Технология и оборудование контактной сварки

1.Три стадии давлением

2. Понятия о вынужденной деформации при сварки давлением

При сварке давлением, как и при сварке плавлением, применяются следующие способы сближения и контактирования атомов на поверхности деталей: термические, механические, гравитационные и электромагнитные. Все способы сварки отличаются друг от друга только способом активации и сближения атомов, Например, при сварке плавлением активация и сближение достигается термическим способом с расплавлением большого объема металла, что сопровождается его порчей. При сварке давлением сближение и активация обеспечивается за счет механической энергии, при этом в процесс соединения вовлекается также большой объем металла, что сопровождается большой остаточной деформацией, которая является «вынужденной» деформацией. Величина «вынужденной» деформации - εв определяется в основном четырьмя факторами, что видно из следующей формулы: εв = εк Ку ЛнC

, где εк - показатель полного сближения поверхностей, Ку – деформационное упрочнение в контакте, С – показатель напряженного состояния в контакте, Лн – показатель локальности нагрева. В зависимости от условий контактирования, т.е. от показателей вынужденного деформирования - εв может принимать любые значения в пределах от 1 до 90%. Формула вынужденного деформирования показывает, что уменьшить осадку деталей, её вынужденную деформацию при сварке давлением можно, по крайней мере, тремя основными приемами. Первый из них - уменьшение деформационного упрочнения шероховатого слоя в контакте путем замедленного сжатия деталей при высоких температурах (Ку → 1). Сюда относятся такие способы как контактная сварка по способу Игнатьева, газопрессовая и диффузионная сварка. В этих случаях εв находится в пределах 5…15%. Второй приём – это резкое увеличение напряжённого состояния в шероховатом слое контакта путем чисто контактного сжатия (С › 10) – это сварка взрывом и импульсом магнитной энергии. В этом случае вынужденная деформация не превышает 1%. Третий прием – создание чисто контактного локального нагрева при одновременном сохранении условий, при которых не происходит деформационного упрочнения в контакте. Это достигается контактированием деталей с критической скоростью, при которой благодаря диффузионным процессам разупрочнение в шероховатом слое материала контакта преобладает перед его деформационным упрочнением. Эти условия обеспечиваются при контактных способах сварки (εв < 15%), в особенности при прецизионных способах контактной сварки, при которых εв→ 2…5%.

3. Особенности выделения теплоты при контактной сварке

В общем случае при контактной сварке могут действовать 3 источника тепоты Qэ-э = QДж + QП + QТ, где QДж - теплота Джоуля-Ленца, QП - теплота Пельтье, QТ - теплота Томсона.

Теплота Пельтье - 2-й термоэлектрический эффект (1834.), при котором выделение или поглощение теплоты происходит тогда, когда средняя энергия электронов в одной среде от¬личается от средней энергии электронов в контакте с другой средой. При этом если направление тока таково, что через контакт перемещаются электроны из среды с большей энер¬гией, - происходит выделение теплоты, с меньшей энергией - по¬глощение теплоты. Следовательно, в зависимости от направле¬ния тока теплота Пельтье складывается или вычитается из теплоты Джоуля. Теплота Пельтье проявляется в контакте между электродом и деталью, на границе между жидким ядром и его твердой оболочкой только при постоянном токе.

Теплота Джоуля-Ленца – 3-й электротермический эффект (1841–1842), при котором выделение теплоты в проводнике происходит пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени пропускания тока. Это основной источник теплоты при контактной сварке.

Теплота Томсона — 4-й термоэлектрический эффект (1856.).

Этот эффект возникает при перепаде температур по длине проводника с током. При прохождении потока электронов от горячего конца проводника к холодному они передают избыток энергии - происходит сложение теплоты Джоуля с теплотой Томсона. При обратном движении потока электронов от холодного конца к горячему происходит охлаждение проводника, т. е. потери теплоты Джоуля.

Термоэлектрическими явлениями 3 и 4 типа в общем случае при контактной сварке можно пренебречь. Их доля в общем балансе тепловыделения при контактной сварке не превышает 1%.