Технология и оборудование контактной сварки

Рис. 3.21. Шовно-стыковое соединение листов:

а — до сварки; б — после сварки

Повышенная склонность к выплескам и течение матрицы (А1) в зазор создают опасность разрушения хрупких волокон и снижения прочности материала. Поэтому прикладывают повышенное Fсв либо изменяют схему деформации, используя сварку с обжатием периферии (см. рис. 3.16,6).

При содержании волокон бора —50 % свариваемость резко ухудшается. Ядро становится вязким и неподвижным. Поверхностная оксидная пленка не удаляется, и соединение отсутствует. Плакирование поверхности, применение промежуточных накладок улучшает свариваемость таких материалов.

3.6.4. Сварка пакета из трех и более деталей

Такое сочетание осложняетпроцесс из-за появления дополнительных контактов и трудности надежного проплавления тонких наружных элементов.

Если с внешней стороны находятся более толстые или близкие по толщине детали, точечную и шовную сварку выполняют без особой сложности со сквозным проплавлением центральной. При расположении снаружи тонких деталей при­ меняют жесткие режимы. В сложных случаях используют технологические способы управления смещением плоскости теплового равновесия, как при сварке деталей неравной толщины.

3.6.5. Шовно-стыковая сварка

По сравнению с обычным соединением внахлестку шовно-стыковое (рис. 3.21) позволяет уменьшить массу узла, снизить остаточные напряжения и повысить усталостную прочность. Не возникает проблемы щелевой коррозии и за­ грязнения электродов. В ряде случаев такой способ сварки заменяет методы сварки

щения шва и получения прочности на уровне основного материала между роликами и деталями помещают тонкую ленту из материала деталей. Толщина ленты соста­ вляет 0,2—0,3 мм, а ширина на 30 % меньше ширины литой зоны. Такие соеди­ нения главным образом применяют для сталей (в том числе с легкоплавкими покры­ тиями) и титановых сплавов толщиной до 3 мм.

3.6.6. Шовная сварка с раздавливанием кромок

Ее также выполняют встык (рис. 3.22). Как и в предыдущем случае, необходимы специальные приспособления для закрепления деталей, аналогичные используемым при сварке плавлением. Благодаря малой нахлестке (В « s) и вы­ сокой концентрации теплоты кромки сминаются, раздавливаются, оксиды дробятся

де малых размеров ядра или «склейки», что обу­ словлено малым сопротивлением пластической деформации покрытия. Сварку таких сталей ве­ дут на сравнительно жестких режимах с увели­

при постановке некоторого количества точек начинается подплавление цинка в контакте элек­ трод — деталь. Этому способствует окисление

покрытия и рабочей поверхности электрода, повышающих температуру контакта и усиливающих массоперенос. Стойкость электродов и особенно роликов резко сни­ жается. Уже через 400—500 точек приходится восстанавливать их рабочую по­ верхность. Разрушение покрытия снижает антикоррозионные свойства узлов.

Стойкость электродов повышают снижением температуры в контакте, сокраще­ нием длительности импульса тока (жесткие режимы), увеличением продолжитель­ ности проковки, использованием точечной сварки с обжатием деталей вокруг элек­ трода, барьерных веществ, вводимых в зону контакта электрод — деталь, применением рельефной сварки. Лучшие результаты дает сварка по тонким галь­ ваническим покрытиям стабильной толщины (10—20 мкм). Стойкость электродов заметно повышается при использовании точек или швов уменьшенных размеров.

Стойкость роликов резко увеличивают при сварке с промежуточными электро­ дами в виде медной ленты или проволоки, непрерывно протягиваемой между роликом и деталями (рис. 3.25). Одновременно меньше разрушается цинковое покрытие из-за постоянного обновления рабочей поверхности промежуточного электрода и однократного массопереноса. В случае необходимости разрушенное покрытие восстанавливают местной металлизацией.

Другая особенность легкоплавких покрытий — малое сопротивление пласти­ ческой деформации. При относительно низкой температуре они размягчаются, де­ формируются, увеличивая площадь контактов. Для компенсации этого явления необходимо повышать сварочный ток на 20—25 % по сравнению со сваркой обычных сталей без покрытий.

Особые трудности отмечаются при сварке металлов с изоляционными покры­ тиями. Даже при их весьма малой толщине образуется большое количество дефек­ тов — выплесков и непроваров. Существуют лишь рекомендации по точечной сварке сталей с тонкими фосфатными покрытиями (толщиной менее 7 мкм), которые сравни­ тельно легко разрушаются под действием Fсв- В других случаях необходимо удалять покрытия из зоны сварки. Это достигается, например, при рельефной сварке в про­ цессе формирования и осадки рельефа, при использовании ультразвука.§

§ 3.7. ОДНОСТОРОННЯЯ СВАРКА

При этом методе сварочный ток подводят со стороны одной (верхней) детали (рис. 3.26). За один цикл сварки получают обычно две точки. В некоторых случаях — одну, когда второй электрод с увеличенным d.d используют в качестве токоподвода. Метод обеспе­ чивает высокую производительность, возможность соединения дета­ лей с одной стороны, снижение потребляемой электрической мощности (малая площадь сварочного контура машины), уменьшение коробле­ ния деталей (за счет симметричной одновременной приварки детали).

на печатных платах, гибридных, интегральных схем, гермегизации

ные проблемы в технологии и выборе оборудования: из-за относи­ тельно малого собственного сопротивления деталей и малых сва­ рочных усилий резко возрастает роль контактных сопротивлений как источников теплоты; нередко в контактах электрод—деталь выделяется почти столько же теплоты, сколько в сварочном контактеисключительная жесткость режима сваркиповышает чувствитель­ ность процесса к выплескам, массопереносу, увеличению рассеяния показателей прочности; большое разнообразие форм, размеров сочетаний толщины и материалов деталей создает сложности метал­ лургического порядка и затрудняет нахождение оптимальных режи­ мов сварки; более резкое влияние различных переменных факторов на качество сварных соединений (состояния поверхности, F J ^св» перекос электродов, их неточная установка и взаимный сдвиг’ массоперенос, большая крутизна нарастания /св, инерционность механизма сжатия, изменения сопротивления сварочного контура машины и др.). Все это усложняет получение высококачественных

соединений миниатюрных узлов.

Высокую устойчивость качества микросварки удается обеспечить лишь при ужесточении требований к машине (в отношении постоян­ ства параметров, малой инерционности механизма сжатия, достаточ­ ной жесткости сварочного контура), к технологии (в отношении тща­ тельной отработки всех элементов технологического процесса, вы­ бора оптимального режима, широкого использования контрольных приборов), к квалифицированному обслуживанию машин (в отно­ шении регулярной проверки состояния сварочного контура, осо­

объем металла деталей, нагретого до Т1Ш Например, при толщине 0,02 + 0,02 мм он составляет 0,00013 мм3, для 0 ,1 4- 0,1 — 0 015 мм3

передний фронт импульса тока. Режим сварки выбирают преимуще­ ственно жесткий (/св < 0,01 с) с использованием, как правило, кон­ денсаторных машин. Находят применение также машины перемен­ ного тока обычной и повышенной частоты. Иногда для предупрежде­ ния наружного окисления сварку ведут в контейнерах с защитной

атмосферой.

На рис. 3.27 показаны некоторые характерные случаи примене­ ния контактной микросварки. Контактные выводы интегральной схемы обычно соединяют с токопроводящей контактной площадкой основания микросхемы точечной сваркой сдвоенным электродом по типу односторонней сварки (рис. 3.27, а). Ток и усилие подводят

деталей. Часто в местах расположения рельефов в основания уста­ навливают сменные электродные вставки е плоской рабочей поверх­ ностью и внутренним водяным охлаждением. За один цикл сварки происходит одновременное образование всех точек. Основания укреп­ ляют на токоподводящих (контактных) плитах неподвижной нижней консоли (столе) и верхней подвижной головки машины (см. рис. 5.16).

В результате радиально направленной интенсивной пластиче­ ской деформации в области сварочного контакта (которая в 10— 15 раз больше, чем при точечной) идут процессы обновления поверх­ ности и схватывания с образованием связей в твердом состоянии. Во второй половине цикла сварки образуется зона взаимного рас­ плавления деталей. Соединение при рельефной сварке может воз­ никать и без расплавления (что особенно характерно для сталей, титановых сплавов). Однако литая зона стабилизирует прочность соединений, особенно при сварке коррозионно-стойких и жаропроч­ ных сталей и сплавов, а также облегчает последующий контроль.

При сварке алюминиевых и других сплавов, обладающих сравни­ тельно малой прочностью, штампованные рельефы быстро сминаются на большей части своей высоты еще до включения тока. Так проис­ ходит, например, на термически неупрочняемых алюминиевых спла­ вах. Лучшие результаты получают на рельефах, создаваемых вы­ садкой с формированием литой зоны.

Анализ кинетики процессов, протекающих при формировании соединений, показывает, что на этапе / плотность тока в контакте деталь—деталь оказывается весьма высокой (рис. 3.29, а). На этапе II интенсифицируется пластическая сдвиговая деформация. Преиму­ щественное направление течения металла — вдоль плоскости вну­ треннего контакта и в направлении впадины рельефа.

На этапе III возникает и развивается зона взаимного расплавле­ ния деталей диаметром d. Плотность тока в сварочном контакте уменьшается из-за увеличения диаметра уплотняющего пояска dn

ик концу цикла становится близкой к процессу точечной сварки. Также поэтапно изменяется (п9 формуе и уровню) плотность

тока в контакте электрод—деталь (рис. 3.29, а). В связи с развитой плоской поверхностью электродов и деталей она всегда ниже, чем при точечной сварке. Соответственно возрастает стойкость элек­ тродов.

^ J U k L t )

Л

Рис. 3.29. Характер изменения зоны сварки и эпюры плотности тока на различных этапах (/—/ / /) формирования рельефного соединения:

а плотность тока в контакте рельеф—деталь; 6 — то же, в контакте верхний электрод--* деталь; в — то же, в контакте нижний электрод—деталь

Формирование соединений при рельефной сварке отличается от формирования при точечной сварке. Характер изменения па­ раметров режима рельефной сварки показан на рис. 3.30 (по оси абсцисс отложено время в долях от /св). В связи о повышением температуры сварочного контакта в первые моменты пропускания тока гQQ иногда возрастает. Далее оно снижается из-за быстрого раз­ вития пластической деформации и увеличения площади сварочного контакта (диаметра уплотняющего пояска du). В течение примерно 0,5/св зазор между деталями захлопывается, и электроды сближаются. Затем по мере возникновения и развития расплавленной зоны элек­ троды начинают раздвигаться, как при точечной сварке. В соот­ ветствии с увеличивающимся диаметром литого ядра возрастает

прочность точек на срез F{

ср-

Гер,

даН

1600

то

1200

1000

600

600

400

t/tco