2020-04-07
285
Основными параметрами газовой сварки являются: расход ацетилена, расход кислорода, мощность пламени, диаметр присадочного прутка, скорость сварки Vсв.
Строение газового пламени (рис. 62С).
1 2 3
Рис. 62С. Строение газового пламени
1 - ядро пламени (зона воспламенение газовой смеси).
2 - сварочная или рабочая зона (зона выполнения сварки).
3 – факел пламени (зона вторичной стадии горения продуктов, не сгоревших в зонах 1 и 2).
|
| Область применения. Газовая сварка применяется для соединения металлов малой толщины (0,2…3 мм), легкоплавких цветных металлов и сплавов, материалов, требующих постепенного нагрева и охлаждения (например, инструментальных сталей, чугуна, латуней), для заварки дефектов в чугунных и бронзовых отливках, для пайки и наплавочных работ. |
Лучевые способы сварки
К лучевым способам относятся лазерная и электронно-лучевая сварки.
Лазерная сварка.
Лазерная сварка — процесс, при котором свариваемые материалы нагреваются до температуры плавления с помощью сфокусированного лазерного излучения.
Лазерное излучение — электромагнитное излучение в основном оптического диапазона, создаваемое лазером.
Классификация способов лазерной сварки.
1. В зависимости от активной среды различают:
а) твердотельные лазеры;
б) газовые лазеры.
2. По способу накачки рабочего вещества энергией различают:
а) лазеры с оптической накачкой (облучение рабочего вещества световым потоком);
б) лазеры с химической накачкой (рабочее вещество участвует в химической реакции);
в) лазеры с электрической накачкой (рабочее вещество включено в электрическую цепь);
г) лазеры с ядерной накачкой (рабочее вещество участвует в ядерной реакции)
3. По цикличности работы различают:
а) лазеры с непрерывным режимом работы;
б) лазеры с импульсным режимом работы;
в) лазеры с импульсно-периодическим режимом работы.
Твердотельные лазеры (рис. 63С)
| Сварка твердотельным лазером - лазерная сварка, при которой в качестве активной среды используют твердотельный кристалл. | |
Рис. 63С. Схема твердотельного лазера с оптической накачкой рабочего вещества.
| 1.Непрозрачное (глухое) зеркало 2. Рабочее вещество (активный элемент) 3. Полупрозрачное зеркало 4. Лампа накачки 5. Отражатель корпуса. 6. Высоковольтный источник питания 7. Отражающее зеркало. 8. Фокусирующая линза 9. Обрабатываемый материал |
| Для целей сварки используются твердотельные лазеры, работающие на алюмоиттриевом гранате, активированном ниодимом (Nd), работающие как в импульсном, так и в непрерывном режиме. Длина волны излучения этих лазеров составляет 1,06 мкм, что позволяет для фокусировки использовать обычную стеклянную оптику. Мощность излучения этих лазеров доходит до 1кВт. При облучении рабочего вещества 2 световым потоком от лампы накачки 4, питаемой от высоковольтного источника 6, атомы активного элемента переходят на более высокий энергетический уровень. Спонтанно возвращаясь на исходный уровень атом излучает порцию энергии в виде кванта света (фотона). Световой поток отражается зеркалом 7, фокусируется оптикой 8 и направляется на обрабатываемый материал 9. Плотность энергии в фокусе линзы составляет до 108 Вт/см2. Отражатель 5 устанавливается для уменьшения потерь светового потока внутри корпуса лазера. | |
Газовые лазеры (рис. 64С)
| Сварка газовым лазером - лазерная сварка, при которой в качестве активной среды используют газ. |
Рис. 64С Схема газового лазера с электрической накачкой.
В качестве рабочего вещества применяются азот, аргон, углекислый газ. В газоразрядной водоохлаждаемой трубке от высоковольтного блока питания между электродами создается электрический разряд, который возбуждает атомы находящегося в трубке рабочего вещества. Излучение выходит через полупрозрачное зеркало, фокусируется и направляется на обрабатываемое изделие. Коэффициент полезного действия (к. п. д.) такого лазера составляет 4 — 5%.
|
| ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СВАРКИ Основными параметрами лазерной сварки являются: мощность лазерного излучения, частота лазерных импульсов для импульсной или импульсно-периодической сварки |
| Область применения. Лазерную сварку материалов малой толщины широко применяют в электронной и радиотехнической промышленности для сварки проводов, пружин, элементов микросхем, герметизации корпусов различных приборов. В других отраслях промышленности лазерную сварку применяют для заваривания аэрозольных баллонов и консервных банок, герметизации лекарственных ампул, сварки сотовых конструкций и деталей турбин. Лазерную сварку с глубоким проплавлением широко используют в производстве крупногабаритных корпусных деталей типа двигателей и обшивки самолётов, автомобилей и судов. |
Электронно-лучевая сварка (рис. 65С)
| Электронно-лучевая сварка - сварка плавлением, при которой используют сфокусированный электронный луч. | |
 
Рис. 65С. Схема электронно-лучевой сварки (ЭЛС).
| а – схема установки; б – сопоставление размеров и формы швов, получаемых в результате дуговой и электронно-лучевой сварки; 1 – вакуумная камера; 2 – заготовка; 3 – вольфрамовый катод; 4 – формирующий электрод; 5 – анод; 6 – фокусирующая магнитная линза; 7 – отклоняющая магнитная система; 8 – обычный шов после дуговой сварки; 9 – кинжальный шов после электронно-лучевой сварки; h – высота шва; b – ширина шва |
| Электронный луч представляет собой плотный поток электронов, перемещающийся с большой скоростью (до 165000 км/сек ) от катода к аноду в мощном электрическом поле. В месте соударения электронов со свариваемыми заготовками почти 99% кинетической энергии переходит в тепловую, что сопровождается повышением температуры до 5000…6000°С. Кромки заготовок расплавляются и после кристаллизации образуется сварной шов. Для уменьшения потери кинетической энергии электронов в результате соударения с молекулами газов воздуха, а также для химической и тепловой защиты катода в электронной пушке создается вакуум порядка 10-4—10-5 мм рт. ст. Процесс сварки выполняется в вакуумной камере 1 (рис. 65С, а). Свариваемая заготовка 2 устанавливается на опору, способную перемещать её как в продольном, так и в поперечном направлениях. Процесс сварки автоматизирован, а наблюдение за ним ведётся с помощью телевизионных систем или через специальные иллюминаторы. В случае необходимости корректировки используется дистанционное управление. Над заготовкой располагается электронная пушка, состоящая из питаемого постоянным током источника электронов (катода) и устройств, служащих для изменения интенсивности и фокусировки электронного луча. В верхней части электронной пушки расположен вольфрамовый катод 3, который при нагреве до 2000°С испускает электроны, формируемые в пучок расположенным на выходе катода электродом 4. Под действием высокой разности потенциалов между катодом 3 и анодом 5, составляющей порядка 100 кВ, происходит резкое увеличение скорости перемещения электронов. Разогнанные электроны фокусируются в электронный луч магнитной линзой 6. Фокусировкой достигается высокая удельная мощность луча порядка 0,5×105 кВт/м2. Электронный луч направляется на заготовку 2 с помощью специальной отклоняющей магнитной системы 7. При перемещении заготовки под неподвижным лучом образуется сварной шов. Иногда с помощью отклоняющей магнитной системы перемещают сам луч вдоль неподвижных свариваемых кромок. Отклоняющую систему используют также для колебаний электронного луча поперёк и вдоль шва, что позволяет вести сварку с присадочным материалом и регулировать тепловое воздействие на металл. Одной из отличительных особенностей электроннолучевой сварки является форма проплавления свариваемого металла. При дуговой сварке, создающей менее концентрированный источник нагрева, расплавление металла происходит за счёт распространения теплоты от поверхности в глубину, и в результате получается широкий шов трапецеидальной формы (рис. 62С, б) с обычным отношением h / b =0,5…1. В современных установках для электронно-лучевой сварки, сверления, резки или фрезерования электронный луч можно сфокусировать в диаметр 0,0002…1,2 мм. Кроме того, теплота при электроннолучевой сварке выделяется не только на поверхности, но и на некоторой глубине в свариваемом металле. В результате этого получается так называемое кинжальное проплавление, образующее шов, у которого отношение h / b может достигать 20. При необходимости, высокая концентрация теплоты в пятне нагрева позволяет испарять такие материалы, как алмаз, рубин, сапфир, стекло, образуя в них отверстия. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СВАРКИ Основными параметрами электронно-лучевой сварки являются: сила тока в электронном луче, ускоряющее напряжение, скорость перемещения луча по поверхности изделия, размер фокусировки луча, глубина вакуума. | |
| Область применения. Точное машиностроение, авиационная и ракетная промышленность, судостроение, электронная промышленность. Сваривают почти все виды металлов и неметаллов. |
ЛЕКЦИЯ 14. Технологические особенности сварки давлением
I I. I. ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИЙ КЛАСС (сварка в твердом состоянии или сварка давлением с нагревом до Тн = 1000…1200 0с): контактная сварка (точечная, шовная, стыковая); конденсаторная сварка; радиочастотная сварка; диффузионная сварка; газопрессовая сварка; сварка прокаткой.
- Контактная сварка (рис. 66С)
| Контактная сварка - сварка давлением при которой нагрев, необходимый для сварки, создается электрическим током, проходящим через зону сварки. Зона сварки - зона детали или деталей, где сварка выполняется или выполнена. |
Рис. 66С. Схема контактной сварки (а) и физический контакт в зоне стыка заготовок (б)
Контактная сварка — процесс, при котором нагрев осуществляется проходящим током в результате выделения теплоты на контактных сопротивлениях разных участков соединения. Т.к. теплота выделяется в местах контакта свариваемых элементов, появился термин «контактная сварка».
При прохождении электрического тока Iсв от одной заготовки к другой максимальное количество теплоты выделяется именно в месте сварочного контакта, поскольку электрическое сопротивление стыка намного превышает сопротивление сплошного металла остального объёма заготовок. (рис. 66С, а). Из-за микронеровностей поверхностей стыка заготовки даже после тщательной обработки соприкасаются только в отдельных точках (рис. 66С, б). В связи с этим действительное сечение металла, через которое проходит ток в зоне стыка, резко уменьшается, что приводит к увеличению сопротивления. Кроме того, на поверхности свариваемых заготовок всегда имеются плёнки окислов и загрязнения с малой электропроводностью, которые также увеличивают сопротивление контакта. В результате в точках контакта металл нагревается до термопластического состояния или до оплавления. При непрерывном сдавливании нагретых заготовок сварочным усилием (давлением) Рсв пластичный металл в местах контакта деформируется, поверхностные плёнки разрушаются и вытесняются к периферии стыка. В соприкосновение приходят совершенно чистые слои металла, образующие сварное соединение.
Различают стыковую, точечную и шовную контактную сварку.
|
Стыковая контактная сварка (рис. 67С)
| Стыковая контактная сварка - контактная сварка, при которой соединение свариваемых частей происходит по поверхности стыкуемых торцов. |
Рис. 67С. Схема стыковой контактной сварки
При стыковой контактной сварке по состыкованным свариваемым заготовкам пропускается сварочный ток. Под действием тока происходит нагрев стыка, имеющего максимальное сопротивление R. После того, как температура в стыке достигает определенного значения заготовки сдавливаются сжимающим усилием.
Свариваемая заготовка 1 закрепляется (усилие Рз) в губках зажима –электрода 3, установленного на неподвижной плите 5 стыковой машины. Заготовка 2 закрепляется в аналогичном зажиме, который установлен на подвижной плите 4. Подвижная плита связана с силовым устройством, обеспечивающим сжатие свариваемых заготовок с усилием (давлением) сварки Рсв при перемещении (S) подвижной плиты по специальным направляющим. В качестве источника питания используется понижающий сварочный трансформатор 6. Сварка выполняется на переменном токе. На качество сварного соединения существенно влияет установочная длина Lу (расстояние от торцов зажимов –электродов до торцов свариваемых заготовок). Уменьшенная установочная длина снижаeт ширину зоны нагрева, чтo затрудняет пластическую деформацию пpи сварке и нe обеспечивает полногo выдавливания загрязнений из стыка. Пpи этoм такжe возрастают потери теплоты в электродныe губки машины. При увеличенной установочной длине возможно искривление деталей пpи приложении усилия (давления) сварки Рсв.
Различают два вида стыковой контактной сварки: сварку сопротивлением и сварку оплавлением.
|
| 1. Стыковая сварка сопротивлением -контактная сварка, при которой детали стыкуются под давлением до начала нагрева, давление поддерживается, затем пропускают ток до тех пор, пока температура не достигнет температуры сварки (Т = 1000-1200 0С), при которой происходит осадка металла. Осадка при сварке- операция местной пластической деформации свариваемых частей при сварке с применением давления. 2. Стыковая сварка оплавлением- контактная сварка, при которой детали поступательно сближаются и ток, протекающий через определенные точки контакта, вызывает их оплавление и выбросы расплавленного металла. По сравнению со сваркой сопротивлением сварка оплавлением имеет ряд преимуществ. а. В процессе оплавления выравниваются все неровности стыка, а окислы и загрязнения удаляются, в связи с чем не требуется предварительной подготовки места соединения. б. Можно сваривать заготовки большего сечения в зоне контакта. в. Можно сваривать разнородные металлы. |
| ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СВАРКИ Основными параметрами стыковой контактной сварки являются: плотность тока, установочная длина, усилие (давление) осадки, время протекания тока сварки. |
| Общий вид сварного соединения, получаемого стыковой контактной сваркой (рис. 68С, 69С) | |
Рис. 68С Вид сварного соединения, полученного стыковой контактной сваркой сопротивлением
| 
Рис. 69С Вид сварного соединения, полученного стыковой контактной сваркой оплавлением
|
Требования к конструкции поверхностей, свариваемых стыковой контактной сваркой (рис. 70С, 71С)
Рис. 70С. Форма и размеры сечений торцов заготовок, свариваемых контактной стыковой сваркой
| Соединяемые поверхности, подлежащие стыковой сварке, должны быть рационально сконструированы. Форма и размеры сечений торцов свариваемых заготовок должны быть примерно одинаковыми (рис. 70С), т.к. в противном случае нагрев стыка будет неравномерным, что не обеспечивает одинаковой пластической деформации свариваемых заготовок при осадке. Различие в диаметрах соединяемых заготовок не должно превышать 15 %, а по толщине 10 %. Кроме того, при сварке сопротивлением необходимо обеспечить защиту торцов от окисления и облегчить вытеснение окисленного металла из рабочей зоны шва. Поэтому: - плоские свариваемые поверхности тщательно подгоняются; - в ряде случаев, с целью локализации нагрева, применяется специальная подготовка торцов (рис. 71С). При стыковой контактной сварке оплавлением к форме и размерам сечений торцов свариваемых заготовок предъявляются те же требования, что и при сварке сопротивлением (рис. 70С). Однако, специальной подготовки поверхности торцов под сварку не требуется. |
Рис. 71С. Подготовка поверхности торцов свариваемых заготовок при контактной стыковой сварке сопротивлением.
|
| Область применения. Приборостроение, энергомашиностроение, строительство. |
Точечная контактная сварка (рис. 72С)
| Точечная контактная сварка - контактная сварка, при которой шов получается в точке между деталями, расположенными между электродами, причем площадь сварной точки в контакте деталь-деталь приблизительно равна площади контактной поверхности электродов. Сварная точка - элемент точечного шва, представляющий собой в плане круг или эллипс. Ядро точки - зона сварной точки, металл которой подвергался расплавлению. Точечный шов - сварной шов, в котором связь между сваренными частями осуществляется сварными точками. |
Рис. 72С. Схема точечной контактной сварки
а – двусторонняя контактная точечная сварка; б – односторонняя контактная точечная сварка; в – циклограмма точечной контактной сварки.
Iсв – ток сварки; Рсв – сварочное усилие (давление); Рсж – услие (давление) сжатия свариваемых элементов; Рп – усилие проковки; tи – время протекания сварочного тока (время импульса сварочного тока); tсв – время сварки.
При точечной контактной сварке заготовки свариваются в отдельных точках поверхности взаимного соприкосновения. Для точечной сварки заготовки 1 и 2 собираются внахлёстку и сжимаются усилием (давлением) Рсж между двумя медными электродами 4. Затем, к свариваемым заготовкам от понижающего сварочного трансформатора 5 подается переменный сварочный ток (рис. 72С, а и в). Соприкасающиеся с хорошо проводящими ток медными электродами 4 зоны поверхностей свариваемых заготовок нагреваются медленнее соответствующих зон внутреннего соприкосновения заготовок друг с другом, имеющих большее сопротивление. Нагрев продолжается до расплавления зон внутреннего контакта, через которые проходит ток, и образования ядра точки. После этого ток выключается. Усилие сжатия Рсж после выключения тока либо остается неизменным, либо увеличивается до значения Рп (усилие проковки точки). Проковка точки с усилием сжатия Рп предотвращает появление трещин и раковин (пор). После небольшой выдержки в условиях сжатия давление снимается. В результате образуется литая сварная точка 3.
Различают двустороннюю (рис. 72С, а) и одностороннюю (рис. 72С, б) точечную контактную сварку.
При односторонней точечной сварке (рис. 72С, б) ток распределяется между верхней 1 (I) и нижней 2 (Iсв) заготовками, причём нагрев осуществляется частью тока, протекающей через нижнюю заготовку 2. Для увеличения этой части тока (Iсв)предусмотрена хорошо проводящая электричество медная подкладка 6. Односторонней сваркой можно соединять заготовки одновременно в двух и более точках, но число заготовок не может быть больше двух. В массовом производстве, например, в автомобильной промышленности, для односторонней сварки используют многоточечные машины, которые могут иметь до 100 пар электродов и одновременно сваривать 200 точек.
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СВАРКИ
Основными параметрами точечной контактной сварки являются: плотность тока (величина тока сварки); усилие (давление) сжатия свариваемых элементов; время протекания сварочного тока; время сварки.
|
Основные типы соединений, получаемых точечной контактной сваркой (рис. 73С)
Рис. 73С. Основные типы соединений, получаемых точечной контактной сваркой
|
| Область применения. Вагоностроение, самолетостроение, приборостроение, судостроение, сельхозмашиностроение, строительство. Точечная сварка незаменима при изготовлении кузовов легковых автомобилей, кабин тракторов и грузовых автомобилей. |
Шовная контактная сварка (рис. 74С)
| Шовная сварка - контактная сварка, при которой усилие сжатия прикладывается непрерывно, ток течет непрерывно или прерывисто, детали располагаются между роликовыми электродами или роликовыми электродами и электродом-оправкой, в результате чего образуется ряд отдельных сварных точек, которые часто перекрывают друг друга. | |
|
Рис. 74С. Схема шовной сварки внахлестку а – двусторонняя шовная сварка внахлестку; б – односторонняя шовная сварка внахлестку; в – сварной шов, полученный шовной сваркой внахлестку
При шовной сварке заготовки свариваются по определённым линиям на поверхности взаимного соприкосновения. Для осуществления этой сварки используют электроды в виде плоских роликов, которые могут вращаться, обеспечивая перемещение поверхностей свариваемых заготовок аналогично прокатным валкам. В процессе шовной сварки листовые заготовки 1 и 2 (рис. 74С, а и б) соединяются внахлёстку и зажимаются между медными роликовыми электродами 4 усилием Рсж. После этого, от понижающего сварочного трансформатора 5 на электроды 4 подается переменный сварочный ток Iсв. Затем включается вращение роликов. При движении роликов заготовки под действием сил трения протаскиваются между ними со скоростью сварки Vсв. В результате непрерывного перемещения заготовок между роликами, находящимися под током, образуется сварной шов нужной длины. При сварке с перекрытием точек шов 3 будет герметичным (рис. 74С, в), а при сварке без перекрытия шов практически не отличается от ряда точек, полученных при точечной сварке. Так же как и точечную, шовную сварку можно выполнять при двустороннем (рис. 74С, а) и одностороннем (рис. 74С, б) расположении электродов. Различают две основных разновидности шовной сварки: 1. С непрерывным включением сварочного тока и непрерывным движением заготовок (рис. 75С). | |
Рис. 75С. Циклограмма шовной контактной сварки с непрерывным включением сварочного тока и непрерывным движением заготовок
| Рсв – сварочное усилие (давление); Рсж – усилие (давление) сжатия свариваемых элементов; Iсв – сварочный ток; Vсв – скорость сварки; tи – время протекания сварочного тока (время импульса сварочного тока); tсв – время сварки Цикл предназначен для сварки коротких швов, а также металлов и сплавов не склонных к перегреву ОСНОВНЫЕ РЕЖИМЫ СВАРКИ Основными режимами шовной контактной сварки с непрерывным включением сварочного тока и непрерывным движением заготовок являются: плотность тока (величина тока сварки); давление сжатия свариваемых элементов; время протекания сварочного тока (время импульса сварочного тока); скорость сварки |
Рис. 76С. Циклограмма шовной контактной сварки с прерывистым включением сварочного тока и непрерывным движением заготовок
| Рсв – сварочное усилие (давление); Рсж – усилие (давление) сжатия свариваемых элементов; Iсв – сварочный ток; Vсв – скорость сварки; tи – время протекания сварочного тока (время импульса сварочного тока); tп – время отключения сварочного тока (время паузы); tсв – время сварки Цикл предназначен для сварки длинных швов, а также металлов и сплавов, склонных к перегреву. Во время отключения сварочного тока (время паузы) свариваемые заготовки и ролики сварочной машины охлаждаются, что предотвращает их перегрев. |
| ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СВАРКИ Основными параметрами шовной контактной сварки с прерывистым включением сварочного тока и непрерывным движением заготовок являются:плотность тока (величина тока сварки); давление сжатия свариваемых элементов; время протекания сварочного тока (время импульса сварочного тока); время отключения сварочного тока (время паузы); скорость сварки | |
| Область применения. Шовная сварка применяется в массовом производстве при изготовлении герметичных соединений (топливные баки и другие сосуды из сталей и цветных металлов, а также из стальных листов с покрытием (оцинкованные, луженые, освинцованные и др.)). |
Высокочастотная (радиочастотная) сварка (рис. 77С, 78С)
| Высокочастотная сварка - контактная сварка, при которой переменный ток частотой не менее 10 кГц подается через механические контакты или наводится в детали и вызывает нагрев для сварки. Индукционная сварка - сварка давлением, при которой нагрев происходит наведенным электрическим током Применение высокочастотного тока (10 - 450кГц) позволяет получить более высокую концентрацию энергии, чем при дуговой сварке и других видах контактной сварки. При высокочастотной сварке заготовки нагреваются двумя способами: 1. Вихревыми токами, наводимыми в свариваемом изделии магнитным полем близко расположенного к изделию индуктора, подключенного к генератору тока высокой частоты (индукционная схема токоподвода рис. 77С). 2. Протекаемым по свариваемому изделию током в том случае, когда изделие включено непосредственно в цепь высокочастотного генератора (кондукционная схема токоподвода рис. 78С). |
Рис. 77С. Индукционная схема токоподвода
Трубная заготовка 1, имеющая зазор между кромками, помещается внутрь кольцевого индуктора 2 и зажимается в обжимных валках 4 с усилием Рсв. Под действием усилия сжатия зазор между кромками приобретает V-образную форму с вершиной в точке А, где обеспечивается контакт кромок. Валки 4 приводятся во вращение и перемещают исходную заготовку со скоростью Vсв. Ток I, поступающий от высокочастотного генератора, создает в индукторе магнитное поле, которое наводит в металле свариваемой заготовки электрический ток Iсв. Сварочный ток Iсв, проходя по периметру заготовки и встречая зазор между свариваемыми кромками, отклоняется к точке схождения кромок А (вершина V-образного зазора). В точке А создается максимальная концентрация энергии, что обеспечивает быстрый нагрев металла до температуры термопластического состояния (температура, при которой обеспечивается необходимая пластичность металла). Наличие ферритового сердечника 3 способствует большей концентрации энергии в кромках заготовки и тем самым уменьшает ширину зоны их разогрева. Обжимные ролики 4, одновременно с перемещением свариваемого изделия со скоростью сварки Vсв, обеспечивают сжатие нагретых кромок заготовки с усилием Рсв, что способствует формирование сварного шва 5 и образованию сварного соединения.
|
Рис. 78С. Кондукционная схема токоподвода
Трубная заготовка, имеющая зазор между кромками, зажимается в обжимных валках 4 с усилием Рсв. Под действием усилия сжатия зазор между кромками приобретает V-образную форму с вершиной в точке А, где обеспечивается контакт кромок. Валки 4 приводятся во вращение и перемещают исходную заготовку со скоростью Vсв. Ток Iсв, поступающий от высокочастотного генератора, подводится к кромкам свариваемого изделия через скользящие токоподводящие контакты 2. Проходя по периметру заготовки и встречая зазор между свариваемыми кромками, ток отклоняется к точке схождения кромок А (вершина V-образного зазора). В точке А создается максимальная концентрация энергии, что обеспечивает быстрый нагрев металла до температуры термопластического состояния (температура, при которой обеспечивается необходимая пластичность металла). Наличие ферритового сердечника 3 способствует большей концентрации энергии в кромках заготовки и тем самым уменьшает ширину зоны их разогрева. Обжимные ролики 4, одновременно с перемещением свариваемого изделия со скоростью сварки Vсв, обеспечивают сжатие нагретых кромок заготовки с усилием Рсв, что способствует формирование сварного шва 5 и образованию сварного соединения.
|
| ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СВАРКИ Основными параметрами высокочастотной сварки являются: величина тока сварки, частота тока сварки, усилие (давление) сжатия, скорость сварки. |
Преимущества, недостатки, область применения
| Область применения Сварка труб |
Сварка аккумулированной энергией
Конденсаторная сварка
| Конденсаторная сварка - вид сварки давлением, при котором сварка выполняется аккумулированной энергией. Энергия накапливается в конденсаторах при их зарядке от источника постоянного напряжения (выпрямителя В), а затем в процессе разряда преобразуется в теплоту, используемую для сварки. Эта теплота выделяется в контакте между соединяемыми заготовками при протекании тока, поэтому конденсаторную сварку можно отнести к способам контактной сварки. Существуют два способа конденсаторной сварки: бестрансформаторная, при которой конденсатор разряжается непосредственно на свариваемые заготовки (рис. 79С), и трансформаторная, при которой конденсатор разряжается на первичную обмотку сварочного трансформатора, ко вторичной обмотке которого подключены электроды, воздействующие на свариваемые заготовки (рис. 80С). | ||
Рис. 79С. Схема бестрансформаторной конденсаторной сварки
В левом положении переключателя П конденсатор С заряжается от источника постоянного тока В (выпрямитель), подключенного во вторичную обмотку повышающего трансформатора Тр.. При переводе переключателя П в правое положение происходит разряд конденсатора С на электроды сварочной машины Э. Сварочный ток Iсв обеспечивает сварку заготовок СЗ, предварительно сжатых усилием Рсж.
Бестрансформаторная сварка используется в основном для стыковой сварки.
Циклограмма бестрансформаторной конденсаторной сварки представлена на рис. 81С.
|
Рис. 81С. Циклограмма конденсаторной сварки Iсв – ток сварки; tсв – время сварки; Рсв – сварочное усилие (давление); Рсж – усилие (давления) сжатия свариваемых элементов; tи – время импульса сварочного тока (время разряда конденсатора). tи = 0,005 – 0,6с для бестрансформаторной сварки; tи = 0,001 – 0,01с для трансформаторной сварки
| |
Рис. 80С. Схема трансформаторной конденсаторной сварки
В левом положении переключателя П конденсатор С заряжается от источника постоянного тока В (выпрямитель), подключенного во вторичную обмотку повышающего трансформатора Тр1.. При переводе переключателя П в правое положение происходит разряд конденсатора С на первичную обмотку понижающего сварочного трансформатора Тр2. При этом, во вторичной обмотке трансформатора, связанной с электродами сварочной машины Э индуктируется сварочный ток Iсв большой силы, обеспечивающий сварку предварительно сжатых усилием Рсжсвариваемых заготовок СЗ.
Трансформаторная конденсаторная сварка предназначена в основном для точечной или шовной сварки, но может быть использована и для стыковой.
Циклограмма трансформаторной конденсаторной сварки представлена на рис. 81С.
| ||
| ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СВАРКИ Основными параметрами конденсаторной сварки являются плотность тока (величина тока сварки); давление сжатия свариваемых элементов; время разряда конденсатора (время импульса сварочного тока) | ||
| Область применения. Производство электроизмерительных и авиационных приборов, часовых механизмов, фотоаппаратов, элементов полупроводников и электронных схем | ||
Диффузионная сварка (рис. 82С)
| Диффузионная сварка - сварка давлением, при которой детали контактируют при установленном непрерывном давлении и нагреваются в области контакта или во всем объеме при установленной температуре в течении установленного времени. | |
Рис. 82С. Схема диффузионной сварки
При диффузионной сварке сварное соединение образуется в результате взаимной диффузии атомов в поверхностных слоях контактирующих материалов, находящихся в твердом состоянии.
Свариваемые заготовки 6 с тщательно зачищенными свариваемыми поверхностями помещаются на стол 4, находящийся в водоохлаждаемой рабочей камере 3. В рабочей камере создается разрежение 10‾5мм рт. ст. в результате откачки атмосферного воздуха вакуумным насосом Вн. Для повышения пластичности и ускорения процесса диффузии свариваемые заготовки 6 нагреваются до температуры Тн = 600 — 800°С нагревательным устройством 5 и к ним, с помощью штока 2 пневмо- или гидроцилиндра 1, прикладывается небольшое сдавливающее усилие Рсв. Продолжительность процесса сварки составляет около 5мин. В результате нагрева свариваемых деталей в вакууме происходит интенсивное очищение поверхностей от окислов и органических загрязнений. Сварные швы, полученные в результате диффузионной сварки, обладают высоким качеством и не имеют внутренних напряжений.
Циклограмма процесса диффузионной сварки представлена на рис. 83С.
| 
Рис. 83С. Циклограмма диффузионной сварки
Тн – температура нагрева;
Рсв – сварочное усилие (давление);
tн – время нагрева свариваемых элементов;
tсв – время сварки.
|
| ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СВАРКИ Основными параметрами диффузионной сварки являются: температура нагрева свариваемых элементов; время нагрева свариваемых элементов; сварочное усилие (давление); время сварки. | |
| Область применения Радиоэлектроника и электронная техника, приборостроение. Этим способом можно сваривать трудносвариваемые металлы: вольфрам, молибден, чугун, твердые сплавы, а также стекло с металлами. Можно получать многослойные изделия. |
Газопрессовая сварка (рис. 84С)
| Газопрессовая сварка - сварка давлением, при которой сопрягаемые поверхности заготовки нагреваются газокислородным пламенем и сварка выполняется с приложением сжимающей силы без присадочного металла. Сопрягаемая поверхность - поверхность одной детали, которая предназначена для соединения с поверхностью другой детали для формирования соединения. | |
Рис. 84С. Схема газопрессовой сварки
| Свариваемые детали 1 и 2 в месте их соединения (стыка) нагреваются специальной разъемной многопламенной газокислородной горелкой 3, в которую подается горючая смесь (ГС) – смесь технически чистого кислорода и горючего газа ацетилен, метан, пропан-бутановую смесь и др). Сопрягаемые поверхности нагреваются до пластического состояния или до оплавления кромок. После достижения в месте стыка заданной температуры свариваемые элементы сдавливаются внешним усилием Рсв. |
| ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СВАРКИ Основными параметрами газопрессовой сварки являются: температура нагрева стыка, мощность горелки; усилие (давление) сварки | |
| Область применения. Газопрессовая сварка применяется для соединения ответственных деталей подвижного состава железных дорог (буферные стержни, рессорные листы, паровозные дышла, рельсы и др.), при изготовлении арматуры железобетона, для соединения в производстве инструмента и др. Возможно использование горелок для термообработки (поверхностная закалка и нормализация и др.) изделий. |
Сварка прокаткой (рис. 85С)
| Сварка прокаткой - сварка давлением, при которой сжимающая сила, прикладываемая к нагретым или холодным заготовкам, создается прокатными валками. |
Рис. 85С. Исходная заготовка для сварки биметалла прокаткой (а) и схема сварки прокаткой (б)
Сварка прокаткой, как правило, применяется для получения биметаллических (многослойных) изделий. Такие изделия состоят из основы 1 (основной металл), обеспечивающей необходимую конструкционную прочность, и рабочего (плакирующего) слоя 2 с особыми свойствами (жаростойкость, жаропрочность, коррозионная стойкость и т.д.) (рис. 85С, а).
Горячую сварку прокаткой выполняют с предварительным нагревом пакетов в специальных нагревательных печах. Для уменьшения степени окисления поверхностей заготовок перед нагревом пакеты герметизируют сварным швом 3 по периметру (рис. 85С, а), а в ряде случаев сварку прокаткой производят в защитной атмосфере (вакууме или инертном газе).
Холодную сварку прокаткой применяют для получения двух- или трехслойных биметаллов, состоящих из стальной основы и плакирующих слоев из цветных металлов, например сталь + медь, сталь + латунь, медь + алюминий, алюминий + титан, алюминий + сталь + алюминий.
Сварка прокаткой выполняется следующим образом (рис. 85С, б).Поверхности соединяемых слоев перед сваркой тщательно зачищают. Пакет, состоящий из слоев 4 и 5, помещается между валками прокатного стана 6. К валкам прикладывается усилие Рсв и ролики приводятся во вращение, сообщая свариваемым заготовкам заданную скорость перемещения Vсв. Соединение компонентов биметалла происходит при их совместной горячей или холодной пластической деформации.
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СВАРКИ
Основными параметрами сварки прокаткой являются: усилие (давление) прокатки, скорость прокатки, температура прокатки.
|
| Область применения. Производство биметаллов в форме листов, полос, лент, фасонных профилей |
I I. I I. МЕХАНИЧЕСКИЙ КЛАСС (сварка в твердом состоянии или сварка давлением без нагрева): ультразвуковая сварка; сварка трением; сварка взрывом; холодная сварка.
Ультразвуковая сварка (рис. 86С)
| Ультразвуковая сварка(УЗС) - сварка давлением, при которой механические колебания высокой частоты и малой амплитуды и статическая сила формируют шов между двумя свариваемыми заготовками при температуре значительно ниже температуры плавления металла. | |||||||||||
| |||||||||||
| Область применения. Ультразвуковая сварка применяется для получения нахлесточных соединений. Можно сваривать фольгу, тонкие листы, проволоку малого диаметра, а также приварить тонкие листы и фольгу к заготовке неограниченной толщины. Особенно предпочтителен этот процесс для соединения разнородных материалов. Области использования - микроэлектроника, производство полупроводниковых приборов, нагревателей бытовых холодильников, приборов тонкой механики и оптики, сращивание концов рулонов различных тонколистовых материалов (медь, алюминий, никель и их сплавы). |
7 Рсв
Сварка трением (рис. 87С)
| Сварка трением – сварка давлением с нагревом соединяемых поверхностей в результате их трения друг о друга. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
  
 
  
6
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
5
Типы соединений, получаемых сваркой трением (рис. 88С)
| |||||||||
| Область применения. Сварка трением широкo применяется в машиностроении, инструментальном производстве, ядерной энергетике, электротехнической промышленности, тракторостроении, автомобилестроении, в авиакосмической технике, нефтяном и химическом машиностроении. | |||||||||
ЛЕКЦИЯ 15. Термические напряжения и деформации при сварке
| II. ТЕРМОДЕФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ при сварке характеризуются возникновением сварочных деформаций и напряжений, которые являются причиной образования трещин, а также изменения формы и размеров сварного изделия |
| СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ. Собственные напряжения и деформации, возникающие в результате сварки, называются сварочными напряжениями и деформациями. | |||
| ОБРАЗОВАНИЕ СВАРОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ СВАРКЕ | |||
| Основными причинами возникновения собственных напряжений в сварных соединениях являются: 1 - неравномерное распределение температур в металле при сварке; 2 – литейная усадка сварного шва; 3 - фазовые превращения в металле при сварке на стадии нагрева и охлаждения. | |||
| 1. Образование собственных напряжений в результате неравномерного нагрева металла при сварке | |||
| Все металлы при нагревании расширяются, а при охлаждении сжимаются. Процессы сварки плавлением характеризуются образованием в сварном соединении неравномерного объемного температурного поля. В результате этого степень расширения на стадии нагрева и укорочения на стадии охлаждения неравномерно нагретых слоев металла будет различной. Наличие неразрывной связи между нагретыми и холодными участками металла приводит к тому, что расширяющиеся при нагреве и укорачивающиеся при охлаждении слои металла, нагретые до высоких температур, встречают препятствие со стороны холодных слоев. В сварном соединении возникают собственные (внутренние) напряжения, направленные на преодоление этого препятствия. | |||
| 2. Образование собственных напряжений в результате литейной усадки сварного шва | |||
| В результате остывания и затвердевания жидкого металла сварного шва происходит его усадка. Явление усадки объясняется тем, что при затвердевании металл становится более плотным, в результате чего объем его уменьшается. Ввиду того, что металл шва жёстко связан с более холодным основным металлом, остающимся в неизменном объёме и противодействующим этой усадке, в сварном шве возникают собственные напряжения. При этом, чем меньше количество расплавленного металла, тем меньше значения возникающих напряжений. | |||
| Механизм образования собственных напряжений (рис. 35С) | |||
|
Рис. 35С. Образования собственных напряжений в результате неравномерного нагрева металла при сварке и литейной усадки сварного шва а - сварное соединение; б – заготовки и сварной шов, условно представленные раздельно; в – укорочение D l 1 шва при свободном сокращении; г – совместное сокращение D l 2 сварного соединения (заготовок и жестко связанного с ними сварного шва); В – ширина сварного шва. 1 – свариваемые заготовки; 2 – сварной шов. 4. Укорочение (усадка) сварного соединения вдоль оси Х Условно представим показанные в плане заготовку 1 (рис. 35С, б) и накладываемый на неё по всей длине продольный сварной шов 2 в виде двух раздельных объектов. Заготовка 1 в исходном состоянии не нагрета, т.е. имеет комнатную температуру. В отличие от неё сварной шов 2 в процессе получения был расплавлен, т.е. в начальный момент своего образования имеет очень высокую температуру. Из сопротивления материалов известно, что приращение длины D l любого тела, обусловленное температурным воздействием, определяется формулой Поскольку температура шва в результате остывания начнёт уменьшаться, то приращение температуры D t ° и, соответственно, приращение длины D l будут отрицательными, т.е. шов начнёт укорачиваться. Поскольку условно принято, что шов является отдельным объектом, температурному сокращению которого ничто не препятствует, то при полном охлаждении до комнатной температуры он сократится на величину D l 1 (рис. 35С, в) и при этом никаких напряжений внутри шва не возникнет, поскольку отсутствуют силы противодействия. Однако в реальных условиях, шов в момент окончания своего образования неразрывно связан с заготовкой (рис. 35С, г). В этом случае не нагретая заготовка будет препятствовать сокращения шва, в результате чего после полного остывания он сможет уменьшиться не на величину свободного сокращения D l 1, а на значительно меньшую величину D l 2 (рис. 35С, г). В сварном соединении возникнут собственные напряжения. Величина D l 2 окажется тем меньше, чем больше сопротивления окажет сокращению шва заготовка, т.е. чем она будет жёстче. Соответственно, чем жёстче будет заготовка, тем большую величину будут иметь собственные сварочные напряжения. 2. Укорочение сварного соединения вдоль оси Y происходит аналогично усадке вдоль оси Х. 3. Укорочение сварного соединения вдоль оси Z происходит аналогично усадке вдоль осей Х и У. | |||
| 3. Образование собственных напряжений в результате фазовых превращений в металле при сварке | |||
| Фазовые превращения происходят при нагреве металла выше определенных температур. Фазовые превращения при сварке вызывают растягивающие и сжимающие собственные напряжения в связи с тем, что эти превращения в некоторых случаях сопровождаются изменением объема свариваемого металла как на стадии нагрева, так и на стадии охлаждения. Например, на стадии нагрева углеродистых сталей происходит образование аустенита из феррита — этот процесс сопровождается уменьшением объема. На стадии охлаждения сварного соединения из высокоуглеродистых сталей при больших скоростях охлаждения аустенит образует мартенситную структуру, обладающую большим объемом, чем аустенит (мартенсит обладает меньшей плотностью, чем аустенит, и следовательно характеризуется большим объемом). При сварке низкоуглеродистой стали напряжения, возникающие от фазовых превращений, небольшие и практического значения не имеют. Закаливающиеся стали дают значительные объемные изменения, связанные с фазовыми превращениями. Вследствие этого, возникающие собственные напряжения могут иметь значительную величину. | |||
| 4. Образование остаточных напряжений при сварке | |||
| Напряжения от неравномерного нагрева, литейной усадки сварного шва и напряжения от фазовых превращений суммируясь, образуют собственные сварочные напряжения. Эти напряжения, как правило, превышают предел текучести металла. Поэтому, в сварном соединении образуются остаточные напряжения. | |||
| КЛАССИФИКАЦИЯ СВАРОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ | |||
| 1. Продолжительность существования сварочных напряжений | |||
| В зависимости от продолжительности существования сварочные напряжения разделяются на временные и остаточные. Временные напряжения образуются в период выполнения сварки в условиях неравномерного температурного поля источника теплоты. После выравнивания температур различных участков сварного соединения временные напряжения исчезают, если они не превышают предела текучести металла, или же переходят в остаточные, в случае достижения или превышения предела текучести. При сварке, как правило, временные напряжения превышают предел текучести металла, и в сварном соединении образуются сварочные остаточные напряжения, сохраняющиеся после сварки. При этом остаточные напряжения в любом сечении, полностью пересекающем тело, всегда уравновешены. | |||
| 2. Объем распределения сварочных напряжений | |||
| В зависимости от объемов распределения сварочных напряжений различают: - напряжения первого рода, действующие в макрообъемах, соизмеримых с размерами изделия или отдельных его частей; - напряжения второго рода, действующие в пределах одного или нескольких кристаллов (зерен) металла ; - напряжения третьего рода, действующие в пределах кристаллической решетки. Напряжения второго и третьего рода не имеют определенной ориентировки относительно координатных осей | |||
| 3. Пространственное расположение сварочных напряжений первого рода (рис. 36С) | |||
|
Рис. 36С. Схемы напряженного состояния а – линейное (одноосное) напряженное состояние; б – плоское (двуосное) напряженное состояние; в - объемное (трехосное) напряженное состояние. В зависимости от пространственного расположения сварочных напряжений первого рода в Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
 Сейчас читают про:
  7380 7104 | |||
, где a – коэффициент температурного расширения материала, D t ° – приращение температуры, l – начальная длина нагреваемого участка тела в направлении температурной деформации.
