Ультразвуковая сварка

 

При сварке ультразвуком неразъемное соединение металлов образуется при совместном воздействии на детали механических колебаний высокой частоты и относительно небольших сдавли­вающих усилий. В принципе этот метод сварки имеет много об­щего с холодной сваркой.

Машины для ультразвуковой сварки состоят из следующих основных узлов: источника питания, аппаратуры управления, механической колебательной системы и привода давления.

Механическая колебательная система служит для преобразо­вания электрической энергии в механическую, передачи этой энергии в зону сварки, концентрирования этой энергии и полу­чения Необходимой величины колебательной скорости излуча­теля.

Установка для сварки ультразвуком (рис. 20.14) состоит из электромеханического преобразователя 1 с обмотками, заключен­ного в металлический корпус 7, охлаждаемый водой; трансфор­матора продольных упругих Колебаний 6; сварочного наконеч­ника 5 и механизма давления 3, между которыми помещают свариваемые детали 4. Крепление колебательной системы про­изводят с помощью диафрагмы 2. Трансформатор упругих ко­лебаний вместе со сварочным наконечником представляет собой волновод.

Питание электромеханических преобразователей осуществля­ется от источника электрической энергии — генератора с частотой колебаний тока 18...30 кГц. Рабочая частота генератора определи -

Токопровод Рис. 20.14. Схема установки для точечной сварки ультразвуком

 

ется собственной частотой механической колебательной системы, выходная мощность составляет 0,01... 10,0 кВт.

При включении в цепь высокочастотного генератора преоб­разователя создающееся в нем переменное магнитное поле при­водит к возникновению в волноводе продольных упругих колеба­ний, которые передаются в свариваемые детали. Под действием этих колебаний вблизи места сварки в металле возникают сдви­говые деформации, которые разрушают оксидные пленки и обна­жают ювенильные (чистые) поверхности металла. В результате на границе раздела соприкасающихся поверхностей свариваемых элементов осуществляется межатомное взаимодействие, образу­ются общие зерна и в целом сварное соединение.

Процесс ультразвуковой сварки происходит при воздействии сдвигающих высокочастотных колебаний, давления, приложен­ного перпендикулярно к поверхности деталей, и теплового эффек­та, сопровождающего процесс сварки. В результате в зоне сварЯой точки наблюдается небольшая пластическая деформация.

Сварка ультразвуком имеет следующие преимущества:

□ возможность соединения химически активных металлов или металлов, склонных образовывать хрупкие интерметаллические соединения;

20.8.

□ возможность соединения тонких и ультратонких деталей, приварки тонких листов и фольги к деталям неограниченной толщины.

Сварка взрывом

Сварка взрывом — это процесс соединения материалов, нахо­дящихся в твердом состоянии, эа счет пластической деформации соударяющихся под углом поверхностей заготовок при воздей­ствии импульса давления, создаваемого взрывом. Пластическая деформация в зоне соединения приводит к образованию физи­ческого контакта и активации контактных поверхностей. Осо­бенностью сварки взрывом является образование волнового профиля зоны сварки, что сопровождается увеличением поверх­ности соединения. При этом происходит очистка свариваемых поверхностей от загрязнений и оксидов.

Сварка взрывом осуществляется соударением пластин, рас­положенных под углом за счет метания одной из пластин сколь­зящей по ее поверхности детонационной волной (см. рис. 8.5). Для осуществления процесса свариваемые пластины устанавли­вают с зазором под углом а друг к другу (а= 0...7⁰). Угловая схема используется при сварке небольших по длине толстых пластин, изгиб которых при метании и соударении невозможен. При мик­росварке тонкой фольги применяют схему с обратным углом.

На практике большое распространение нашла схема с парал­лельным расположением пластин (рис. 20.15). На метаемой (пла­кирующей) пластине 3 располагают заряд взрывчатого вещества (ВВ) 2 толщиной Н. Пластину с помощью опор устанавливают с зазоромhк неподвижной (плакируемой) пластине 4, которая лежит на основании 5 (асбестовая пластина, песок, грунт и т.п.). Инициирование процесса детонации заряда ВВ осуществляют электродетонатором 1. Детонация обусловлена распространени­ем ударной волны, возбуждающей химическую реакцию. Переход взрывчатого вещества из твердого состояния в газообразное про­исходит с выделением большого количества энергии.

расположением пластин

 

Метаемая пластина подвергается двойному изгибу и совместно с неподвижной пластиной — интенсивной пластической дефор­мации в зоне соударения. Амплитуда волны в зоне соединения определяется режимами сварки и пластичностью метаемого ма­териала. Чем выше пластичность метаемого материала, тем боль­ший объем материала участвует в интенсивной пластической деформации в зоне соединения.

Сварка взрывом ведется без нагрева и с нагревом сваривае­мых заготовок. Режимы сварки определяются пластическими характеристиками и гомологическими температурами сваривае­мых материалов. При сварке взрывом материалов с резко разли­чающимися физико-механическими свойствами тепловые про­цессы, протекающие в зоне соединения, играют определяющую роль. Повышение уровня внутренней энергии и пластичности свариваемых материалов при нагреве приводит к увеличению объема материала, вовлекаемого в интенсивную пластическую деформацию в зоне соединения, что снижает плотность внут­ренней энергии в этой зоне, облегчает условия отвода тепла и позволяет расширить диапазон режимов качественной сварки материалов с различающимися физико-механическими свойст­вами. При сварке с нагревом заготовки размещаются в вакуум­ном контейнере, что предотвращает интенсивное окисление поверхности (для тугоплавких материалов). Процесс сварки взрывом с нагревом полностью автоматизирован.

Сварка труб взрывом осуществляется по схеме внутреннего и наружного плакирования (рис. 20.16). Трубы устанавливают с зазором друг к другу. Заряд ВВ размещают соответственно внутри или снаружи метаемой трубы. При наличии в сварочном зазоре газа или воздуха в процессе сварки создается ударно-сжа­тый поток. Его взаимодействие со свариваемой поверхностью приводит к образованию на метаемой поверхности волнового профиля еще до соударения, что повышает прочность соеди­нения.

Более эффективно наружное плакирование, которое сопрово­ждается объемной пластической деформацией метаемой трубы и приводит к упрочнению материала. Если высокоскоростная деформация стальных труб происходит при сварке с нагревом выше температур фазовых превращений, то в структуре сталей наблюдается образование мартенсита деформации (как и при высокочастотной термомеханической обработке). Это приводит не только к повышению прочности, но и к сохранению пластич­ности и вязкости материала. Для сварки взрывом с нагревом хрупких тугоплавких материалов (Cr, Мо, W) характерно фор­мирование мелкозернистой ячеистой структуры с высокими физико-механическими свойствами.

Рис. 20.16. Схема внутреннего (а) и наружного (б) плакирования трубы взрывом: 1 — электродетонатор; 2 — взрывчатое вещество; 3 — защитный элемент; 4 — плакируемая труба; 5 — плакирующая труба; 6 — сварочный зазор; 7 — оправка; 8 — защитный слой; 9 — матрица

 

Сваркой взрывом можно изготавливать волокнистые компо­зиционные материалы, размещая в сварочном зазоре упрочняю­щие элементы (волокна, высокопрочную проволоку); композиты из химически несовместимых компонентов, которые получить другими методами невозможно; панельные конструкции; полые обогреватели; сотовые конструкции; слоистые трубы; биметал­лический инструмент; слоистые мишени для распылительных систем; переходники из разнородных материалов и др.

Сварка взрывом позволяет не только соединять большие по размерам поверхности листов, труб, заготовок и конструкций, осуществлять микросварку взрывом тонких фольг и элементов микроэлектроники, но и изготавливать биметаллические, слои­стые, композиционные материалы с заданными свойствами (ме­талл — стекло, керамика — металл и т.п.).

Сварку взрывом осуществляют в специальных камерах и на открытом пространстве. Она не требует сложного оборудования и может быть автоматизирована. Сварка взрывом является про­межуточной операцией при прокатке, волочении, экструзии слои­стых материалов.

Сварка взрывом не требует нагрева свариваемых частей и про­текает независимо от площади соединения практически мгно­венно, как это свойственно всем взрывным процессам, в течение миллионных долей секунды. Она позволяет получать монолитные соединения практически неограниченной площади. При этом процесс сварки осуществляется тем легче, чем больше отноше­ние площади соединения к толщине метаемой части металла.

ОБРАБОТКА РЕЗАНИЕМ

21. Классификация движений в металлоре­жущих станках и методов формообразо­вания

22. Металлорежущие станки

23. Отделочная обработка поверхностей

Раздел VI

24. Электрофизические и электрохимические методы обработки