5.3. Диффузионная сварка в вакууме
Диффузионная сварка (рис. 79) основана на взаимной диффузии атомов в поверхностных слоях контактирующих материалов, находящихся в вакууме при 133 103…133 105 Па или в атмосфере инертных защитных газов, нагретых до 400…1300 С и сжатых до 10…20 МПа.
Нагреваются изделия индукционными токами высокой частоты, электронным лучом, контактным и другими способами.
Диффузионной сваркой соединяют однородные и разнородные металлы и их сплавы и металлокерамические изделия с металлами. Основное преимущество этого способа получение равнопрочного соединения без заметных изменений физико-механических свойств свариваемых соединений в зоне сварки.
5.4. Холодная сварка давлением
Холодная сварка давлением осуществляется без нагрева, лишь за счет больших усилий сжатия. Этим методом сваривают такие высокопластичные металлы, как свинец, алюминий, медь, кадмий, серебро, никель и др.
Перед сваркой необходимо тщательно очищать соединяемые поверхности от оксидов и загрязнений.
При холодной сварке необходима интенсивная пластическая деформация, заставляющая металл течь вдоль поверхности раздела и удаляющая адсорбированные газы из поверхностного слоя. Очищенные ювенильные поверхности под действием высокого давления соединяются в одно целое за счет межатомных сил.
В настоящее время холодную сварку давлением применяют преимущественно при соединении встык или внахлестку некоторых алюминиевых и медных проводов, шин и ряда других деталей. Давление при сварке этих металлов составляет 150…1000 МПа. Для стыковой холодной сварки выпускают специализированные установки.
5.5. Сварка трением
Для сварки трением используют преобразование механической энергии в тепловую, осуществляемое при взаимном перемещении свариваемых поверхностей.
Свариваемые детали нагреваются до пластического состояния, после чего их сжимают осевыми усилиями. Так в большинстве случаев сваривают встык детали круглого сечения, например трубы, стержни, некоторые режущие инструменты (сверла, метчики, развертки, концевые фрезы и пр.), изготовляемые из однородных и разнородных металлов, а также из различных пластмасс.
Для сварки трением используют переоборудованные токарные, сверлильные и прочие металлорежущие станки, а также специализированные сварочные машины мощностью 10, 20 и 40 кВт. Трение поверхностей осуществляют вращением или возвратно-поступательным перемещением свариваемых деталей по одной из схем, приведенных на рис.80. Давление осадки не превышает 25 МПа при сварке легких и пластичных металлов и 250 МПа при сварке наиболее твердых металлов.
П
о
производительности сварка трением не
уступает контактной сварке оплавлением,
а экономически она даже выгоднее ее,
так как в этом случае потребляемая
мощность в 5…10 раз меньше, чем при
контактной сварке. Способ сварки трением
прост, легко поддается автоматизации
и программному управлению.
5.6. Ультразвуковая сварка
У
льтразвуковая
сварка относится к процессам, в которых
используют давление и взаимное трение
в свариваемых поверхностях. Силы трения
возникают в результате действия на
заготовки, сжатые осевой силой Р,
механических колебаний с ультразвуковой
частотой. Для получения механических
колебаний высокой частоты используют
магнитострикционный эффект, основанный
на изменении размеров некоторых
материалов под действием переменного
магнитного поля. Изменения размеров
магнитострикционных материалов очень
незначительны, поэтому для увеличения
амплитуды S
и концентрации энергии колебаний, а
также для передачи механических колебаний
к месту сварки используют волноводы, в
большинстве случаев сужающейся формы.
При ультразвуковой сварке (рис.81) свариваемые заготовки 4 размещают на опоре 5. Наконечник 6 рабочего инструмента 3 соединен с магнитострикционным преобразователем 1 через трансформатор 2 продольных упругих колебаний, представляющих собой вместе с рабочим инструментом волновод. Нормальная сжимающая сила Р создается моментом М в узле колебаний. В результате ультразвуковых колебаний в тонких слоях контактирующих поверхностей создаются сдвиговые деформации, разрушающие поверхностные пленки. Тонкие поверхностные слои металла нагреваются, металл в этих слоях немного размягчается и под действием силы Р пластически деформируется. При сближении поверхностей на расстояние действия межатомных сил между ними возникает прочная связь. Сравнительно небольшое тепловое воздействие на свариваемые материалы обеспечивает минимальные изменения их структуры, механических и других свойств. Например, при сварке меди температура в зоне контакта не превышает 600 С, а при сварке алюминия 200…300 С. Это особенно важно при сварке химически активных металлов.
Ультразвуковой сваркой можно получать точечные и шовные соединения внахлестку, а также соединения по замкнутому контуру, см. рис. 81. При сварке по контуру, например по кольцу, в волновод вставляют сменный рабочий инструмент, имеющий окончание в форме трубы.
Ультразвуковой сваркой можно сваривать заготовки толщиной 0,001…1 мм, а также приваривать тонкую фольгу к массивным деталям.
Способ позволяет получать соединения разнородных материалов, например алюминия с медью, меди со сталью и т.п. Ультразвуковую сварку применяют в приборостроении, радиоэлектронике, авиационной промышленности. Хорошо свариваются этим методом медь, алюминий и его сплавы, титан, цирконий, тантал, никель и много других высокопластичных металлов и их сплавов; хуже свариваются малоуглеродистые, жаропрочные и инструментальные стали, а также магниевые сплавы.
Ультразвуком успешно сваривают не только металлы, но и различные неметаллические материалы, например, хлорвинил, полиэтилен, капрон, нейлон, органическое стекло и т.п.