Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Способи зварювання металів плавленням і пластичним деформуванням

Крім електродугового та газового зварювання на практиці широко застосовується ще багато інших способів зварювання: електрошлакове, контактне, термітне, тертям, вибухом, лазерне, електронним променем, плазмовим струменем, ультразвуком тощо.

Електрошлакове зварювання полягає в тому, що масивні деталі з’єднуються розплавленим металом (як і при електродуговому зварюванні), отриманим проходженням струму через струмопровідний флюс (шлак). Схема зварки показана на рис. 13.3.

Рис. 13.3 Схема електрошлакового зварювання

Масивні деталі розташовують на певній відстані одна від іншої. Місце з’єднання обмежують мідними повзунами, які охолоджуються водою. В зазор між деталями засипають спеціальний шлак. Він при нагріванні плавиться і, що важливо, проводить електричний струм. В шлак вставляють електроди так, що дістають до дна.

Електроди представляють собою стальний дріт діаметром 2,5-3 мм. Якщо зварювані деталі дуже масивні, то електродами і в той же час присадочним матеріалом можуть бути пластини товщиною 8-12 мм і шириною 80-150 мм. Вони кріпляться в спеціальній зварювальній головці. До електродів і однієї з деталей приєднують провідники від потужного джерела струму.

Електродами доторкуються до однієї з деталей, що спричиняє виникнення електричної дуги. Виділене тепло плавить шлак, який гасить дугу. Але поскільки розплавлений шлак проводить електричний струм і виділяє тепло, то уже плавиться не тільки шлак а й електрод. Розплавлений метал, захищений від доступу повітря, заповнює простір між деталями, оплавляючи їх торці. Коли біля дна зварочного простору метал кристалізується повзуни повільно піднімають аж до заповнення розплавленим металом.

Електрошлаковою зваркою за 1 прохід можна зварити деталі необмеженої величини. Якість зварювання висока. Зварювання високопродуктивне. Витрати електроенергії порівняно невеликі. Область застосування велика. Найбільш часто електрошлакове зварювання застосовують для зварювання виготовлених литтям плит, зварно-кованих конструкцій, станин потужних пресів, колінчатих валів корабельних дизелів, валів потужних турбін тощо.

Контактне зварювання металів – це процес з’єднання деталей нагріванням місця контакту струмом до пластичного або рідкого стану з послідуючим стискуванням.

По виду зварного з’єднання його розділяють на точкове, стикове та шовне (роликове). Характерною ознакою всіх видів контактного зварювання є застосування короткочасної теплової дії струму великої потужності. При зварюванні короткочасний струм може досягати 100000 А при напрузі 0,5-10 В.

Основними вузлами машин всіх видів контактного зварювання є знижувальний трансформатор і механізми створення притискувального зусилля.

Точкове зварювання використовується для з’єднання деталей внахлестку (рис. 13.4).

Рис. 13.4 Схема точкого зварювання

Для отримання зварювальної точки деталі 2 поміщають між електродами 3. за допомогою стиснутого повітря електроди затискають деталі з певною силою. В момент дії максимальної сили вмикається струм. Він проходить декілька секунд через електроди і деталі, що з’єднуються. Поскільки найбільший опір струму буде між зварювальними деталями, то саме в цьому місці струм викличе значне виділення тепла. Воно розплавляє метал деталей в точці контакту 5. В цей момент виключається струм, але електроди продовжують стискувати деталі, що з’єднуються (проковка). Після цього електроди розходяться, з’єднані деталі виймаються і охолоджуються.

Електроди виготовляються з міді або мідних сплавів. Від перегріву вони захищені водяним охолодженням. В електродах є канали по яких забезпечується циркуляція води. Величина вильоту електродів в зварювальних машинах встановлюється переміщенням верхнього і нижнього хоботів, в яких закріплені електроди.

Зусилля для стискування електродів встановлюється в залежності від товщини зварюваних деталей по спеціальному графіку, який додається до зварювального апарату. Зварювальний струм визначається теж виходячи з товщини зварюваних деталей.

Час стискування, проходження струму, проковки встановлюється рукоятками реле часу і витримується автоматично. Крім того, в реле часу передбачено встановлення проміжку часу між двома послідовними включеннями зварювальної машини.

Для підвищення продуктивності праці при масовому виробництві застосовують багатоточкове зварювання. наприклад, при зварюванні арматурних сіток для залізобетонних плит тощо.

Зварювальні машини можуть бути стаціонарні і переносні. Їх потужність сягає 600 КВт, густина струму не менше ніж 120 А/мм², тиск між електродами 20-120 МПа.

Стикове зварювання полягає в тому, що з’єднання деталей 2 відбувається по всій площині їх дотику (рис.13.5).

Рис. 13.5 Схема стикового зварювання

Воно поділяється на зварювання плавленням і зварювання опором. При зварюванні опором торцеві поверхні деталей обробляють, потім підводять одну до іншої встик і вмикають струм. Після нагрівання металу в місці контакту до пластичного стану деталі стискують і охолоджують.

При зварюванні плавленням не потрібна підготовка торців деталей, які з’єднуються. При цьому деталі підводять одна до одної. Вмикають струм. Торці деталей розплавляються і в цей момент деталі осаджують. Під час осаджування витискається рідкий метал з торців і разом з ним відводяться з країв забруднення. Внаслідок повного вилучення оксидів вдається отримати більш стабільні результати за якістю з’єднання. Зварювання плавленням може бути безперервним плавленням і з підігрівом. Попередній підігрів металу сприяє більш рівномірному нагріванню і деякому зниженню швидкості його охолодження, що запобігає гартуванню. Кольорові метали в основному зварюють опором, при великій густині струму.

Залежно від потужності і призначення стикові машини можуть бути ручної і автоматичної дії.

Шовне або роликове зварювання подібне до точкового тільки точки частково перекривають одна одну, утворюючи неперервний шов (рис. 13.6).

Рис. 13.6 Схема шовного зварювання

Електродами для шовного зварювання є ролики 1, які підключені до вторинної обмотки трансформатора 3. При зварюванні деталі 2 товщиною до 4 мм пропускають через ролики і включають електричний струм. В результаті утворюється суцільний герметичний шов.

Роликове з’єднання може бути неперервним і кроковим.

При неперервному способі зварювання деталі переміщаються між роликами неперервно і до них постійно підключена напруга. Поверхня деталей сильно перегрівається, електроди швидко зношуються, погіршуючи якість шва.

При перервному шовному зварюванні деталі переміщуються між роликами неперервно, проте струм вмикається періодично, тому шов буде пунктирним і не герметичним.

При кроковому шовному зварюванні в момент вмикання струму деталі зупиняються. Після застигання металу деталі переміщуються на певний крок.

При шовному зварюванні слід дотримуватись таких порад: короткі шви краще зварювати від одного кінця до іншого, довгі – від середини до кінців.

Останнім часом використовується імпульсне (конденсаторне) контактне зварювання. Відмінність від згаданих вище способів полягає в тому, що струм на контакти подається від конденсатора К імпульсами (рис.13.7).

Рис. 13.7 Схема імпульсного зварювання

Термітне зварювання полягає у використанні тепла, яке виділяється при згоранні термітної суміші. На практиці найбільш поширеними є суміші, виготовлені з порошків алюмінію або магнію. Алюмінієвий терміт включає 20 — 23 % алюмінію і 77 — 80 % залізної окалини.

При нагріванні за допомогою термосірників або електричної дуги до температури 1230 —1280 °С алюмінієвий терміт загорається. При горінні терміту відновлюється залізо, яке заповнює зазор між кромками деталі, які зварюються. На рис. 13.8 показано зварювання рейок.

Місце зварювання рейок з двох сторін закривається спеціальною формою. Над місцем з’єднання встановлюється тигель, в який засипається терміт. Після запалювання терміту відбувається виділення заліза, яке стікає в зазор між рейками. Розплавлений метал оплавляє краї рейок і кристалізується. В результаті отримується міцне з’єднання по Рис. 13.8

всьому перерізу.

Зварювання тертям. При цьому виді зварювання з'єднання відбувається за рахунок тепла, яке виділяється при терті між собою деталей та їх стисненні. Одна з деталей обертається навколо своєї осі, а інша притискується до неї. Завдяки тертю поверхні деталей нагріваються на певну глибину. Потім перша деталь зупиняється, а друга до неї міцно притискується. Відбувається міцне з’єднання.

Зварювання тертям здійснюють на токарному, свердлильному, фрезерному верстатах та на спеціальному обладнанні.

Зварювання тертям використовують при виготовленні ріжучого інструменту, різних валів, штоків з поршнями, пуансонів тощо.

Так, при виготовленні свердла великого діаметру хвостовик приварюють до його робочої частини. Це значно економить витрату дорогостоючого металу.

Зварювання вибухом. Цей спосіб зварювання заснований на використанні енергії направленого вибуху. Його використовують при з’єднанні масивних плит. Суть способу можна зрозуміти з рисунку (рис. 13.9). Дві заготовки розташовуються під кутом одна до іншої. Одна з них нерухома. На рухому заго-товку кладуть вибухівку. При вибуху рухома заготовка нахльостується на нерухому. Рис.13.9

Тиск, який при цьому виникає, надає імпульсу заготовці, яка розташована під вибухівкою.

Швидкість співударяння заготовок може досягати
1000 м/с. Співударяння деталей викликає пластичне течіння металу в їх поверхневих шарах, а на окремих ділянках спостерігаються зони, які нагріті до оплавлення.

За рахунок цього відбувається міцне і надійне з’єднання деталей.

Зварювання лазерним променем. Суть цього методу зварювання полягає у використанні тепла світлового променя, який виробляє оптичний прилад лазер. Промінь лазера особливий. В нього електромагнітні коливання когерентні та абсолютно паралельні між собою, що дає можливість за допомогою оптичної системи сфокусувати його в дуже малій точці. Це дає можливість сконцентрувати енергію променя на невеликій площині та отримати температуру, достатню для плавлення металу.

Зварювання лазерним променем можна здійснювати через оптичне прозоре середовище. Це дає можливість зварювати деталі у вакуумі. В балоні з скла розміщують деталі для зварювання, з нього відкачують повітря, а потім на місце зварювання спрямовують лазерний промінь і деталі зварюють. Звичайно таким методом зварюють дуже малі деталі для електронного обладнання, спеціального обладнання.

Велика густина потужності, локальність нагріву, мала зона термічного впливу зменшує деформацію виробів і дозволяє виконувати зварювання біля термочутливих елементів електронних схем.

Зварювання електронним променем. При зварюванні електронним променем зварювання відбувається методом плавлення металу деталей, які з’єднуються. Тепло для розплавлення металу виділяється при бомбардуванні його потоком електронів.

Потік електронів створюється спеціальною електронною пушкою. Катод пушки, завдяки термоелектронній емісії, створює хмарку електронів, які анодними напругами розганяються до великої швидкості. При ударі електронів по поверхні металу їх кінетична енергія перетворюється в теплову, що спричиняє значне нагрівання металу.

Таке зварювання можливе лише у вакуумі, бо потоку електронів можна надати великої швидкості тільки у вакуумі. Цей і обумовлює використання зварювання електронним променем. При електроннопроменевому зварюванні забезпечується велика концентрація нагріву, температура в точці зварювання досягає температури випаровування металу. Це дозволяє здійснювати свердління таких матеріалів, як сапфір, рубін, алмаз, тверде скло тощо. Завдяки високій густині енергії електронний промінь може забезпечити глибоке проплавлення місць з’єднань.

⇐ Предыдущая 12