107. Плазменная, электронно-лучевая, лазерная сварка

Плазменной называют сварку сжатой дугой. Столб дуги помещают в узкий канал, который ограничивает его расширение. Устройства для получения сжатой дуги называют плазмотронами.

Простейший плазмотрон состоит из изолятора, не-плавящегося электрода и медного, охлаждаемого водой сопла. В сопло тангенциально (по касательной к его цилиндрической поверхности) или аксиально (вдоль оси электрода) подают плазмообразующий инертный, нейтральный или содержащий кислород газ, который в столбе дуги нагревается до высокой температуры. Плазмотроны могут работать на постоянном и переменном токе.

Различают плазмотроны прямого и косвенного действия. В плазмотронах косвенного действия дуга горит между электродом и соплом. Их применяют при обработке неэлектропроводных материалов и в качестве нагревателей газов. Для сварки и резки чаще применяют плазмотроны прямого действия. В них дуга горит между электродом и обрабатываемым изделием.

Электронно-лучевая сварка. Широкое применение новых конструкционных материалов на основе тугоплавких и высокоактивных материалов (титана, циркония, молибдена, вольфрама и др.) потребовало создание способа их обработки источником тепла с высокой плотностью энергии в условиях защиты от взаимодействия с газами воздуха (кислородом, азотом). Наиболее полно этим условиям отвечает электронно-лучевая технология. При электронно-лучевой сварке кинетическая энергия пучка электронов используется для расплава стыка примыкающих друг к другу деталей и образования сварного шва. Электронный луч обеспечивает высокую удельную мощность на поверхности пятна нагрева.

Формирование сварного шва при электронно-лучевой сварке имеет ряд особенностей, обусловленных испарением свариваемого материала, силовым воздействием отдачи пара на расплавленный металл. Сварка производится в вакууме.

Лазерная сварка. При облучении поверхности тела светом энергия квантов (порций) света поглощается этой поверхностью. Образуется теплота, температура поверхности повышается. Если световую энергию сконцентрировать на малом участке поверхности, можно получить высокую температуру. На этом основана сварка лучом оптического квантового генератора — лазера. Лазерную сварку производят на воздухе или в среде защитных газов: аргона, С0₂. Сварные соединения отличаются высокой технологической прочностью, деформация сварных конструкций небольшая.

108. Сварка давлением и другие виды сварки

Сварка давлением. Образование сварного соединения происходит за счет пластического деформирования свариваемых частей без расплавления металла и перехода его в жидкое состояние. Иногда при сварке давлением применяют местный нагрев. При пластической деформации в зоне свариваемых кромок происходит трение, что ускоряет процесс установления межатомных связей между соединяемыми частями. Это называется зоной соединения.

Примеры сварки давлением. Сварка взрывом — сварка, при которой для создания давления используется энергия взрыва, при этом происходит соударение соединяемых деталей. Таким способом соединяют большие листы из разнородных материалов. Холодная сварка — сварка давлением при большой пластической деформации без внешнего нагрева соединяемых частей. Сварке подвергают только пластичные материалы (медь, алюминий, свинец и др.). По всей площади соединения сварка одинаково прочная. Ультразвуковая сварка — сварка давлением под воздействием ультразвуковых колебаний. Сварка трением — это способ сварки давлением, при котором детали нагреваются в тонких поверхностных слоях и очищаются от пленок загрязнений и окислов в результате трения сопрягаемых поверхностей. Сварка трением обеспечивает высокую производительность (до 600 сварок в час), высокое и стабильное качество соединения, возможность сварки однородных и разнородных материалов, потребляет мало энергии, имеет высокий КПД (до 85%), легко поддается механизации и автоматизации. Это экологически чистый процесс, при нем отсутствуют выделения газов и излучений.

Газопрессовая и высокочастотная сварка — сварка давлением — заключается в предварительном нагреве кромок соединяемых деталей с последующим деформированием их сварочным усилием для образования сварного соединения.

При газопрессовой сварке соединяемые кромки нагревают ацетиленокислородным пламенем с помощью специальных многопламенных горелок. Газопрессовой сваркой соединяют рельсы, трубы и другие профильные детали. Ее преимущества: высокая производительность по сравнению со сваркой плавлением, простота оборудования, возможность применения в полевых условиях. Недостаток — большой расход газов. Высокочастотная сварка (индукционная, радиочастотная) — это способ сварки давлением, при котором кромки деталей нагреваются током высокой частоты до температуры плавления. Нагрев деталей при высокочастотной сварке производят с помощью индуктора, располагаемого у свариваемого стыка и генерирующего в свариваемых кромках индукционные токи, или с помощью двух скользящих по поверхности детали электродов. Высокочастотной сваркой изготавливают прямошовные трубы из неочищенной горячекатаной малоуглеродистой стали. Применение радиочастот (более 400 кГц) позволяет сваривать продольные швы труб из алюминия, жаропрочных сплавов, легко окисляющихся металлов.

Нашли применение также кузнечная сварка, магнито-импульсная сварка, диффузная сварка, контактная сварка.