Для сварки взрывом ВВ должны иметь скорость горения (детонации) не менее 1500…2000 м/с (так называемые бризантные ВВ). Так как ВВ обычно равномерно распределяется по поверхности свариваемой детали, то скорость сварки практически соответствует скорости детонационной волны.
Скорость соударения свариваемых элементов зависит от характеристик ВВ, конструкции и материала соединения.
Эта скорость может быть рассчитана по формулам гидрогазодинамики и составляет для стальных пластин около 1500 м/с. Давление, возникающее при этом между элементами, достигает 103…105 МПа.
Благодаря высоким скоростям сварки даже при значительном повышении температуры контактирующих слоев металла, вызванном соударением и деформацией пластин, процессы диффузии не успевают пройти. Поэтому сварка взрывом перспективна для получения соединений разнородных материалов (сталь— медь, сталь — алюминий, алюминий — титан и т. д.) и применяется как заготовительная операция в прокатном производстве при получении биметалла.
Энергетически сварка взрывом весьма выгодна, однако она применима лишь для ограниченного класса конструкций и типов соединений и, кроме того, ее осуществление требует специальных мероприятий по технике безопасности и организации рабочего места.
Контрольные вопросы.
1.Назовите основные способы термопрессовой сварки и их особенности.
2.Каковы физические особенности холодной сварки?
3.В чем состоят физические особенности высокочастотной сварки?
4.Каковы физические особенности ультразвуковой сварки?
5.Каковы физические особенности сварки трением?
6.Назовите физические особенности сварки взрывом.
130
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Гордеев В.Ф., Пустогаров А.В. Термоэмиссионные дуговые катоды.- М.: Энергоатомиздат, 1988.-192 с.
2.Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки: Учеб. пособие для вузов / Под ред. А.Г. Григорьянц. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. -664 с.
3.Еремин Е.Н. Плазменно-дуговые технологические процессы в сварочном производстве. Учеб. Пособие. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2000.-275с.
4.Ерофеев В.А. Прогнозирование качества электронно-лучевой и лазерной сварки на основе компьютерного моделирования / Под общ. ред. В.А. Судника, В.А. Фролова. – Тула: Тульск. гос. ун-т, 2002
5.Ерохин А.А. Основы сварки плавлением.- М.: Машиностроение, 1973.- 448с.
6.Зуев И.В. Обработка материалов концентрированными потоками энергии. - М.: Издательство МЭИ, 1998. – 162 с.
7.Кайдалов А.А. Электронно-лучевая сварка и смежные технологии – 2-е изд., перераб. и доп. – Киев: «Экотехнология», 2004. – 260 с.
8.Каракозов Э.С. Сварка металлов давлением. - М.: Машиностроение, 1986. -
280 с.
9.Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов. Справочник. /Н.Н. Рыкалин, А.А.Углов, И.В.Зуев, А.Н.Кокора.- М.: Машиностроение, 1985.- 496с.
10.Лесков Г.И. Электрическая сварочная дуга. М.: Машиностроение, 1970. 335 с.
11.Малаховский В.А. Плазменная сварка. М.: Высшая шк. 1987, 80 с.
12.Неровный В.М., Ямпольский В.М. Сварочные дуговые процессы в вакууме. – М.: Машиностроение, 2002. – 264 с.
13.Новожилов Н.М. Основы дуговой сварки в газах. – М.: Машиностроение, 1979.
–230 с.
14.Райзер Ю.П. Физика газового разряда: Учеб. руководство для вузов.- 2-е изд. перераб. и доп.- М.: Наука, Гл. ред. Физ-мат. лит. 1992. –536 с.
15.Сварка и свариваемые материалы: в 3-х т. Т.1 Свариваемость материалов. Справ./ Под ред. Э.Л. Макарова.- М.: Металлургия, 1991, 527 с.
16.Сварка и свариваемые материалы: в 3-х т. Т.2 Технология и оборудование. Справ. изд./ Под ред. В.М. Ямпольского.- М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1996, 574 с.
17.Сварка. Резка. Контроль: Справочник. В 2-х томах / Под общ. ред. Н.П. Алешина, Г.Г. Чернышова.- М.: Машиностроение, 2004. Т.1 / Н.П. Алешин, Г.Г. Чернышов, Э.А. Гладков и др. –624 с.
18.Теория сварочных процессов: Учеб. для вузов / В.Н. Волченко, В.М.Ямпольский, В.А. Винокуров и др.; Под ред. В.В. Фролова. –М.: Высшая шк.,1988. 559 с.
131
19.Теория столба электрической дуги. / В.С. Энгельшт, В.Ц. Гурович, Г.А. Десятков и др.- Новосибирск: Наука, Сиб. Отд-ние, 1990.- 376 с. (Низкотемпературная плаз-
ма. Т.1).
20.Физическая химия /Под ред. К.С. Краснова. – М.: Высшая школа, 1982. – 686
с.
21.Финкельбург В., Меккер Г. Электрические дуги и термическая плазма, - М.: ИЛ, 1961. –289 с.
22.Шиллер З., Гайзиг У., Панцер Э. Электронно-лучевая технология /Пер. с нем.-
М.: Энергия, 1980.-528 с.
23.Электронно-лучевая сварка /О.К. Назаренко, А.А. Кайдалов, С.Н. Ковбасенко и др.: Под ред. Б.Е. Патона.- Киев: Наук. думка, 1987. 256 с.
132
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................................................................................... |
4 |
ГЛАВА 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПРИ СВАРКЕ........... |
5 |
1.1. ВИДЫ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ СВЯЗЕЙ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ И МОНОЛИТНЫХ ......................................................... |
5 |
СОЕДИНЕНИЯХ.................................................................................................................................................... |
5 |
1.2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ СВАРНЫХ, ПАЯНЫХ И ............................................... |
8 |
КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ...................................................................................................................................... |
8 |
1.2.1. Механизм образования монолитных соединений твердых тел..................................................... |
8 |
1.2.2. Сварка плавлением и давлением..................................................................................................... |
10 |
1.2.3. Пайка и склеивание.......................................................................................................................... |
11 |
1.3. ТЕРМОДИНАМИКА И БАЛАНС ЭНЕРГИИ ПРОЦЕССА СВАРКИ...................................................................... |
13 |
1.3.1. Термодинамическое определение сварки ....................................................................................... |
13 |
1.3.2. Типовой баланс энергии при сварке................................................................................................ |
14 |
1.3.3. КПД сварочных процессов............................................................................................................... |
15 |
1.4. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ СВАРКИ.................................................................................................... |
16 |
1.4.1. Признаки классификации сварочных процессов............................................................................ |
16 |
1.4.2. Термические процессы..................................................................................................................... |
20 |
1.4.3. Термомеханические процессы......................................................................................................... |
20 |
1.4.5. Прессовомеханические процессы................................................................................................. |
21 |
1.5. ТРЕБОВАНИЯ К ИСТОЧНИКАМ ЭНЕРГИИ ДЛЯ СВАРКИ И ОЦЕНКА ИХ ЭФФЕКТИВНОСТИ........................... |
21 |
1.5.1. Оценка энергетической эффективности процессов сварки........................................................ |
21 |
1.5.2. Расчет энергоемкости процессов сварки...................................................................................... |
22 |
Контрольные вопросы и задания ............................................................................................................. |
25 |
ГЛАВА 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ДУГОВОМ РАЗРЯДЕ......................................................... |
27 |
2.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЯД В ГАЗАХ............................................................................................................. |
27 |
2.1.1. Виды разряда.................................................................................................................................... |
27 |
2.1.2. Возбуждение дуги и ее зоны ........................................................................................................... |
28 |
2.1.3. Вольт-амперная характеристика дуги......................................................................................... |
29 |
2.2. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПЛАЗМЕ ДУГОВОГО РАЗРЯДА .................................................................... |
30 |
2.2.1. Основные параметры плазмы........................................................................................................ |
30 |
2.2.2. Квазинейтральность. Плазменная частота и дебаевский радиус экранирования. |
|
Коллективные свойства плазмы.............................................................................................................. |
32 |
2.2.3. Идеальная плазма. Плазменный параметр.................................................................................... |
34 |
2.2.4. Эффективное сечение взаимодействия......................................................................................... |
35 |
2.2.5. Эффект Рамзауэра.......................................................................................................................... |
37 |
2.2.6. Упругие и неупругие соударения. .................................................................................................... |
38 |
2.2.7. Потенциал ионизации..................................................................................................................... |
39 |
2.2.8. Термическая ионизация ................................................................................................................... |
39 |
2.2.9. Фотоионизация............................................................................................................................... |
40 |
2.2.10. Деионизация.................................................................................................................................... |
41 |
2.2.11. Излучение плазмы........................................................................................................................... |
42 |
2.3. ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА В ПЛАЗМЕ................................................................................................................. |
43 |
2.3.1. Электропроводность ..................................................................................................................... |
43 |
2.3.2. Амбиполярная диффузия................................................................................................................. |
44 |
2.3.3. Теплопроводность плазмы.............................................................................................................. |
45 |
2.4. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕРМОДИНАМИКИ ПЛАЗМЫ.................................................................................................... |
46 |
2.4.1. Термическое равновесие.................................................................................................................. |
46 |
2.4.2. Уравнение Саха................................................................................................................................ |
49 |
2.4.3. Эффективный потенциал ионизации............................................................................................ |
50 |
2.5. БАЛАНС ЭНЕРГИИ И ТЕМПЕРАТУРА В СТОЛБЕ ДУГИ.................................................................................. |
51 |
2.5.1. Баланс энергии в столбе дуги ......................................................................................................... |
51 |
2.5.2. Температура дуги............................................................................................................................ |
54 |
2.5.3. Влияние газовой среды..................................................................................................................... |
54 |
2.6. ПРИЭЛЕКТРОДНЫЕ ОБЛАСТИ ДУГОВОГО РАЗРЯДА .................................................................................... |
54 |
2.6.1. Эмиссионные процессы на поверхности твердых тел................................................................. |
55 |
2.6.2. Катодная область......................................................................................................................... |
59 |
2.6.3. Анодная область.............................................................................................................................. |
64 |
2.6.4. Измерения в приэлектродных областях. ....................................................................................... |
65 |
|
133 |
2.6.5. Баланс энергии в приэлектродных областях................................................................................ |
66 |
2.6.6. Потоки плазмы в дуге...................................................................................................................... |
69 |
2.7. МАГНИТОГИДРОДИНАМИКА СВАРОЧНОЙ ДУГИ........................................................................................ |
70 |
2.7.1. Собственное магнитное поле дуги и сварочного контура.......................................................... |
71 |
2.7.2. Магнитное поле сварочного контура. Магнитное дутье............................................................ |
73 |
2.7.3. Внешнее магнитное поле................................................................................................................. |
74 |
2.7.4. Вращающаяся дуга .......................................................................................................................... |
76 |
2.8. ПЕРЕНОС МЕТАЛЛА В СВАРОЧНОЙ ДУГЕ ................................................................................................... |
78 |
2.8.1. Виды переноса металла .................................................................................................................. |
78 |
2.8.2. Импульсное управление переносом металла в дуге ...................................................................... |
80 |
2.9. СВАРОЧНЫЕ ДУГИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.................................................................................................... |
81 |
2.9.1. Особенности дуги переменного тока............................................................................................ |
81 |
2.9.2. Вентильный эффект....................................................................................................................... |
82 |
2.10. СВАРОЧНЫЕ ДУГИ С ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ.................................................................................. |
83 |
2.10.1.Ручная дуговая сварка электродами с покрытиями ................................................................... |
83 |
2.10.2. Сварка под флюсом........................................................................................................................ |
84 |
2.10.3. Металлические дуги в защитных газах и в вакууме.................................................................. |
85 |
2.11. СВАРОЧНЫЕ ДУГИ С НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ.............................................................................. |
87 |
2.11.1. Аргонодуговая сварка W-электродом.......................................................................................... |
87 |
2.11.2. W-дуга в гелии................................................................................................................................. |
88 |
2.11.3. Баланс энергии W-дуги................................................................................................................... |
89 |
2.11.4. Дуга с полым неплавящимся катодом в вакууме ....................................................................... |
90 |
2.12. ПЛАЗМЕННЫЕ СВАРОЧНЫЕ ДУГИ ............................................................................................................ |
91 |
2.12.1. Виды и особенности плазменных дуг........................................................................................... |
91 |
2.12.2. Газовые среды................................................................................................................................ |
93 |
3.12.3. Применение плазменной дуги........................................................................................................ |
95 |
Контрольные вопросы............................................................................................................................... |
95 |
ГЛАВА 3 ТЕРМИЧЕСКИЕ НЕДУГОВЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ.................................................. |
97 |
3.1. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ИСТОЧНИКИ ........................................................................................................ |
97 |
3.1.1. Формирование электронного пучка ............................................................................................... |
97 |
3.1.2. Основные физические характеристики электронного пучка...................................................... |
99 |
3.1.3. Взаимодействие электронного пучка с веществом................................................................... |
102 |
3.1.4. Применение электронно-лучевых процессов при сварке............................................................ |
103 |
3.2. ФОТОННО-ЛУЧЕВЫЕ ИСТОЧНИКИ ........................................................................................................... |
104 |
3.2.1. Полихроматический свет............................................................................................................. |
105 |
3.2.2. Когерентное излучение и его основные свойства...................................................................... |
107 |
3.2.3. Основные характеристики лазеров............................................................................................. |
110 |
3.2.4. Взаимодействие лазерного излучения с веществом................................................................... |
115 |
3.3. ГАЗОВОЕ ПЛАМЯ...................................................................................................................................... |
119 |
3.4. ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ СВАРКА (ЭШС) ..................................................................................................... |
120 |
3.5. ТЕРМИТНАЯ СВАРКА................................................................................................................................ |
121 |
Контрольные вопросы............................................................................................................................. |
121 |
ГЛАВА 4. ПРЕССОВЫЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВАРОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ................................... |
123 |
4.1. ПРЕССОВЫЕ СВАРОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ ...................................................................................................... |
123 |
4.1.1. Способы термопрессовой сварки................................................................................................. |
123 |
4.1.2. Кузнечная сварка............................................................................................................................ |
126 |
4.2. МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ.................................................................................................................... |
126 |
4.2.1. Прессово-механический контакт и холодная сварка................................................................. |
126 |
4.2.2. Трущийся контакт и сварка трением......................................................................................... |
128 |
4.3.3. Ударный контакт и сварка взрывом........................................................................................... |
129 |
Контрольные вопросы............................................................................................................................. |
130 |
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ............................................................................................................................. |
131 |
134