48. Специальные виды сварки

Ультразвуковая сварка - неразъемное соединение, полученное совместным воздействием на свариваемые детали механических колебаний высокой частоты и сдавливающих усилий. Магнитострикционный эффект передается через трансформатор упругих колебаний 1, наконечник 2, представляющих собой вместе с рабочим инструментом 3 преобразователь, в результате чего на свариваемые детали 4 действуют силы колебательного характера, амплитуда которых составляет 20 - 40 мкм. В результате этого между свариваемыми деталями возникают силы трения, вызванные возвратно-поступательными движениями.

Это приводит к разрушению поверхностных пленок в зоне контакта, размягчению поверх-ностного слоя нагревающегося металла и пластической деформации, возникающей под действием сжимающих сил. В результате этого свариваемые детали сближаются настолько, что между ними возникают силы межатомного взаимодействия, формирующие прочное неразъемное соединение.

Ультразвуковую сварку применяют в случаях, когда нужно избежать большого нагрева химически активные материалы.

Сварка трением предусматривает взаимное перемещение свариваемых поверхностей относительно друг друга при одновременном сдавливании их. В результате этого свариваемые поверхности нагреваются силами трения, а имеющиеся на поверхности пленки оксидов, разрушаются и выдавливаются из зоны контакта в радиальном направлении. В результате возникшей пластической деформации очищенные от оксидов поверхности деталей сближаются до возникновения межатомных связей и металлургических реакций, сопровождающихся взаимной диффузией атомов.

После прекращения движения металл остывает, образуя прочное соединение. Особенностью этого процесса является мгновенная остановка взаимного перемещения, так как при замедленной остановке возможно разрушение контактного соединения. Сдавливающую нагрузку снимают после остывания контакта.

Электрошлаковая сварка представляет собой электротермический процесс, при котором преобразование электрической энергии в тепловую происходит при прохождении электрического тока через расплавленный электропроводный шлак. Сварка изделий, как правило, осуществляется в вертикальном положении с принудительным формированием шва. Для этого свариваемые детали собирают с зазором и скрепляют между собой.

В пространстве, образованном кромками изделий и формирующими приспособлениями, создается ванна расплавленного шлака, в которую погружают металлический электрод. Проходящий между электродом и основным металлом ток разогревает шлак, в результате чего происходит плавление электрода и кромок изделия, образуя сварочную ванну. Для предотвращения вытекания жидкого металла из пространства зазора к свариваемым деталям прижимают охлаждаемые водой медные пластины или ползуны. По мере охлаждения и формирования шва ползуны перемещают снизу вверх.

В отличие от дугового процесса под флюсом при электрошлаковой сварке почти вся электрическая мощность передается шлаковой ванне, а от нее -электроду и основному металлу. Количество тепла, выделяемого при электрошлаковом процессе, пропорционально току, напряжению, сопротивлению шлака и времени сварки. Это тепло тратится на плавление металла, нагрев шлака и теплоотвод.

Электрошлаковая сварка характеризуется наибольшей площадью нагрева и наименьшей сосредоточенностью энергии в зоне нагрева. Её применяют для сварки больших кожухов, турбин и других деталей толщиной до нескольких метров, когда обычные способы сварки неприемлемы.

Принцип лазерной сварочной установки похож на принцип действия установки для сварки электронным лучом, но в данном случае используется энергия светового потока. Световой поток создается в оптическом квантовом генераторе состоящем из лампы накачки и рабочего тела, которое излучает фотоны. Фотонный поток фокусируется оптическим устройством и направляется на деталь, создавая в месте контакта пятно нагрева. Однако современные лазерные установки еще очень дороги, а КПД их низок, что накладывает ограничение да данный вид сварки.

При кузнечной и газопрессовой сварке место соединения предварительно нагревают до сварочной температуры 1200-1300° С.

Наибольшая прочность и надежность соединений, полученных кузнечной сваркой, достигается:

• при сварке низкоуглеродистой стали с содержанием углерода 0,15-0,25%;

• при равномерном нагреве свариваемых мест до максимально допускаемой для стали данной марки температуры под сварку, так как существует предельная температура — «порог свариваемости», ниже которой механические свойства сварного соединения снижаются (например, для низко-углеродистой стали порогом свариваемости является температура 1100°С ниже которой сварку не производят);

• при использовании в качестве нагревательных устройств камерных и муфельных печей, так как нагрев в открытых горнах приводит к большому окислению металла.

Для улучшения свариваемости концы во время нагрева посыпают флюсами для шлакования окалины. В качестве флюсов используют мелкий просеянный кварцевый песок, буру, поваренную соль или смеси этих веществ.

Диффузионная сварка - способ сварки без расплавления основного металла за счёт нагрева и сдавливания соединяемых деталей. Диффузионная сварка проходит за счет пластической деформации микронеровностей на поверхности свариваемых заготовок при температуре ниже температуры плавления.

Отличительной особенностью является применение повышенных температур при сравнительно небольшой остаточной деформации. Технологические возможности диффузионной сварки позволяют широко использовать этот процесс в приборостроительной и электронной промышленности при создании металлокерамических и катодных узлов, вакуум-плотных соединений из разнородных материалов, полупроводниковых приборов, при производстве штампов. Диффузионная сварка находит применение для изготовления крупногабаритных заготовок деталей сложной формы, получение которых механической обработкой, методами обработки давлением или литьем невозможно или неэкономично. Особенно эффективно такое применение диффузионной сварки в опытном и мелкосерийном производстве. Перспективно получение многослойных пустотелых конструкций типа панелей из титановых или алюминиевых сплавов с наполнителем сложной формы (гофры, соты, ребра) методом совмещения диффузионной сварки и формообразования в режиме сверхпластичности.

Электронно-лучевая сварка

Сущность процесса состоит в использовании кинетической энергии потока электронов, движущихся с высокими скоростями в вакууме. Для уменьшения потери кинетической энергии электронов за счет соударения с молекулами газов воздуха, а также для химической и тепловой защиты катода в электронной пушке создают вакуум порядка 10-4... 10-6 мм рт. ст.

При сварке электронным лучом проплавление имеет форму конуса (рисунок 1). Плавление металла происходит на передней стенке кратера, а расплавляемый металл перемещается по боковым стенкам к задней стенке, где он и кристаллизуется.

Проплавление при электронно-лучевой сварке обусловлено в основном давлением потока электронов, характером выделения теплоты в объеме твердого металла и реактивным давлением испаряющегося металла, вторичных и тепловых электронов и излучением. Возможна сварка непрерывным электронным лучом. Однако при сварке легкоиспаряющихся металлов (алюминия, магния и др.) эффективность электронного потока и количество выделяющейся в изделии теплоты уменьшаются вследствие потери энергии на ионизацию паров металлов. В этом случае целесообразно сварку вести импульсным электронным лучом с большой плотностью энергии и частотой импульсов 100 ... 500 Гц. В результате повышается глубина проплавления. При правильной установке соотношения времени паузы и импульса можно сваривать очень тонкие листы. Благодаря теплоотводу во время пауз уменьшается протяженность зоны термического влияния. Однако при этом возможно образование подрезов, которые могут быть устранены сваркой колеблющимся или расфокусированным лучом.