Сварка
Шрифт:
В месте соударения метаемой пластины с основанием образуется угол , который перемещается вдоль соединяемых поверхностей. При соударении из вершины угла выдуваются тонкие поверхностные слои, оксидные пленки и другие загрязнения. Соударение пластин вызывает течение металла в их поверхностных слоях.
Поверхности сближаются до расстояния действия межатомных сил взаимодействия, и происходит схватывание по всей площади соединения. Продолжительность сварки взрывом не превышает нескольких микросекунд. Этого времени недостаточно для протекания диффузных процессов, сварные соединения не образуют промежуточных соединений между разнородными металлами и сплавами.
Прочность соединений, выполненных сваркой взрывом, выше прочности соединяемых материалов. Разрушение при испытании происходит на некотором расстоянии от плоскости соединения по наименее прочному металлу. Это объясняется упрочнением тонких слоев металла, прилегающих к соединенным поверхностям, при их пластической деформации.
Рис. 22.
Схема сварки взрывом:
1 – детонатор; 2 – взрывчатое вещество (ВВ);
3, 4 – соединяемые поверхности
Параметры сварки взрывом:
• скорость детонации – D;
• нормальная скорость метаемой пластины при соударении с основанием – Vн;
• угол встречи при соударении – .
Скорость детонации, определяемая типом взрывчатого вещества и толщиной его слоя, должна обеспечивать образование направленной (кумулятивной) струи без возникновения опасных для металла ударных волн.
Сварка взрывом как способ соединения металлов в твердой фазе была открыта в начале 60-х годов прошлого столетия одновременно в России и США.
Достоинства сварки взрывом:
• высокая скорость (несколько микросекунд) соединения;
• изготовление заготовок из разнородных металлов (биметалл);
• плакирование (покрытие слоем металла) поверхностей сталей металлами и сплавами с особыми физическими и химическими свойствами;
• возможность изготовления прямолинейных и криволинейных заготовок площадью от нескольких квадратных сантиметров до десятков квадратных метров;
• изготовление заготовок для штамповки и ковки;
• простота оборудования (собственно детали и заряд ВВ).
Недостатки сварки взрывом:
• защита персонала от детонационных волн при взрыве зарядов;
• обучение персонала работе со взрывчатыми веществами;
• изготовление специальных камер для сварки взрывом;
• невозможность механизации или автоматизации процесса.
Сварка трением
Сварка трением относится к процессам, в которых используется взаимное перемещение свариваемых поверхностей, давление и кратковременный нагрев. Сварка трением происходит в твердом состоянии при взаимном скольжении двух заготовок, сжатых силой Р. Работа, совершаемая силами трения при скольжении, превращается в теплоту, что приводит к интенсивному нагреву трущихся поверхностей. Таким образом, для сварки используется тепло, которое выделяется в стыке при трении двух поверхностей в результате преобразования механической энергии в тепловую. Трение поверхностей осуществляют вращением, возвратно-поступательным перемещением сжатых заготовок и колебательным перемещением одной из соединяемых деталей по отношению к другой.
Схемы сварки трением показаны на рисунке 23:
а) с вращением одной детали;
б) с вращающейся вставкой;
в) с вращением в противоположные стороны;
г) с возвратно-поступательным движением одной детали.
В результате нагрева и сжатия происходит совместная пластическая деформация. Сварное соединение образуется вследствие возникновения металлических связей между чистыми (ювенильными) контактирующими поверхностями свариваемых заготовок. На сопряженных деталях в месте стыка происходит интенсивный нагрев контактирующих поверхностей. Например, для углеродистых сталей обыкновенного качества температура достигает 900–1350 °C. При достижении температуры сварки процесс трения должен быть резко прекращен.
Окисные пленки на соединяемых поверхностях разрушаются в результате трения и удаляются за счет пластической деформации в радиальных направлениях. Сварка заканчивается естественным охлаждением деталей при повышенном сжимающем осевом усилии.
Выделяют несколько типов сварных соединений сваркой трением, которые показаны на рисунке 24:
а) сварка стержней встык;
б) сварка труб встык;
в) сварка встык стержня с трубой;
г) приварка стержня к листу;
д) приварка трубы к листу;
е) приварка стержня к массивной детали.
Основные технологические параметры сварки трением:
• скорость относительного перемещения (вращения) свариваемых поверхностей;
• продолжительность нагрева;
• удельное усилие сжатия заготовок;
• пластическая деформация, т. е. величина осадки;
• площадь сечения и конфигурация заготовки.
Рис. 23.
Схемы сварки трением
Преимущества стыковой сварки:
• высокая производительность;
• высокое и стабильное качество сварного соединения;
• возможность сварки разнородных металлов и сплавов;
• отсутствие вредных выделений;
• высокие энергетические показатели (например, при сварке трением углеродистой стали удельная электрическая мощность равна 15–20 Вт/мм2, а при электрической контактной сварке – 120–150 Вт/мм2);
• высокая скорость соединения деталей (машинное время в пределах 2–40 секунд);