Механические способы сварки

Соударение  метаемой пластины и основания сопровождается пластической деформацией, вызывающей местный нагрев поверхностных слоев  металла. В результате деформации и нагрева развиваются физический контакт, активация свариваемых поверхностей и образуются соединения.

Исследование  пластической деформации в зоне соударения по искажению координатной сетки  показало, что прочное соединение образуется только там, где соударение сопровождается взаимным сдвигом поверхностных слоев метаемой пластины и основания. Там же, где взаимный сдвиг отсутствовал, и в частности в зоне инициирования взрыва, прочного соединения не было получено. Очевидно, что «лобовой» удар метаемой пластины в основание без тангенциальной составляющей скорости и сдвиговой деформации в зоне соединения не приводит к сварке.

Соединяемые поверхности  перед сваркой должны быть чистыми (в особенности по органическим загрязнениям), так как ни действие кумулятивной струи, ни вакуумная сдвиговая деформация при соударении полностью не исключают вредного влияния таких загрязнений.

Сварка взрывом  дает возможность сваривать практически  любые металлы. Однако последующий  нагрев сваренных заготовок может вызвать интенсивную диффузию в зоне соединения и образование интерметаллидных фаз. Последнее приводит к снижению прочности соединения, которая при достаточно высоких температурах может снизиться практически до нуля. Для предотвращения этих явлений сварку взрывом проводят через промежуточные прослойки из металлов, не образующих химических соединений со свариваемыми материалами. Например, при сварке титана со сталью используют в качестве промежуточного материала ниобий, ванадий или тантал.

Сварка взрывом применяется для плакирования стержней и труб, внутренних поверхностей цилиндров и цилиндрических изделий.

Рис. 3 Плакированный взрывом подпятник пресса

Толщина плакирующей  трубы может быть от 0,5 до 15 мм, а  диаметр теоретически не ограничивается.

Применение  сварки взрывом, конечно, требует строгого соблюдения правил техники безопасности и хранения взрывчатки. Сварка взрывом  достаточно удобна для изготовления отдельных изделий сравнительно простой формы; регулирование процесса сварки возможно лишь приблизительное, так как результат зависит от плотности взрывчатки, равномерности ее размещения и прочих параметров, поддающихся лишь приблизительному регулированию. Для серийного и массового производства небольших деталей иногда более удобным может оказаться способ магнитно-импульсной сварки, во многом подобной сварке взрывом.  

Сварка трением

 

Для нагрева  места сварки можно использовать превращение механической энергии в тепловую при трении.

Сварка трением  иногда используется для заварки  днища у баллона для сжатых газов. Отрезок цельнотянутой стальной трубы с предварительно нагретым концом насаживают на быстро вращающуюся  оправку. К вращающейся заготовке  приближают обжимку, осаживающую металл и придающую ему полусферическую форму днища баллона. При быстром вращении заготовки осаживаемый металл быстро разогревается трением между обжимкой и заготовкой в процессе осадки; его температура не снижается, а растет за счет механической работы сил трения. В результате трения металл днища сильно разогревается и осаживается с образованием утолщения. Для соединения круглых цилиндрических стержней или трубок детали закрепляют в зажимах машины и приводят в соприкосновение торцами. Одна деталь остается неподвижной, другая приводится во вращение со скоростью 500- 1500 об/мин и все время прижимается к неподвижной детали. Вследствие трения торцы деталей быстро разогреваются и через короткое время доводятся до оплавления; автоматически выключается фрикционная муфта, прекращая вращение шпинделя; затем производится осевая осадка деталей. В ряде случаев способ оказался весьма эффективным. Он отличается высокой производительностью (машинное время для разных деталей 1,5-50 сек), высоким качеством и стабильностью сварки, поскольку процесс автоматизирован, все параметры (число оборотов, усилие осадки, время сварки) отличаются большим постоянством. Способ весьма экономичен и обладает высоким КПД. Потребление электрической мощности 15-20 вт/мм², а потребление электроэнергии в 7-40 раз меньше, чем при контактной электросварке; нагрузка трехфазной сети, питающей приводной электродвигатель, вполне равномерна;  cos f = 0,8.

Способ позволяет  сваривать разнородные металлы (алюминий с медью, алюминий со сталью, медь со сталью и пр.). Ширина зоны влияния сварного соединения не более 2-3 мм. Особенно эффективна сварка заготовок металлорежущего инструмента сверл, метчиков и т. д. из углеродистой и быстрорежущей стали.

Превращение части  механической энергии в тепловую, всегда сопутствующее процессу трения, было известно еще с давних времен.

В подавляющем  большинстве случаев выделение  тепла при трении рассматривалось  как явление безусловно вредное, и в технике с ним постоянно  велась и ведется борьба; можно  назвать лишь ничтожно малое число примеров полезного его использования.

Одним из таких  примеров является применение теплоты  трения для сварки металлов.

Из практики металлообработки давно были известны многочисленные случаи приваривания стружки  к резцу, неподвижного заднего центра токарного станка к обрабатываемой детали, приваривание шеек осей вагонов к подшипникам букс и др. Более того были даже известны целенаправленные попытки сварки трением металлических прутков на токарных станках. Однако эти нередко успешные попытки обычно рассматривались лишь как технические курьезы и серьезного значения им не придавалось. Упоминания о принципиальной возможности осуществления сварки металлов трением, правда очень скупые и редкие, можно было встретить в литературе.

Но практического применения сварка трением не находила. Вероятно, немалую роль в этом сыграла отрицательная оценка, которая была ей дана и долгое время оставалась распространенной в литературе.

Лишь в 1956 г. эта оценка сварки трением была опровергнута опытами токаря-новатора А. И. Чудикова. Его большая заслуга состоит не в том, что он — как многие считают — «открыл» сварку трением в том, что он, впервые положил начало практическому применению сварки трением.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Процесс образования  сварного соединения ранее обычно связывали с нагревом металла до высоких температур. Современные представления о природе металлических межатомных связей показывают возможность использования этого механизма для соединения металлов в твердом состоянии.

В последние годы появилось несколько методов сварки металлов без их расплавления, основанных на эффекте образования металлических связей на ювенильных поверхностях с использованием пластических деформаций металла (холодная, ультразвуковая, трением, взрывом и диффузионная). Перечисленные методы сварки объединяет общность физических процессов возникновения металлических связей между соединяемыми поверхностями. В этих процессах образование металлических связей происходит в твердом состоянии металла в результате совместной пластической деформации. Методы сварки в твердом состоянии различаются способами, которыми осуществляется пластическая деформация, величиной пластической деформации и температурным режимом.

Новые способы  позволяют осуществить так называемую прецизионную сварку, т. е. получить конструкции с заданными расчетными размерами. Это, в свою очередь, открывает неограниченные возможности для автоматизации сварочного производства, для создания самого совершенного сварочного оборудования с программным управлением.

В промышленности, строительстве и сельском хозяйстве  все более широкое применение находят полимерные материалы. Использование  этих материалов снижает вес изделий, габаритные размеры, эксплуатационные расходы и повышает производительность труда. В связи с широким использованием полимеров в качестве конструкционных материалов возникла проблема их соединения. В промышленности используется несколько методов сварки полимеров: теплоносителями, ультразвуком, инфракрасным излучением и др. Предстоит дальнейшая работа по совершенствованию методов сварки полимеров и пластмасс.

 

Список использованных источников

1. Николаев Г.А., Ольшанский Н.А. Специальные методы  сварки. М., «Машиностроение», 1975.

2. Вилль В.И. Сварка металлов трением. Л., «Машиностроение», 1970.

3. Справочник по сварке. Под редакцией Е.В. Соколова, т. 2,4, М., Машгиз, 1961, 564 с., «Машиностроение», 1971, 415 с.

4. Холопов Ю.В. Ультразвуковая сварка. Л., «Машиностроение», 1972, 152 с.