуры (0,4-0,8)Т_пл, длитель­ной выдержке: при этой температуре и сжатию с давлением до 25МПа. Такие условия сварки способствуют протеканию процес­сов диффузии атомов в поверхностных слоях свариваемых метал­лов. Диффузионную сварку применяют для соединения трудно свариваемых металлов и сплавов (сталь с Al, Ti, W и Мо; Сu с А1, Ti), а также металлокерамических изделий в радиотехнике, электронной промышленности, приборостроении и т.д.