Получение неразъемных соединений пайкой материалов

Тема: «Сварочное производство»

Способы получения неразъемных соединений

Изучите физические основы получения сварного соединения, сущность сварочных процессов и классификацию способов сварки.

Термические способы сварки (дуговые способы сварки, газовая сварка, электрошлаковая сварка, электронно-лучевая и лазерная сварка).

Термомеханические способы сварки (электроконтактная сварка, диффузионная сварка).

Механические способы сварки (холодная сварка, ультразуковая сварка, сварка взрывом, сварка трением).

Рассмотрите сущность процесса пайки металлов и сплавов.

Получение сварных соединений

Физические основы получения сварного соединения

Изучите физическую сущность процесса сварки.

Сварные соединения получают двумя принципиально разными путями: сваркой плавлением и сваркой давлением.

В процессе  сварки плавлением происходит только тепловое воздействие, то есть нагрев кромок заготовок до расплавления, при этом образуется единая жидкая металлическая ванна. В результате кристаллизации металла в зоне сварки образуются зерна, принадлежащие одновременно основному металлу и металлу шва. В зоне сварки устанавливается такое же атомно-кристаллическое строение металла, как в основном металле, что обеспечивает равнопрочное соединение. В процессе  сварки плавлением при нагреве свариваемых поверхностей частично разрушаются оксиды и другие примеси, частично переводятся в легкоплавкие шлаки, которые всплывают на поверхность шва.

В процессе  сварки давлением неразъемное соединение образуется в твердом состоянии с помощью силового воздействия, которое вызывает в зоне сварки совместную пластическую деформацию заготовок. При этом уходят неровности, разрушаются и вытесняются из зоны сварки оксиды и другие поверхностные пленки.

 

Свариваемость металлов

Свариваемость металла – это способность образовывать при сварке качественное сварное соединение, эксплуатационные свойства которого близки к свойствам свариваемого металла.

Рассмотрите классификацию способов сварки плавлением по виду источника теплоты.

Дуговая сварка

Это один из видов сварки плавлением, в котором источником тепла служит сварочная дуга - электрический разряд в газовой среде. Дуга способна практически мгновенно расплавлять и перегревать до 2000..2500 °С небольшие

участки металла заготовки. Уясните условия возбуждения дуги и ее тепловые свойства.

Усвойте основные требования к источникам сварочного тока для дуговой сварки: легкое зажигание дуги и безопасность работы, что достигается напряжением холостого хода не более 60..70 В; стабильное горение дуги и ограничение тока при коротком замыкании сварочной цепи. Для выполнения этих требований применяют источник с падающей вольт-амперной характеристикой.

Дуговая сварка классифицируется по степени механизации и способам защиты шва от взаимодействия с атмосферой.

 

Ручная дуговая сварка

В этом процессе сварщик управляет электродом, поддерживая заданную длину дуги, производя подачу электрода по мере его плавления.

При ручной дуговой сварке плавящимся электродом наносят на электрод защитно­легирующие покрытия, которые при расплавлении образуют легкие шлаки, покрывающие металл шва и ванну вязкой пленкой, препятствующей окислению металла. В составе покрытий содержатся раскислители и легирующие добавки, которые восстанавливают оксиды в металле шва в период его контакта с жидким шлаком и легируют шов с целью повышения эксплуатационных свойств.

При ручной сварке объем жидкого металла сварочной ванны незначителен и он может удерживаться на вертикальной стене или в потолочном положении за счет сил поверхностного натяжения. Недостаток способа: тяжелый ручной труд и низкая производительность.

 

Автоматическая сварка под флюсом

Уясните схему автоматической сварки под флюсом.

Рассмотрите особенности технологии сварки. Высокая производительность процесса обеспечивается возможностью применения электродов диаметром 4..5 мм и тока до 1600 А.

Автоматическая сварка под флюсом применятся для сварки однотипных узлов, имеющих протяженные прямолинейные и кольцевые швы.

 

Дуговая сварка в защитных газах

Уясните роль защиты зоны дуги газом, заключающуюся в оттеснении атмосферы воздуха из зоны горения дуги защитными газами с одновременным исключением их взаимодействия с металлом сварочной ванны шва.

Защитные газы могут быть инертными (аргон, гелий) и активными (углекислый газ, азот, водород). Инертные газы не вступают в реакцию с металлом электрода и сварочной ванны и не растворяются в нем. Поэтому химический состав шва идентичен составу свариваемого металла, что обеспечивает наиболее высокое качество сварных соединений.

Для ряда сплавов качественные соединения получают при сварке в среде активных газов, которые могут вступать в химическую реакцию с металлом сварочной ванны. Так большинство конструкционных сталей свариваются в среде углекислого газа. Для защиты от окисления применяют сварочную проволоку с повышенным содержанием кремния и марганца, которые способны восстановить оксид железа; при этом продукты реакции всплывают на поверхность шва в виде шлака.

Сварку в среде защитных газов осуществляют плавящимся или неплавящимся электродом. В последнем случае электрод изготавливают из вольфрама, а для защиты используют инертные газы. Сварку выполняют вручную, на полуавтоматах и автоматах.

При сварке в защитных газах сварочная ванна охлаждается быстрее, так как объем ее мал. Это позволяет в отличие от сварки под давлением, производить сварку в защитных газах в потолочном и вертикальном положениях.

 

Сварка металлов плазменной струей

(ИЗУЧИТЬ МАТЕРИАЛ, В КОНСПЕКТ НЕ ВКЛЮЧАТЬ)

При этом методе сварки источником теплоты служит струя газа, ионизированного в дуге. Для ионизации используют столб сжатой дуги, т.е. дуги, горящей в узком канале, через который под давлением продувают газ (аргон, азот, водород), дополнительно увеличивающий степень ее сжатия.

В этих условиях температура газа в столбе дуги достигает 20000..30000 °С,

что по сравнению со свободно горящей дугой резко увеличивает степень ионизации и температуру газа, выходящего из канала с большой скоростью в виде струи. Этот источник теплоты имеет высокую концентрацию тепловой энергии.

 

Электрошлаковая сварка

Рассмотрите сущность процесса и его отличия от сварки под флюсом. Для начала процесса необходима шлаковая ванна, которую получают с помощью сварочной дуги. Подавая флюс в дугу, создают значительный слой электропроводного жидкого шлака. После создания жидкого шлака дуга погружается в него, дуговой разряд прекращается, и сварочная цепь замыкается через жидкий шлак. Источник теплоты является распределенным в отличие от сосредоточенного источника-дуги.

Электрошлаковая сварка применяется для соединения толстолистовых заготовок (более 20 мм), отливок, поковок и слитков из чугуна, стали, медных, никелевых, титановых и алюминиевых сплавов.

 

Сварка электронным и лазерным лучами

(ИЗУЧИТЬ МАТЕРИАЛ, В КОНСПЕКТ НЕ ВКЛЮЧАТЬ)

Эти процессы относятся к сварке плавлением. При электронно-лучевой сварке процесс выполняется в глубоком вакууме, а в качестве источника теплоты используется поток ускоренных электронов. Электроны, излучаемые катодом электронной пушки, разгоняются, концентрируются в луч и бомбардируют металл, выделяя при торможении теплоту за счет перехода кинетической энергии в тепловую. Электронный луч имеет высокую проплавляющую способность, что позволяет сваривать за один проход металл толщиной до 50 мм.

При лазерной сварке источником теплоты для расплавления свариваемых кромок служит узконаправленный световой луч большой мощности. Лазерную сварку ведут в воздушной среде, а для защиты металла от окисления используют струйные способы газовой защиты.

 

Термическая резка

(ИЗУЧИТЬ МАТЕРИАЛ, В КОНСПЕКТ НЕ ВКЛЮЧАТЬ)

Под термической резкой понимают местное удаление материала заготовки по траектории реза. По механизму удаления различают химический процесс окисления нагретого металла кислородом и перевода его в легкоплавкие оксиды, удаляемые из зоны реза, а также электромеханический процесс нагрева до расплавления и выдувания жидкого металла из зоны реза. К первому относят газокислородную резку, ко второму – дуговую и плазменную резку.

Термомеханическая сварка

Изучите классификацию способов сварки по характеру термомеханического воздействия на заготовки и видам энергии.

 

Контактная сварка

Наиболее распространенный способ сварки давлением, где нагрев металла производят теплотой, выделяемой при контакте двух заготовок при протекании через них электрического тока. Теплота интенсивнее выделяется в зоне сварки, т.е. месте контакта между заготовками, так как эта зона имеет наибольшее электросопротивление. Главное требование к нагреву - обеспечение совместной пластической деформации свариваемых заготовок.

Уясните, почему стыковую, точечную и роликовую сварку называют контактной и в чем различие этих процессов.

При стыковой сварке заготовки свариваются по всему сечению стыка. Торцы заготовок нагревают, а затем сжимают для обеспечения совместной пластической деформации. Сварку ведут двумя способами: сопротивлением и оплавлением.

Сварку сопротивлением применяют при соединении небольших заготовок из однородных сплавов, с обработанными и очищенными торцами и подгонкой их по площади поперечного сечения в месте сварки.

Сварку оплавлением применяют при соединении крупных заготовок различных поперечных сечений без предварительной обработки торцев. Нагрев ведут до полного оплавления торцев. При последующем сжатии жидкий металл с оксидами и загрязнениями выдавливается из зоны сварки, а в совместной пластической деформации участвуют нагретые слои свариваемых металлов.

Точечная и роликовая сварка предназначена для соединения листовых заготовок. Края заготовок, собранные внахлестку, сжимают электродами и нагревают проходящим электрическим током. Максимальный нагрев достигается в местах контакта между листами заготовок. Это приводит к частичному расплавлению заготовок по толщине и образованию литого ядра сварной точки.

Оборудование для роликовой сварки от точечной отличается формой электродов. Роликовая сварка обеспечивает получение герметичного непрерывного шва за счет последовательного образования перекрещивающихся точечных соединений.

 

Диффузионная сварка в вакууме

Сущность процесса состоит в диффузии атомов соединяемых элементов, при которой на границе контакта двух деталей образуются новые зерна, принадлежащие одновременно каждой из соединяемых заготовок. Температура нагрева металла такова, что он остается в твердом состоянии, но скорость диффузионных процессов наибольшая. Давление к свариваемым заготовкам прикладывается величиной, меньшей предела текучести - для обеспечения физического контакта при сохранении форм заготовок. Вакуум предназначен для защиты от окисления. Этот способ сварки применяется для получения биметаллических заготовок, соединения металлов с неметаллами.

 

Механическая сварка

Изучите классификацию способов сварки по характеру механического воздействия на заготовки. Обратите внимание на особенности и применение рассматриваемых способов сварки.

 

Холодная сварка 

Способ сварки давлением при значительной пластической деформации без нагрева соединяемых деталей внешним источником нагрева. Уясните, какие материалы сваривают этим способом и вид образующегося соединения (точечная, стыковая, шовная сварка).

 

Ультразвуковая сварка

Реализуемая сварка при действии на соединяемые поверхности ультразвуковых колебаний. Ультразвуковые колебания появляются в результате магнитострикционного эффекта, который возникает в преобразователе. Уясните, в чем заключается этот эффект и какие материалы проявляют его.

 

Сварка взрывом

Соединения достигается за счет значительной пластической деформации в результате вызванного взрывом соударения соединяемых частей.

Сварка трением

Сварка с применением давления, при которой нагрев осуществляется трением, вызванным относительным перемещением свариваемых частей или инструмента (без применения внешнего источника нагрева).

Получение неразъемных соединений пайкой материалов

Наряду со сваркой широко применяют другой вид соединения - пайку, при котором расплавляется только припой, смачивая нерасплавляемые кромки заготовок. Изучите способы пайки, “твердые” и “мягкие” припои, особенности конструирования паяных соединений.