12.1.3. Термомеханические и механические методы сварки.

Сварка термомеханическими и механическими методами осуществляется под давлением (сварка давлением). При термомеханических методах происходит оплавление, при механических методах оплавления нет, сварка происходит при пластическом течении металла.

Высокое давление в зоне контакта свариваемых заготовок обеспечивает на первой стадии - устранение оксидных пленок и смятие микронеровностей. На второй стадии формируется физический контакт заготовок, при котором заготовки сближаются так, что между атомами металла контактирующих поверхностей возникает межатомное взаимодействие за счет объединения электронных оболочек, т.е. создаются металлические связи и, таким образом, образуется сварное соединение.

Термомеханические методы сварки.

К этим относятся контактная сварка, диффузионная сварка в вакууме, сварка трением.

Контактная сварка (стыковая, точечная, шовная) – одна из наиболее распространенных технологий. Соединение свариваемых заготовок происходит в результате нагрева металла проходящим через контакт электрическим током и пластической деформации зоны соединения под действием сжимающего усилия.

При стыковой сварке соединение свариваемых заготовок происходит по всей площади стыкуемых поверхностей.

При контактной точечной сварке заготовки соединяют отдельными участками сварки – точками. Листовые заготовки собирают внахлестку, зажимают между электродами, связанными со сварочным трансформатором, при включении которого заготовки нагреваются кратковременным (0,01…0,5с) импульсом тока до появления расплавленной зоны в месте контакта деталей. Усилие после выключения тока сохраняется некоторое время для того, чтобы кристаллизация расплавленного металла проходила под давлением, что предотвращает усадочные дефекты - трещины и рыхлоты.

При шовной контактной сварке получают непрерывный шов на собранных внахлест листовых заготовках. Электродами являются контактные ролики, с помощью которых осуществляется протягивание заготовки.

Сварка трением образует соединение в результате пластического деформирования заготовок, предварительно нагретых в месте контакта теплотой, выделившейся в результате трения. Таким образом, основное отличие этой технологии в способе нагрева свариваемых поверхностей - за счет работы трения. Свариваемые заготовки устанавливают в зажимах машины трения, один из которых неподвижен, а второй может совершать вращательное и поступательное (вдоль оси заготовок) движения (рис. 12.1). При нагреве поверхностей до температуры пластического течения вращение заготовок прекращают и их дополнительно сдавливают (осадка), при этом образуется сварное соединение. Эта технология отличается высокой производительностью, простотой, возможностью соединять различные материалы. Ее, в частности, широко применяют при производстве концевого режущего инструмента (сверл), соединяя режущую часть инструмента из дорогой быстрорежущей стали с хвостовой частью из конструкционной стали.

Диффузионная сварка в вакууме производится при нагреве заготовок с помощью высокочастотных индукторов до температуры рекристаллизации свариваемых металлов и сжатии заготовок. В результате происходит взаимная диффузия в поверхностных слоях контактирующих материалов и прочное соединение частей. При диффузионной сварке детали не коробятся и соединения можно получить с высокой точностью размеров; свариваются разнородные металлы, металлы и сплавы с неметаллами.

Механические методы сварки. К ним относятся холодная сварка, сварка взрывом, ультразвуковая сварка.

Холодная сварка производится при больших давлениях (150…1000 МПа), она применяется для соединения заготовок из пластичных металлов. В зоне контакта свариваемых частей возникают деформации, приводящие к разрушению поверхностных пленок, смятию микронеровностей и, в конце концов, к сближению материала частей до межатомных расстояний и образованию металлических связей. Холодную сварку применяют при изготовлении радио- и электротехнических деталей, для соединения заготовок из цветных металлов и сплавов в электромонтажном производстве, для сварки проводов, токопроводящих шин и т.п.

Сварка взрывом применяется в основном для получения биметаллических изделий. Соединение частей (листов) происходит при направленном взрыве заряда взрывчатого вещества, вызывающем соударение этих частей. В поверхностных слоях соударяющихся частей металл течет подобно жидкости, происходит взаимная диффузия и заготовки свариваются. Таким образом, сварка взрывом в принципе аналогична холодной сварке; необходимое для сварки давление здесь обеспечивается за счет взрывной волны.

Ультразвуковая сварка основана на преобразовании ультразвуковых колебаний в механические. Для создания колебаний используют магнитострикционный эффект (изменение длины под действием магнитного поля), создавая высокочастотное магнитное поле. Колебания с ультразвуковой частотой вызывают в свариваемых частях деформации сдвига с одновременным нагревом локальных участков. Этот эффект, в сочетании с относительно небольшим усилием сдавливания, приводит к соединению поверхностей заготовок. Технологию применяют для соединения однородных и разнородных материалов (металлов, пластмасс).