2. Механічний клас зварювальних процесів

Механічні зварювальні процеси звичайно протікають без введення теплової енергії ззовні, хоча при механічному впливі в ряді випадків можливо часткове перетворення механічної енергії в зоні з'єднання в теплову. Нагрівання зони зварювання в цьому випадку знижує границю текучості матеріалів, що зварюються, поліпшує умови їхнього деформування, але іноді може зробити шкідливий вплив на детали (наприклад, у випадку герметизації зварюванням зібраних напівпровідникових приладів).

Механічна енергія для М(механічних)-процесів може вводитися здавлюванням, тертям, ультразвуковим впливом, вибуховою хвилею, причому тиск у цьому випадку прикладається до місця утворення з'єднання у всіх випадках без винятку. У зв'язку із цим при класифікації в назву процесів уведена приставка «пресові».

До найпоширенішим М-процесів ставляться способи холодного зварювання, зварювання ультразвуком, зварювання тертям і зварювання вибухом.

Білет 3, 13, 23

1. Контактне зварювання

Цей процес застосовують тільки для зварювання металів і основним джерелом енергії в ньому служить теплота, виділювана електричним струмом у зоні контакту деталей, що з'єднуються, електричне опір якої вище опору 'основного металу. Деяка кількість теплоти при контактному зварюванні може виділятися й в обсязі деталей, що зварюються, внаслідок роботи електричного струму при проходженні через внутрішній обсяг деталей, що мають деякий електричний опір. Для процесів «фотополяриметр пайки» і поверхневого зварювання по методу Игнатьева виділення кермової теплоти в обсязі деталей є домінуючим Кантором, а виділення теплоти в контакті електрод – деталь незначно.

Тиск при контактному зварюванні служить як для формування стійкого електричного контакту з певними характеристиками, так і для наступного деформування (проковування) зони зварювального з'єднання з метою поліпшення структури звареного шва й зменшення деформацій і напружень у зоні зварювання. Кількість енергії, затрачувана на створення тиску при контактному зварюванні, звичайно невелике й становить усього кілька відсотків від загальної энергії.

Загальна кількість теплоти Q, виділюване в електричному контакті, відповідно до закону Джоуля-Ленца визначається як

Q = I*Rt,

де I — струм, що текет через контакт; R — контактний опір; t - час.

При контактному зварюванні принципово можливо вести процес у двох варіантах: 1) з нагріванням металу до высокопластичного стану без плавлення; 2) із плавленням металу в зоні зварювання й утворенням литий структури (литого ядра). Обоє ці процесу знаходять промислове застосування, однак зварювання із плавленням енергетично вигідніше, тому що опір перехідного контакту в цьому випадку звичайно більше й потрібні менші зварювальні струми. Крім того, утворення литого ядра — відома гарантія одержання якісного звареного з'єднання, тому що ядро може бути значно більш просто проконтрольовано, чим зона деформації при зварюванні без плавлення.

2. Електрошлакове зварювання та наплавлення

Процес електрошлакового зварювання виник у свій час як подальший розвиток процесу дугового зварювання під флюсом, коли було встановлено, що при певних режимах електрод «закорачивается» на шар розплавлених шлаків і виділення теплоти відбувається при проходженні електричного струму через рідку жужільну ванну.

Загальна кількість теплоти, виділювана при ЭШС у зоні зварювання, визначається як добуток квадрату електричного струму на електричній опір жужільної ванни за певний проміжок часу.

Специфіка більше рівномірного виділення теплоти по обсязі зварювальної ванни в порівнянні зі зварюванням під флюсом при ЕШС дозволяє зварювати за один прохід деталі значних перетинів (до декількох квадратних метрів), що обумовило її широке поширення у важкому машинобудуванні.

Флюси для ЕШС відрізняються високою електропровідністю в розплавленому стані й низьких стабілізуючих властивостях стосовно дугового розряду. Наприклад, флюс АНФ-1 містить до 92% CaF₂ (плавикові шпати), що є активним антистабілізатором дуги.

Після розвитку початкового дугового розряду шлаки повністю шунтирует дугу й дуговий процес переходить у жужільний. Температура плавлення шлаків повинна бути вище, ніж температура плавлення металу, що зварюється.

ЕШС звичайно ведеться на змінному струмі при низькій напрузі (40...50 В) і робочих струмах до декількох тисяч амперів. Баланс енергії процесу ЭШС показаний на малюнку.

Рис. Приблизний тепловий баланс електрошлакового зварювання сталі товщиною близько 100 мм: 1 – плавлення дроту 23%; 2 – плавлення основного металу 60%; 3 – витрати на випромінювання 1,5%; 5 – перегрів металевої ванни 9%; 6 – нагрів повзунів 2,5*2=5%.

Білет 4, 14