Готовые работы по ТКМ 1,2,3,4,5,7 / домашка 5

СВАРКА АККУМУЛИРОВАННОЙ ЭНЕРГИЕЙ

Сущность сварки аккумулированной энергией заключается в том, что кратко­временный сварочный процесс осуществ­ляется за счет энергии, запасенной соот­ветствующим приемником, непрерывно заряжающимся и периодически разря­жающимся на сварку.

Существуют четыре разновидности сварки аккумулированной энергией: кон­денсаторная, электромагнитная, инерци­онная и аккумуляторная. Накопление энергии соответственно происходит в ба­тарее конденсаторов, в магнитном поле специального сварочного трансформато­ра, во вращающихся частях генератора или в аккумуляторной батарее.

Наибольшее промышленное приме­нение получила конденсаторная сварка. Энергия в конденсаторах накапливается при их зарядке от источника постоянного тока (генератора или выпрямителя), а за­тем в процессе их разрядки преобразуется в теплоту, используемую для сварки. На­копленную в конденсаторах энергию А (Дж) можно регулировать изменением емкости и напряжения зарядки:

А = CU²/2,

где С - емкость конденсаторов, Ф; U -напряжение зарядки конденсатора, В.

При конденсаторной сварке харак­терны: точная дозировка количества энер­гии, не зависящая от внешних условий, в частности от напряжения сети; малое время протекания тока (тысячные и деся­титысячные доли секунды) при высокой плотности тока, обеспечивающее неболь­шую зону термического влияния, что по­зволяет сваривать материалы малых тол­щин (до нескольких микрометров) и раз­нородные материалы между собой; способ отличается невысокой потребляемой мощ­ностью (0,2 ... 2 к В • А).

Существуют два способа конденса­торной сварки: бестрансформаторная, когда конденсаторы разряжаются непо­средственно на свариваемые детали, и трансформаторная, когда конденсатор разряжается на первичную обмотку сва­рочного трансформатора, во вторичной цепи которого между электродами поме­щены предварительно сжатые сваривае­мые заготовки.

Примером бестрансформаторной свар­ки служит ударная конденсаторная сварка рис. 5.36, а\ когда концы обкладок кон­денсатора подключены непосредственно к свариваемым заготовкам 2 и J, одна из которых жестко закреплена, а другая может перемещаться в направляющих 5. Если освободить защелку 4, удерживающую заготовку 2, то под действием пружины / она быстро переместится по направлению неподвижной заготовки 3 и ударится о нее. Перед соударением возникает мощ­ный разряд за счет энергии, накопленной в конденсаторе. Этот разряд оплавляет торцы обеих заготовок, которые после соударения свариваются между собой под действием силы осадки.

Бестрансформаторной сваркой мож­но сваривать встык проволоки и тонкие стержни разной толщины из разнородных металлов (вольфрам - никель, молибден -никель, медь - константан).

Трансформаторная конденсаторная сварка предназначена в основном для то­чечной и шовной сварки, но может быть использована и для стыковой. При этом способе разряд конденсатора преобразу­ется с помощью сварочного трансформа­тора (рис. 5.36, б). В левом положении переключателя П конденсатор С заряжа­ется от источника постоянного тока. В правом положении переключателя проис­ходит разряд конденсатора на первичную обмотку сварочного трансформатора Т2. Йри этом во вторичной обмотке индукти­руется ток большой силы, обеспечиваю­щий сварку предварительно зажатых ме­жду электродами заготовок.

Конденсаторную сварку применяют в производстве электроизмерительных и авиационных приборов, часовых меха­низмов, фотоаппаратов, элементов полу­проводников, электронных схем и т.п.

Схемы конденсаторной сварки:

а - бестрансформаторной; б - трансформаторной; Т1 - повышающий трансформатор; Т2 - сва­рочный трансформатор; С - конденсаторная батарея; В - выпрямитель; П – переключатель

ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ СВАРКА

Сущность высокочастотной сварки состоит в нагреве до пластичного состоя­ния соединяемых участков детали элек­трическими токами высокой частоты с последующим сжатием, обеспечивающим образование соединения.

Особенность нагрева токами высо­кой частоты состоит в использовании явления поверхностного эффекта, связанно­го с неравномерностью распределения тока по сечению проводника. Сущность его можно представить следующим обра­зом.

При протекании переменного элек­трического тока по проводнику вокруг него возникает переменное магнитное поле. Под воздействием этого поля значи­тельно возрастает индуктивное сопротив­ление центральной части проводника и происходит вытеснение тока в перифе­рийную часть (рис. 5.37, а). С увеличени­ем частоты тока неравномерность его распределения увеличивается и приводит к высокой плотности тока, а следователь­но, и к высокой (до 80... 95 %) концентра­ции тепловой энергии в поверхностном слое проводника, в данном случае - сва­риваемой детали.

Другая особенность высокочастотно­го нагрева заключается в эффекте близо­сти, возникающем в результате взаимодействия магнитных полей токов, проте­кающих в близко расположенных провод­никах. В зависимости от направления тока в зазоре между проводниками будет на­блюдаться увеличение или уменьшение суммарной напряженности магнитного поля. Это также приводит к неравномер­ности распределения тока в проводниках. В случае противоположной направленно­сти тока в заготовках (рис. 5.37, б) наи­большая плотность его будет в тех частях поверхности, которые обращены к друго­му проводнику.

Эффект близости совместно с по­верхностным эффектом способствует вы­сокой интенсивности нагрева поверхност­ного слоя свариваемой детали.

Токи высокой частоты могут подво­диться от внешнего источника (машинные или электронные генераторы) или возни­кать непосредственно в металле заготовки вследствие наведения в них ЭДС самоин­дукции в переменном магнитном поле. В последнем случае для создания в свари­ваемом изделии переменного магнитного поля необходимой конфигурации исполь­зуют специальный инструмент - ин­дуктор.

На рис. 5.38 представлена одна из высокочастотной сварки продольного стыка трубы. Токопроводящие контакты / подводят ток высокой частоты к кромкам сформированной из ленты трубной заго­товки 2. Возникающий вследствие поверхностного эффекта и эффекта близости ток концентрируется на стыкуемых по­верхностях кромок и нагревает их. В мес­тах контакта стыкуемых кромок (точка А) температура достигает 1200 ... 1300 °С. Трубная заготовка непрерывно подается в валки 5, которые придают ей необходи­мую степень обжатия. Вследствие большой интенсивности нагрева (8 ... 150)10 °С/с скорость сварки может достигать десятков и даже сотен метров в минуту, что значи­тельно больше, чем при контактной, шов­ной или дуговой сварке.

Процесс может осуществляться в ат­мосфере, в защитных газах, в вакууме, с применением флюсов и т.п. Зона термиче­ского влияния, характеризуемая струк­турными превращениями в основном ме­талле, очень мала: 0,15 ... 0,20 мм.

Высокочастотной сваркой могут сва­риваться стали, в том числе и высоколе­гированные, коррозионно-стойкие, мед­ные и алюминиевые сплавы, высокоак­тивные металлы и сплавы, а также соеди­нения из разнородных материалов толщи­ной 0,8 ... 14 мм. По сравнению с контакт­ной шовной высокочастотная сварка в 3-4 раза менее энергоемкий процесс. По­лученные соединения обладают высокой механической прочностью и отличаются стабильностью качества. Как правило, процесс высокочастотной сварки полно­стью автоматизируется: параметры режи­ма - сила тока, его частота, качество контакта, точность формовки и величины зазоров, а также давление осадки, ско­рость подачи заготовки - отслеживаются и корректируются следящими системами.

Рис 5.39. Схемы сварки трением:

а - с вращением одной детали; б - с вращением обеих деталей; в - с вращающейся вставкой; г - с возвратно-поступательным движением одной детали

СВАРКА ТРЕНИЕМ

Сварка трением происходит в твер­дом состоянии при воздействии теплоты, возникающей при трении свариваемых поверхностей.

Трение поверхностей осуществляет­ся вращением или возвратно-посту­пательным перемещением сжатых загото­вок (рис. 5.39). В результате нагрева и сжатия происходит совместная пластиче­ская деформация. Сварное соединение образуется вследствие возникновения ме­таллических связей между чистыми кон­тактирующими поверхностями сваривае­мых заготовок. Оксидные пленки на со­единяемых поверхностях разрушаются в результате трения и удаляются в радиаль­ных направлениях за счет пластической деформации.

На рис. 5.40 представлены основные фазы процесса.

Во время первой фазы /] устанавли­вается номинальная частота вращения. Эта фаза, характеризуется малыми значе­ниями коэффициента трения вследствие перехода от твердого к жидкому трению. Происходят нагрев и схватывание отдель­ных точек.

Во время второй фазы t₂ идет бы­строе нарастание потребляемой мощности и температуры в контакте; в трении уча­ствует вся поверхность стыка.

Наиболее длительная третья фаза /3, во время которой выделяется основная часть теплоты и происходит выравнива­ние температуры по стыку. Это сопрово­ждается спадом потребляемой мощности, что объясняется снижением прочности металла в стыке в связи с повышением температуры.

Основные параметры сварки трени­ем- скорость относительного перемеще­ния свариваемых поверхностей, продол­жительность нагрева, сила сжатия, вели­чина пластической деформации, т.е. осад­ки. Требуемый для сварки нагрев обу­словлен скоростью вращения, осевой си­лой и временем вращения. Для получения высококачественного соединения в конце процесса необходимы быстрое прекраще­ние движения и приложение осадочного сдавливания. Параметры режима сварки трением зависят от свойств свариваемого металла, площади сечения, конфигурации изделия.

Сваркой трением соединяют одно- и разнородные металлы и сплавы с различ­ными свойствами, например медь со ста­лью, алюминий с титаном и др.

На рис. 5.41 показаны основные ти­пы соединений, выполняемых сваркой трением. Соединения получают с доста­точно высокими механическими свойст­вами. В промышленности сварку трением применяют при изготовлении режущего инструмента, различных валов, штоков с поршнями, пуансонов и т.п. При сварке трением по сравнению с контактной сты­ковой сваркой снижаются затраты энер­гии (в 5—10 раз).