20 Сварка давлением

Способы сварки в твёрдой фазе дают сварное соединение, прочность которого иногда превышает прочность основного металла. Кроме того, в большинстве случаев при сварке давлением не происходит значительных изменений в химическом составе металла, т. к. металл либо не нагревается, либо нагревается незначительно. Это делает способы сварки давлением незаменимыми в ряде отраслей промышленности (электротехнической, электронной, космической и др.).

Холодная сварка выполняется без применения нагрева, одним только приложением давления, создающим значительную пластическую деформацию (до состояния текучести), которая должна быть не ниже определённого значения, характерного для данного металла. Перед сваркой требуется тщательная обработка и очистка соединяемых поверхностей (осуществляется обычно механическим путём, например вращающимися проволочными щётками). Этот способ сварки достаточно универсален, пригоден для соединения многих металлических изделий (проводов, стержней, полос, тонкостенных труб и оболочек) и неметаллических материалов, обладающих достаточной пластичностью (смолы, пластмассы, стекло и т. п.). Перспективно применение холодной сварки в космосе.

Для сварки можно использовать механическую энергию трения. Сварка трением осуществляется на машине, внешне напоминающей токарный станок. Детали зажимаются в патронах и сдвигаются до соприкосновения торцами. Одна из деталей приводится во вращение от электродвигателя. В результате трения разогреваются и оплавляются поверхностные слои на торцах, вращение прекращается и производится осадка деталей, сварка высокопроизводительна, экономична, применяется, например, для присоединения режущей части металлорежущего инструмента к державке.

Ультразвуковая сварка основана на использовании механических колебаний частотой 20 кгц. Колебания создаются магнитострикционным преобразователем, превращающим электромагнитные колебания в механические. На сердечник, изготовленный из магнитострикционного материала, намотана обмотка. При питании обмотки токами ВЧ из электрической сети в сердечнике возникают продольные механические колебания. Металлический наконечник, соединённый с сердечником, служит сварочным инструментом. Если наконечник с некоторым усилием прижать к свариваемым деталям, то через несколько секунд они оказываются сваренными в месте давления инструмента. В результате колебаний сердечника поверхности очищаются и немного разогреваются, что способствует образованию прочного сварного соединения. Этот способ сварки металлов малых толщин (от нескольких мкм до1,5 мм) и некоторых пластмасс нашёл применение в электротехнической, электронной, радиотехнической промышленности. В начале 70-х гг. этот вид сварки использован в медицине (работы коллектива сотрудников Московского высшего технического училища им. Н. Э. Баумана под руководством Г. А. Николаева в содружестве с медиками) для соединения, наплавки, резки живых тканей. При сварке и наплавке костных тканей, например отломков берцовых костей, рёбер и пр., конгломерат из жидкого мономера циакрина и твёрдых добавок (костной стружки и разных наполнителей и упрочнителей) наносится на поврежденное место и уплотняется ультразвуковым инструментом, в результате чего ускоряется полимеризация. Эффективно применение ультразвуковой резки в хирургии. Сварочный инструмент ультразвукового аппарата заменяется пилой, скальпелем или ножом. Значительно сокращаются время операции, потеря крови и болевые ощущения.

Одним из способов электрической сварки является контактная сварка, или сварка сопротивлением (в этом случае электрический ток пропускают через место сварки , оказывающее омическое сопротивление прохождению тока). Разогретые и обычно оплавленные детали сдавливаются или осаживаются, т. о. контактная сварка по методу осадки относится к способам сварки давлением (см. Контактная электросварка). Этот способ отличается высокой степенью механизации и автоматизации и получает всё большее распространение в массовом и серийном производстве (например, соединение деталей автомобилей, самолётов, электронной и радиотехнической аппаратуры), а также применяется для стыковки труб больших диаметров, рельсов и т. п.

Диффузионная сварка

Своеобразным по своим физическим основам способом является диффузионная сварка. Диффузия в металлах часто играет существенную роль при сварке — иногда положительную, повышая прочность соединения, иногда отрицательную, способствуя образованию хрупких соединений и т. д.

Принцип диффузионной сварки заключается в том что с повышением температуры и времени нагрева ускоряется диффузия и увеличивается количество продиффундировавшего материала. Диффузия практически не наблюдается лишь при холодной сварке, наибольшего же развития она достигает при некоторых видах прессовой сварки.

Давление сминает неровности сопрягаемых поверхностей и обеспечивает плотное их прилегание. Затем начинается интенсивная диффузия с переходом атомов через поверхность раздела и образованием прочного соединения. Процесс диффузионной сварки заканчивается через 5 — 20 минут после достижения необходимой температуры.

Диффузионная сварка позволяет соединять многие трудно свариваемые металлы и некоторые неметаллические материалы. С помощью диффузионной сварки, например, прочно сварить сталь с графитом или алундом (окись алюминия). По признаку одновременного использования нагрева и давления диффузионная сварка близка к прессовой. Недостатком ее является сложность аппаратуры и процесса, а также большая длительность последнего, связанная с медленностью диффузии в твердых телах.

Сварка взрывом, или взрывная сварка — метод сварки на основе использования энергии взрыва; разновидность обработки металлов взрывом[1].

При сварке взрывом привариваемая (метаемая) деталь располагается под углом к неподвижной детали-мишени (основанию) или параллельно (в большинстве случаев) и приводится в движение контролируемым взрывом, в результате чего с большой скоростью соударяется с ней; соединение образуется за счет совместной пластической деформации поверхностей.

Сварка взрывом применяется для соединения деталей из разнородных металлов[2], в частности для плакирования

Термитная сварка — способ сварки, при котором для нагрева металла используется термит, состоящий из порошкообразной смеси металлического алюминия или магния и железной окалины.

При использовании термита на основе алюминия соединяемые детали заформовывают огнеупорным материалом, подогревают, место сварки заливают расплавленным термитом, который предварительно зажигают (электродугой или запалом). Жидкое железо, сплавляясь с основным металлом, даёт прочное соединение. Сварка термитом на основе алюминия применяется для соединения стальных и чугунных деталей — стыковки рельсов, труб, заварки трещин, наплавки поверхностей при ремонте.

Термит на основе магния используется в основном для соединения телефонных и телеграфных проводов, жил кабелей и т. п. Из термитной смеси изготовляют цилиндрические шашки с осевым каналом для провода и выемкой с торца для запала. Подлежащие сварке концы проводов заводят в шашку, после чего шашку зажигают и провода осаживают. Термит на основе магния может быть использован также для сварки труб небольших диаметров.

Пайка

В отличие от сварки при пайке не требуется расплавления основного металла, что позволяет производить распай деталей. Наиболее широко пайку применяют в электро- и радиотехнике и приборостроении. В этих отраслях промышленности пайку производят для создания механически прочного, иногда герметичного, шва или для получения постоянного (нескользящего или разрывного) электрического контакта с небольшим переходным сопротивлением.

Пайка — технологическая операция, применяемая для получения неразъёмного соединения деталей из различных материалов путём введения между этими деталями расплавленного материала (припоя), имеющего более низкую температуру плавления, чем материал (материалы) соединяемых деталей.

Спаиваемые элементы деталей, а также припой и флюс вводятся в соприкосновение и подвергаются нагреву с температурой выше температуры плавления припоя, но ниже температуры плавления спаиваемых деталей. В результате, припой переходит в жидкое состояние и смачивает поверхности деталей. После этого нагрев прекращается, и припой переходит в твёрдую фазу, образуя соединение.

Прочность соединения во многом зависит от зазора между соединяемыми деталями (от 0,03 до 2 мм), чистоты поверхности и равномерности нагрева элементов. Для удаления оксидной плёнки и защиты от влияния атмосферы применяют флюсы.

Пайка бывает низкотемпературная (до 450 °C) и высокотемпературная. Соответственно припои бывают легкоплавкие и тугоплавкие. Для низкотемпературной пайки используют в основном электрический нагрев, для высокотемпературной — в основном нагрев горелкой. В качестве припоя используют сплавы оловянно-свинцовые (Sn 90 % Pb 10 % c t° пл. 220 °C), оловянно-серебряные (Ag 72 % с t° пл. 779 °C), медно-цинковые (Cu 48 % Zn остальное с t° пл. 865 °C), галлиевые (t° пл. ~50°С), висмутовые (сплав Вуда с t° пл. 70 °C, сплав Розе с t° пл. 96 °C) и т. д.

Пайка является высокопроизводительным процессом, обеспечивает надёжное электрическое соединение, позволяет соединять разнородные материалы (в различной комбинации металлы и неметаллы), отсутствие значительных температурных короблений (по сравнению со сваркой). Паяные соединения допускают многократное разъединение и соединение соединяемых деталей (в отличие от сварки). К недостаткам можно отнести относительно невысокую механическую прочность.

НАПЫЛЕНИЕ - нанесение вещества в дисперсном состоянии на поверхность изделий или полуфабрикатов в защитных или декоративных целях. Методы напыления: газопламенный, электродуговой, порошковый, жидкостный, плазменный, лазерный и др.

Виды термического напыления