Лазерная сварка

Лазерное излучение - это высококонцентрированный источник нагрева. Плотное мощности лазера превосходит традиционные сварочные источники, включая электронный луч.

Одним из важных преимуществ лазерного излучения есть также возможность его легкого транспортирования на значительные расстояния с помощью оптических систем.

Источником лазерного излучения служат оптические квантовые генераторы. Это излучение возникло в результате генерации квантов света атомами активного вещества, предварительно приведенных в возбужденное состояние. Возбужденное состояние атомов может достигаться различными способами: за счет световой энергии, энергии химических pi акций, электрического разряда в газах, облучением электронным лучом и т.д.

В сварке применяют генераторы с использованием в качестве активного тела кристалла рубина (оксид алюминия, в котором часть атомов защищена атомами хрома - до 0,5%)

Диффузионная сварка

Сущность процесса

Диффузионная сварка материалов в твердом состоянии - это способ получения монолитного соединения, что образуется вследствие возникновения связей на атомарном уровне, которые появляются в результате приближения контактных поверхностей за счет локальной пластической деформации при повышенной температуре, что обеспечивает взаимную диффузию в поверхностных слоях соединяемых материалов.

Диффузионная сварка происходит за счет взаимной диффузии атомов контактирующих частей при относительно продолжительном воздействии повышенной температуры и незначительной пластической деформации.

Процесс взаимодействия материалов при диффузионной сварке условно делят на три последовательно существующих процесса:

- образование физического контакта, которое происходит в результате пластической де формации микронеровностей на поверхности деталей при их сближении до расстояния молекулярного взаимодействия (физическая адсорбция);

- активизация соединяемых поверхностей, которая приводит к химическому (валентному) взаимодействию, которую еще называют схватыванием;

- объемное взаимодействие соединяемых материалов, которое приводит к соединению в результате диффузии физических и химических дефектов строения металла в зоне стыка, образованию общих зерен в контакте, релаксации внутренних напряжений.

Высокочастотная сварка

Сущность процесса

Высокочастотная сварка - это процесс получения монолитного соединения за счет введения в свариваемые детали энергии тока высокой частоты и преобразования ее в теп лоту.

К главным факторам, что определяют процессы нагревания при сварке токами высокой частоты относится поверхностный эффект. Эффект близости и кольцевой эффект.

Поверхностный эффект имеет место при протекании через проводник переменного тока и заключается в неравномерном распределении плотности тока по поперечному сечению проводника. Это явление есть результатом того, что на центральные участки проводника действует больший магнитный поток чем на периферийные. В результате этого электродвижущая сила (ЭДС) самоиндукции, которая действует в центральных участках сечения про водника, больше чем ЭДС в его поверхностных зонах. Поскольку ЭДС самоиндукции направлена противоположно по отношению к ЭДС генератора переменного тока, что питает проводник, то плотность тока в поверхностных участках больше чем во внутренних участках проводника.

Эффект близости заключается в перераспределении плотности тока в проводниках, которые находятся рядом, вследствие их взаимного влияния.

Если два проводника расположены параллельно, составляют прямой и обратный про водники цепи переменного тока, то в каждый момент времени токи в каждом из них будут иметь противоположное направление

Електроискровая обработка заключается в использовании явления электролитической эрозии и переносе металла инструмента на наращиваемую поверхность детали при прохождении искровых разрядов между ними. Электроискровой обработке могут подвергаться все металлы и сплавы, обладающие электропроводностью, независимо от их твердости и термической обработки.

В электрических установках (рубильниках, контакторах, выключателях) в моменты замыкания и размыкания электрической цепи образуются искры, которые постепенно разрушают поверхность контактов. Это явление называется электрической эрозией. Особенно сильная эрозия наблюдается в цепях постоянного тока. Объясняется это тем, что между электродами, находящимися под напряжением, происходит ионизация воздуха, и тем самым создается узкий канал, проводящий ток. Электронная лавина (в виде искры), пробивая воздушный промежуток, переносит значительное количество электричества в очень короткий промежуток времени с катода на анод. При этом происходит нагрев небольшой части поверхности анода до очень высокой температуры (10 000°С…15 000°С), что приводит к расплавлению и даже испарению металла, который выбрасывается из искрового промежутка в виде жидких капель.

Обрабатываемая деталь является в электрической цепи анодом, а инструмент — катодом. Для того чтобы капельки металла не наращивались на инструменте и не изменяли его формы, процесс обработки ведут в жидкой среде (масло, керосин), не проводящей электрический ток. Инструмент закреплен в ползуне, совершающем вертикальные движения вверх-вниз с помощью соленоидного регулятора. Электрическая цепь состоит из источников постоянного тока, сопротивления, регулирующего напряжение и силу тока, и конденсатора, препятствующего превращению искры в электрическую дугу. Когда электрод опускается настолько, что между ним и изделием образуется небольшой зазор, проскакивает электрическая искра и происходит эрозия изделия. Затем электрод немного приподнимается, и цикл обработки, длящийся доли секунды, повторяется.

Для электроискровой обработки применяют установки, выполненные по различным схемам. Наиболее широко распространены установки с конденсаторной схемой. В ремонтных предприятиях могут быть применены низковольтные безконденсаторные схемы электроискровой обработки. Все эти схемы могут применяться без вибратора и с вибратором. При пробое межэлектродного пространства участок металла, пораженный импульсом, мгновенно расплавляется, так как температура достигает 6000-11000 °С. Действием динамических сил расплавленный и размягченный металл выбрасывается в окружающую среду или перебрасывается на противоположный электрод.

В зависимости от режима можно получить различную производительность и качество поверхности. Чем более жесткий режим, тем больше производительность и тем хуже чистота поверхности.

Электроискровую обработку можно применять в следующих случаях: для прошивки отверстий в деталях любой твердости (например, отверстий под шлицевые валики); для образования углублений (например, углублений под сегментные шпонки); для разрезания деталей любой твердости; для срезания изношенных участков закаленных деталей; для обдирки деталей после наварки сплавами любой твердости; для шлифовки деталей любой твердости. При ремонте строительных машин электроискровая обработка находит применение для обрезки изношенных частей, удаления сломанных крепежных деталей и инструмента, наращивания деталей, износ которых не превышает 0,05—0,06 мм (при тугих и напряженных посадках), для повышения износостойкости рабочих поверхностей деталей, для получения в деталях большой твердости отверстий под стопоры, отверстий, ограничивающих распространение трещин перед заваркой, при подготовке к металлизации деталей с высокой твердостью. При обработке электродом, включенным в электроискровую установку, благодаря высоким температурам и хорошему теплоотводу из участка нагрева происходит закалка поверхностных слоев. На поверхности детали создается твердый износостойкий слой. Кроме закалки, происходит диффузия элементов электрода инструмента в металл детали. Установлено, что глубина слоя диффузии легирующих элементов твердых сплавов в стальные детали зависит от продолжительности электроискровой обработки. Колебательный контур установки снабжен конденсаторными батареями, которые при питании постоянным током заряжаются, а при замыкании цепи разрядного контура разряжаются, за счет чего между деталью и электродом проскакивает искра. Искра в месте ее действия вызывает высокую температуру, приводящую к расплавлению части металла на поверхности детали. Частицы расплавленного металла за счет потока электронов отрываются от поверхности детали. Чтобы частицы металла не переносились и не оседали на поверхности электрода-инструмента, промежуток между деталью и электродом-инструментом заполняют керосином, минеральным маслом или другим диэлектриком, жидкостью, непроводящей электрический ток. Оторванные частички металла оседают в этой среде. Электроды при обработке разделены межэлектродным промежутком (5—100 мкм), необходимым для возникновения разряда. Процесс осуществляется в жидкой среде — керосине, маловязком минеральном масле. Жидкая среда должна иметь незначительную вязкость и химически нейтральна к материалу заготовки. Обрабатываемую заготовку подключают к положительному, а электрод-инструмент к отрицательному полюсу генератора импульсов. Электрод-инструмент может иметь различные виды движений: поступательное, вращательное и поступательное, вибрационно-поступательное. Точность обработки достигает 7—5-го квалитета при съеме припуска в несколько операций. Предварительная обработка ведется на грубых электрических режимах (высокая энергия импульса, малая частота), что обеспечивает высокий съем припуска с низкой точностью обработки и значительной шероховатостью поверхности. Окончательная обработка выполняется на мягких режимах (малая энергия импульса, высокая их частота (0,001 с и менее)), что повышает точность и качество поверхности. Точность обработки также зависит от условий, в которых она производится, и от скорости и способа удаления продуктов эрозии из зоны обработки, так как оторвавшиеся частицы металла могут попадать в зазор и вызывать дополнительные импульсы, увеличивающие этот зазор и снижающие точность обработки по диаметру. Наиболее эффективным мероприятием в этом случае является прокачка жидкости с продуктами эрозии из зоны обработки через полый обрабатывающий электрод. Электрод изготовляют из мягкой латуни или медно-графитовой массы, которым легко можно придавать любые формы и размеры. Этим методом можно обрабатывать как мягкие, так и самые твердые металлы (закаленные стали, твердые сплавы). Технологические показатели электроискровой обработки металлов зависят от применяемого режима в виде обработки. Так, при прошивке на жестком режиме (напряжение 150…200 В, сила тока короткого замыкания 10…60 А и емкость конденсатора 400…600 мкВ) можно получить чистоту, поверхности I и II классов, а объем металла 150…300 мм/мин; при прошивке на мягком режиме (напряжение 25…40 В, сила тока 0,1…1 А и емкость конденсатора до 10 мкФ) можно достичь чистоты поверхности, соответствующей VI и VII классам. Электроискровое наращивание позволяет наносить покрытия из любых металлов и сплавов независимо от их твердости. Это, а также низкая температура детали при обработке создают благоприятные условия для наращивания слоя металла на изношенных, закаленных поверхностях. Электроискровым наращиванием восстанавливают шейки осей опорных катков, посадочные места под подшипники на валах, стаканы подшипников, шейки под подшипники на осях и другие аналогичные поверхности деталей в неподвижных и переходных посадках. Износостойкость и усталостная прочность деталей машин, упрочненных электроискровым способом, в значительной степени зависит от применяемых режимов и упрочняющего материала.