Технология сварки

    Расход  флюса при этом способе сварки невелик и не превышает 5%-ной массы наплавленного металла. Флюс используется такой же, как и для дуговой сварки, или специальный.

    Плазмой называется частично или полностью ионизированный газ, состоящий из нейтральных атомов и молекул, а также электрически заряженных ионов и электронов. В таком определении обычная дуга может быть названа плазмой. Однако по отношению к обычной дуге термин «плазма» практически не применяют, так как обычная дуга имеет относительно невысокую температуру и обладает невысоким запасом энергии по сравнению с традиционным понятием плазмы. 

    Рисунок. Схема процесса плазменной сварки 

    Для повышения температуры и мощности обычной дуги и превращения ее в плазменную используются два процесса: сжатие дуги и принудительное вдувание в нее плазмообразующего газа. Схема получения плазменной дуги приведена на рисунке выше. Сжатие дуги осуществляется за счет размещения ее в специальном устройстве – плазмотроне, стенки которого интенсивно охлаждаются водой. В результате сжатия уменьшается поперечное сечение дуги и возрастает ее мощность – количество энергии, приходящееся на единицу площади. Температура в столбе обычной дуги, горящей в среде аргона, и паров железа составляет 5000–7000°С. Температура в плазменной дуге достигает 30 000°С.

    Одновременно  со сжатием в зону плазменной дуги вдувается плазмообразующий газ, который нагревается дугой, ионизируется и в результате теплового расширения увеличивается в объеме в 50–100 раз. Это заставляет газ истекать из канала сопла плазмотрона с высокой скоростью. Кинетическая энергия движущихся ионизированных частиц плазмообразующего газа дополняет тепловую энергию, выделяющуюся в дуге в результате происходящих электрических процессов. Поэтому плазменная дуга является более мощным источником энергии, чем обычная.

    Электронно-лучевая сварка. Этот вид сварки выполняется в камерах с разрежением до 10-4-10-6мм рт. ст. [133х(10-4-10-6)] Па. Теплота образуется за счет бомбардировки поверхности металла электронами, имеющими большие скорости, анодом является свариваемая деталь, а катодом - вольфрамовая спираль.

    Электронно-лучевая  сварка может выполняться без  колебаний и с колебаниями  электронного луча. По направлению  колебаний различают электронно-лучевую  сварку с продольными, поперечными, вертикальными и сложными колебаниями электронного луча

    Газовая сварка - сварка плавлением, при которой нагрев кромок соединяемых частей деталей производится пламенем газов, сжигаемых на выходе из горелки для газовой сварки.

    Газовое пламя чаще всего образуется в  результате сгорания (окисления) горючих  газов технически чистым кислородом (чистота не ниже 98,5%). В качестве горючих газов используют ацетилен, водород, метан, пропан, пропанобутановую смесь, бензин, осветительный керосин.

    При индукционной сварке (ИС) детали нагревают или вихревыми токами, наводимыми магнитным полем, создаваемым близко расположенным к изделию индуктором, подключенным к генератору токами высокой частоты (индукционная схема), или протекаемым током в случае, когда изделие включено непосредственно в цепь высокочастотного генератора (кондукционная схема токоподвода). Этим методом можно соединять черные и цветные металлы и их сплавы, а также пластмассы и синтетические ткани. При индукционном подводе тока соединяемые трубы перед обжимными валками проходят в непосредственной близости от трансформатора или индуктора. Две кромки трубы, расположенные с диаметрально противоположных сторон, подаются друг к другу под некоторым углом, образуя щель V-образной формы. При прохождении под индуктором в свариваемых деталях индуктируются вихревые токи, направленные противоположно току в индукторе. Встречая на своем пути V-образную щель, ток отклоняется к вершине угла схождения. В силу эффекта близости и поверхностного эффекта ток концентрируется в основном на свариваемых участках поверхностей, обращенных друг к другу, тем самым обеспечивая быстрый нагрев металла до температуры сварки. Нажимные ролики обеспечивают контакт свариваемых кромок трубы.

    Термитная сварка — процесс сварки металлических деталей жидким металлом заданного химического состава, получаемого в результате термитной (алюминотермической) реакции. Сущность термитной реакции заключается в том, что алюминий способен восстанавливать окислы металлов со значительным выделением тепла, в результате чего происходит изменение потенциального состояния энергии и рекристаллизация компонентов, участвующих в процессе: 

    Значительное  количество тепла, выделяемого при  термитной реакции, длительное время  сохраняет металл в жидком перегретом состоянии и дает возможность использовать его для технологических целей.

    В отличие от обычного процесса горения  термитная реакция может происходить  в замкнутых системах или даже в вакууме, так как реакция  происходит за счет кислорода, содержащегося в окислах металлов.

    Литейная  сварка. Сущность способа состоит в том, что подготовленное место сварки заливается жидким перегретым металлом, заготовленным в отдельном от изделия контейнере, например тигле. Процесс сварки сходен с производством отливок. Место сварки заформовывают, сушат, иногда прокаливают, изделие подогревают и заформованный стык заливают заранее подготовленным расплавленным, желательно перегретым металлом. Таким образом, сваривали изделия из благородных металлов, меди, бронзы (украшения, посуду и пр.), изготовляли свинцовые трубы для водопроводов. В настоящее время литейная сварка применяется редко, например, для исправления чугунных отливок.

    Контактная  сварка — процесс образования неразъемного сварного соединения путем нагрева металла проходящим через него электрическим током и пластической деформации зоны соединения под действием сжимающего усилия.

    Контактная  сварка преимущественно используется в промышленном массовом или серийном производстве однотипных изделий. Применяется на предприятиях машиностроения, в авиационной промышленности.

    Диффузионная  сварка - способ сварки без расплавления основного металла за счёт нагрева и сдавливания соединяемых деталей. В месте сварки деталей происходит диффузия одного металла в другой. Детали с тщательно зачищенными и пригнанными поверхностями помещают в закрытую сварочную камеру с разрежением до 0,01—0,001 н/м2, т. е. до 10-5 мм рт. ст. Детали сдавливают небольшим постоянным усилием, для повышения пластичности и ускорения диффузии нагревают до 600—800°С. Через несколько минут после окончания сварки детали охлаждаются, и их выгружают из камеры. При нагреве в вакуумной камере происходит интенсивная очистка поверхностей от органических загрязнений и окислов. Д. с. позволяет получать сварные швы высокого качества без внутренних напряжений и без перегрева металла в околошовной зоне. Этим способом можно соединять детали из одинаковых твёрдых и хрупких или разнородных материалов: из стали, твёрдых сплавов, титана, меди, никеля и их сплавов и т.д. Возможна сварка деталей из некоторых неметаллических материалов, например двух керамических или керамической с металлической. Д. с. применяется в основном в электронной промышленности, машиностроении, при производстве металлорежущего инструмента, штампов и др. Применение Д. с. ограничивается необходимостью иметь сложную и дорогую аппаратуру. Производительность Д. с. не очень высока из-за наличия таких операций, как вакуумирование камеры, нагрев деталей, выдержка для проведения диффузии.

    Индукционно-прессовая (высокочастотная) сварка - способ сварки, при котором металлы нагреваются токами высокой частоты. Соединяемые части (детали) располагаются под небольшим углом и соприкасаются в зоне сварки, где металл интенсивно нагревается до расплавления, сдавливается обжимными роликами и осаживается, образуя прочное сварное соединение.

      Качество сварного соединения  и расход электроэнергии обусловлены  особенностями протекания тока  высокой частоты по проводникам.  При протекании тока по проводнику  проявляется поверхностный эффект, заключающийся в неравномерном распределении переменного тока по сечению проводника: у наружной поверхности проводника наблюдается наибольшая плотность тока. При высокой частоте ток проходит лишь по тонкому поверхностному слою проводника. Вследствие поверхностного эффекта существенно увеличивается активное сопротивление проводников, и выделяющаяся энергия концентрируется в поверхностных слоях нагреваемого изделия.

    Газопрессовая сварка — вид сварки, при котором место соединения нагревается газокислородным пламенем до пластического состояния или до оплавления с последующим сжатием внешними осевыми усилиями.

      В качестве горючего при газопрессовой  сварке используют ацетилен, метан,  пропанобутановую смесь и др. Газопрессовую сварку применяют при сварке в стык стержней различного сечения, а также труб диаметром до 700— 800 мм.

    Важное  преимущество газопрессовой сварки—  относительная простота процесса; газопрессовая  сварка не требует мощных источников электроэнергии, используемых при контактной сварке.

    Термокомпрессионная сварка – это сварка, которая проводится при невысоких давлениях с подогревом соединяемых деталей. Достоинства: стабильность сварочного инструмента и его высокая стойкость, малая чувствительность к изменению режима, простота контроля основных параметров процесса. Недостатки: ограниченное число сочетаний свариваемых материалов (только пластичные), необходимость весьма тщательной подготовки соединяемых деталей.

    При приложении температуры и давления в момент осадки в результате течения  пластичного металла вдоль поверхности другого металла происходит очистка места соединения от оксидных плёнок, сближение поверхностей и образование между ними плотного контакта. После сварки за счёт развития процесса диффузии между свариваемыми материалами полученное соединение упрочняется.

    Основными параметрами режима термокомпрессии  являются: усилие сжатия Р, температура  нагрева инструмента или соединения Т, длительность выдержки под давлением t. Выбор давления определяется допустимой деформацией присоединяемого проводника или максимально допустимым давлением на присоединяемую деталь. Температура нагрева не должна превышать температуру образования эвтектики соединяемых материалов и колеблется для различных материалов от 250 до 450оС. Длительность выдержки устанавливается в зависимости от сочетания свариваемых материалов и определяется экспериментально путём оценки прочности соединения.

    Ультразвуковая  сварка выполняется за счёт возбуждения в свариваемых деталях упругих колебаний УЗ-частоты при одновременном создании определённого давления. Для УЗ-микросварки используют оборудование с частотами 22, 44, 66, 88 кГц. При УЗ-сварке температура нагрева непосредственно в зоне контакта не превышает 30…50% от температуры плавления соединяемых материалов, что позволяет использовать этот метод для соединения чувствительных к нагреву материалов.

    Прочность сварного соединения в основном определяется амплитудой колебания на рабочем  торце инструмента и давлением, приложенным к соединяемым деталям. При малой амплитуде в плоскости  контакта происходит замедлённое образование активных центров соединения. Чрезмерное увеличение амплитуды увеличивает напряжение среза, приводящее к разрушению части узлов схватывания.

    Основным  элементом установок УЗ-сварки является инструмент, форма и размер рабочей  части которого имеют важное значение для получения качественных соединений.

    Печная  сварка - (кузнечная, горновая), соединение пластическим деформированием (напр., с помощью молота) металлических изделий, нагретых в печах или горнах.

    Холодная  сварка, способ сварки металлов без нагрева при сдавливании соединяемых деталей. Х. с. обычно производится при комнатной температуре и при высоких давлениях — до 1 Гн/м2 (104 кгс /см2) и более, вызывающих пластическое течение металлов. Х. с. высокопроизводительна и экономична; особенно хорошо свариваются пластичные материалы (пластмассы, смолы и др.) и металлы с кубической гранецентрированной решёткой — алюминий, медь, никель, серебро, g-железо. Наиболее распространена Х. с. алюминия. Х. с. разнородных металлов, например алюминия и меди, позволяет избежать образования в месте соединения хрупких, малопрочных металлидов, возникающих при обычной сварке плавлением. Х. с. широко применяется в электротехнической, авиационной и др. отраслях промышленности.