Технология конструкционных материалов. Способы получения деталей (за

водить после сварки термическую обработку. Все это определяет высокое качество сварных соединений. Этим способом свариваются все металлы и сплавы. Толщина свариваемых заготовок от нескольких десятых до сотен миллиметров.

Электронно-лучевую сварку применяют как для малогабаритных изделий электроники, так и для различных изделий машиностроения, в том числе крупногабаритных изделий энергетического и атомного машиностроения.

2.5. Лазерная сварка

Сварку лазером можно производить в любой среде, проводящей свет, на воздухе, в других газах, вакууме. Источником теплоты для сварки является концентрированный монохроматический световой луч, получаемый в установке, называемой лазером (оптический квантовый генератор). По возможности концентрации тепловой энергии лазерная сварка превосходит все другие способы.

Сварка лазером применяется для малогабаритных изделий в приборостроении (например, при производстве микропечатных схем в радиоэлектронной промышленности). Лазе-

121

ром можно прошивать отверстия весьма малого диаметра в любых материалах, в том числе в алмазах, рубинах, твердых сплавах.

3. Способы сварки давлением

3.1. Контактная сварка

При контактной сварке для нагрева свариваемых частей используют тепло, выделяемое при прохождении тока через место сварки. В месте контакта частей наблюдается увеличенное электрическое сопротивление по сравнению с другими участками цепи. После достижения в зоне сварки необходимой температуры свариваемые части для их соединения сдавливают. Контактная сварка легко автоматизируется и применяется в массовом производстве. Существуют три вида контактной сварки: стыковая, точечная, шовная.

Для стыковой сварки соединяемые части 1 (рис. 63) зажимают в контактных колодках (губках) 2 и 6 сварочной машины и пропускают через них ток большой силы, ин-

122

Стыковая сварка возможна при сечениях до 50 000 мм и более, причем форма на стыке может быть самой разнообразной: круглой, квадратной, фасонной (рельсы, уголки, трубы). Стыковую сварку применяют также для соединения штампованных листов. Прочность шва стыковой сварки не уступает прочности основного металла, поэтому стыковую сварку можно применять для ответственных соединений.

При точечной сварке свариваемые части 1 (рис. 64) зажимают между электродами 2, по которым пропускается ток большой силы от вторичной обмотки трансформатора. Вследствие большого сопротивления место контакта 3 свариваемых частей нагревается до термопластического состояния и под давлением электрода происходит сварка. Внутри полых электродов циркулирует вода для их охлаждения.

Шовной сваркой соединяют листы толщиной 0,3…3 мм из низкоуглеродистой стали и листы толщиной до 1,5 мм из коррозионно-стойкой хромоникелевой стали, латуни, бронзы, алюминиевых сплавов. Свариваемые части 1 (рис. 65) пропускают между вращающимися роликами-электродами 2

Р

123

шовной машины, через которые проходит ток, выделяющий тепло в месте соприкосновения свариваемых частей, в результате чего образуется сплошной шов 3.

Шовной сваркой получают всевозможные баки (например, в автотракторостроении), тару, трубы, сосуды, работающие под давлением, а также другие герметичные изделия из тонких металлических листов. Мощность машин для различных работ по контактной сварке колеблется от 0,1 до 600 кВА.

3.2. Диффузионная сварка в вакууме

Диффузионная сварка (рис. 66) основана на взаимной диффузии атомов в поверхностных слоях контактирующих материалов, находящихся в вакууме при 133 10 3…133 10 5 Па или в атмосфере инертных защитных газов, нагретых до

400…1300 С и сжатых до 10…20 МПа.

Рис. 66. Схема диффузионной сварки в вакууме: 1 сжимаю-

Нагреваются изделия индукционными токами высокой частоты, электронным лучом, контактным и другими способами.

Диффузионной сваркой соединяют однородные и разнородные металлы и их сплавы, а также неметаллические материалы (керамика, стекло, ситаллы, ферриты и т.п.) между собой и с металлами. Основное преимущество этого способа –

124

получение равнопрочного соединения без заметных изменений физико-механических свойств свариваемых соединений в зоне сварки.

3.3. Сварка трением

Сварка трением основана на преобразовании механической энергии в тепловую в процессе взаимного трения свариваемых поверхностей.

Свариваемые детали нагреваются до пластического состояния, после чего их сжимают осевыми усилиями. Так, в большинстве случаев сваривают встык детали круглого сечения, например трубы, стержни, некоторые режущие инструменты (сверла, метчики, развертки, концевые фрезы и пр.), изготовляемые из однородных и разнородных металлов, а также из различных пластмасс.

Трение поверхностей осуществляют вращением или возвратно-поступательным перемещением свариваемых деталей. Давление осадки не превышает 25 МПа при сварке легких и пластичных металлов и 250 МПа при сварке наиболее твердых металлов.

По производительности сварка трением не уступает контактной сварке оплавлением, а экономически она даже выгоднее ее, так как в этом случае потребляемая мощность в 5–10 раз меньше, чем при контактной сварке. Способ сварки трением прост, легко поддается автоматизации и программному управлению.

3.4. Холодная сварка

Холодная сварка давлением осуществляется без нагрева, лишь за счет больших усилий сжатия. Этим методом сваривают такие высокопластичные металлы, как свинец, алюминий, медь, кадмий, серебро, никель и др.

125

Перед сваркой тщательно очищают соединяемые поверхности от оксидов и загрязнений.

При холодной сварке необходима интенсивная пластическая деформация, заставляющая металл течь вдоль поверхности раздела и удаляющая оксиды и адсорбированные газы из поверхностного слоя. Очищенные ювенильные поверхности под действием высокого давления соединяются в одно целое за счет межатомных сил.

В настоящее время холодную сварку давлением применяют преимущественно для соединения встык или внахлестку некоторых алюминиевых и медных проводов, шин и ряда других деталей. Давление при сварке этих металлов составляет 150…1000 МПа. Для стыковой холодной сварки выпускают специализированные установки.

3.5. Ультразвуковая сварка

Ультразвуковой сваркой соединяют тонкие пленки с проводниками, присоединяют листы фольги к заготовкам неограниченной толщины, соединяют пластмассы с металлами. При ультразвуковой сварке неразъемное соединение образуется путем совместного воздействия на заготовки упругих колебаний ультразвуковой частоты и небольшого сдавливающего усилия от сварочного штифта.

Ультразвуковой сваркой пользуются в микроэлектронике и приборостроении при монтаже транзисторов, интегральных схем, герметизации приборов и т.д.

Ультразвуковую сварку применяют в приборостроении, радиоэлектронике, авиационной промышленности. Способ позволяет получать соединения разнородных материалов, например алюминия с медью, меди со сталью и т.п. Хорошо свариваются этим методом медь, алюминий и его сплавы, титан, цирконий, тантал, никель и много других высокопла-

126

стичных металлов и их сплавов; хуже свариваются малоуглеродистые, жаропрочные и инструментальные стали, а также магниевые сплавы.

Ультразвуком успешно сваривают не только металлы, но и различные неметаллические материалы, например хлорвинил, полиэтилен, капрон, нейлон, органическое стекло и т.п.

3.6. Сварка взрывом

При сварке взрывом (рис. 67) лист 3, привариваемый по всей плоскости к листу 4, устанавливают на расстоянии 2…3 мм и под углом к нему. На поверхность листа 3 укладывают взрывчатое вещество 2 (порох, гексоген и др.), которое воспламеняется от запальника 1. Сваривают на жесткой

стью, между ними образуется кумулятивная струя, которая разрушает и уносит оксидные поверхностные пленки и другие загрязнения. Поверхности сближаются до расстояния действия межатомных сил взаимодействия, и происходит схватывание по всей площади деталей. Образуется неразъемное соединение.

127

Прочность соединений, выполненных сваркой взрывом, выше прочности соединяемых материалов.

Сварка взрывом дает возможность соединять как однородные (серебро, алюминий, титан, медь, сталь и др.), так и разнородные (титан и сталь, титан и медь, алюминий и титан и т.д.) металлы.

4. Нанесение покрытий

Покрытия на поверхностях деталей предназначены для защиты от коррозии и окисления, износа, для снижения сопротивления трению, а также для использования в качестве слоя припоя или для восстановления первоначальных размеров изделия.

4.1. Наплавка

Наплавка один из процессов нанесения на поверхность детали слоя металла требуемого состава. Наплавку применяют при ремонте изношенных деталей для восстановления их исходных размеров и для изготовления новых изделий. Масса наплавленного металла обычно не превышает нескольких процентов от общей массы изделия.

Материалами для наплавочных работ служат: стали (углеродистые, легированные); сплавы на основе железа (высокохромистые чугуны, сплавы с бором и хромом, сплавы с кобальтом, молибденом или вольфрамовые); сплавы на основе никеля и кобальта; сплавы на основе меди; карбидные сплавы (с карбидом вольфрама или хрома); порошковые материалы для наплавки и напыления.

Способы наплавки

Ручная наплавка. Ручная наплавка подразделяется: на газовую, электродуговую покрытыми металлическими или угольными электродами; электродуговую в среде защитных газов; плазменной дугой и др.

128

Оборудование для ручной наплавки используется то же, что и для выполнения сварочных работ.

Газовая наплавка. Газовая наплавка осуществляется в условиях частичного оплавления основного металла при использовании высокотемпературного пламени, получаемого при сжигании смеси горючего газа с кислородом. Наиболее приемлемо для газовой наплавки ацетилено-кислородное пламя, обеспечивающее нагрев до высоких температур.

При наплавке таким способом используют горелку с соплом большого диаметра, нагревая основной металл науглероживающим пламенем при поддержании расстояния между ядром пламени и основным металлом 3 мм в условиях запотевания поверхности основного металла.

Подачу наплавочного металла и его плавление следует начинать после запотевания поверхности основного металла.

Дуговая наплавка покрытыми электродами. Способ основан на использовании электродов в виде стержней с покрытием, осуществляют обычно вручную.

Электродное покрытие служит для защиты ванны жидкого металла от кислорода и азота воздуха, стабилизации дуги, повышения технологичности процесса наплавки и введения легирующих элементов.

В состав электродного покрытия вводят также шлакообразующие и газообразующие компоненты, раскислители, стабилизирующие добавки. Состав покрытия электрода зависит от химического состава основного материала и назначения наплавленного покрытия.

Дуговая наплавка покрытыми электродами отличается низкой стоимостью оборудования, возможностью выполнения наплавки вручную не только черных, но и цветных металлов.

129

Автоматический и полуавтоматический способы дают возможность наплавки изделий сложной формы; применения широкого ассортимента наплавочных материалов; выполнения наплавки в полевых условиях.

Дуговая наплавка под флюсом. Дуга при наплавке электродными материалами (проволокой, лентой и др.) скрыта под слоем флюса, насыпаемого на поверхность основного металла.

Возможность наплавки при большой силе тока и высокой погонной энергии обеспечивает высокую производительность при хорошем качестве наплавляемого металла. Дуговая наплавка под флюсом дает наплавки изделий простой формы с большой площадью наплавляемой поверхности. Однако способ не пригоден для наплавки мелких изделий сложной формы.

Наплавка электродной проволокой под флюсом. При обычной одноэлектродной наплавке под флюсом для избежания чрезмерного проплавления основного металла необходимо тщательно выбирать наплавочный материал; ограничить глубину проплавления путем более плотной укладки наплавляемых валиков. Достижение нужной толщины наплавленного слоя обеспечивается многослойной наплавкой.

Многоэлектродную наплавку осуществляют обычно способом, при котором дуга возникает между двумя электродами. Способ сопровождается небольшим проплавлением основного металла в сочетании с высокой скоростью плавления электродной проволоки.

Наплавка электродной лентой под флюсом. Дуговую наплавку под флюсом (рис. 68) осуществляют с помощью электрода в виде широкой стальной ленты 2, располагаемого

130