Магнитно-импульсная сварка

Московский Государственный Технический  Университет

Им. Н.Э. Баумана

Калужский филиал.

 

 

Домашняя  работа по разделу курса ТКМ

«Сварочные  технологии»

 

 

Часть I: Углублённое изучение способа магнитно-импульсной сварки.

Часть II: Анализ негативного влияния физико-химических и механических процессов магнитно-импульсной сварки на БЖД и экологию.

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

Студент группы ЭКД-51

Минниахметов В.Р.

Преподаваель:

Фатиев И.С.

 

 

Калуга 2011г. 

Цель работы: Углубленное изучение способа магнитно-импульсной сварки и физико-химических процессов  происходящих при образовании сварного соединения.

Часть 1. Способ магнитно-импульсной сварки

Магнитно-импульсная сварка – разновидность сварки взрывом. Она основывается на использовании  сил электромеханического взаимодействия между вихревыми токами, наведенными  в стенках обрабатываемой детали при пересечении их силовыми магнитными линиями импульсного магнитного поля, и самим магнитным потоком. При этом электрическая энергия  непосредственно преобразуется  в механическую, и импульс давления магнитного поля действует непосредственно  на заготовку без участия какой-либо передающей среды.

В установку  для магнитно-импульсной сварки (рис. 3.55) входят: зарядное устройство 1, состоящее  из высоковольтного трансформатора и выпрямителя; коммутирующее устройство 3, включающееся при подаче поджигающего импульса на вспомогательный электрод и вызывающее разряд батареи высоковольтных конденсаторов 2 на индуктор 4. Свариваемые  детали 5 и 6 устанавливают внахлестку под углом друг к другу с  зазором между ними. Индуктор 4 устанавливают  на поверхности, противоположной свариваемой. Для предотвращения перемещения  при сварке деталь 6 жестко закрепляется в опоре 7. Закрепление детали 5 должно обеспечить перемещение ее свариваемого конца в направлении детали 6. При разрядке батареи конденсаторов  в зазоре между индуктором и заготовкой возникает сильное магнитное  поле, индуктирующее в этой заготовке  ток. Взаимодействие тока индуктора  с индуктированным током в  заготовке приводит к возникновению  сил отталкивания между индуктором 4 и деталью 5, вследствие чего деталь 5 с большой скоростью перемещается от индуктора в направлении неподвижной  детали 6. При соударении в зоне контакта развиваются высокие давления, и  образуется сварное соединение.

МИС выполняется  по различным схемам:

1— метаемая  деталь; 2 — неподвижная деталь; 3 — индуктор; 4, 5 — металлические  обойма и оправка; 6 — тяга; 7 —  стержень; 8 — опора

Магнитно-импульсные установки (МИУ) представляют собой  комплекс энергетического и технологического оборудования. Индуктор — основной инструмент при МИС — состоящий  из токопроводящей спирали, токоподводов, изоляции и элементов механического  усилия. Индукторы делятся: по назначению — для обжима, раз дачи трубных  и деформации плоских деталей; по принципу работы — одноступенчатые, многоступенчатые, с непосредственным подводом тока к метаемой детали; по конструктивному выполнению — спиральные, с концентраторами магнитного поля, одновитковые, одновитковые с согласующими устройствами, коаксиальные, петлевые. Спирали витого индуктора и корпуса  индукторов с концентраторами магнитного поля выполняются из следующих материалов — медь, латунь, бронза, малоуглеродистые 
стали, бериллиевая бронза, циркониевая и кадмиевая медь, вольфрам, молибден. Конструктивные элементы индуктора и их изоляция изготавливаются из малоуглеродистой стали, текстолита, дельта-древесины, стеклоэпоксидных композиций, слюды, фторопластовых и полиамидных пленок.

При магнитно-импульсной сварке давление на метаемый элемент  передается мгновенно (со скоростью  распространения магнитного поля) и  движение сообщается не отдельным участкам, как при сварке взрывом, а всей метаемой детали. Для обеспечения  последовательного перемещения  зоны контакта при сварке детали устанавливаются  свариваемыми поверхностями под  углом друг к другу, метаемая деталь перед сваркой обрабатывается "на ус" и т.п.

Высокоскоростное  соударение метаемой части металла  с неподвижной развивает в  окрестностях движущейся вершины угла у встречи их контактирующих поверхностей давления 10² — 10³ кбар. Вызываемое им всестороннее неравномерное сжатие с наиболее благоприятными условиями для пластического течения в направлении процесса сварки благодаря налчию свободной поверхности перед вершиной угла и возникновению тангенциальной составляющей скорости V_c заставляет металл поверхностных слоев обеих соударяющихся частей совместно деформироваться в этом же направлении со скоростью Vk что приводит к тесному сближению свариваемых частей. При этом процессе окисные пленки и другие поверхностные загрязнения дробятся, рассредотачиваются, а также выносятся их вершины угла под действием кумуляивного эффекта. Таким образом, реализуется способность металлов образовывать прочные металлические связи в твердой фазе при создании между соединяемыми поверхностями физического контакта и условий для химического взаимодействия между ними. Требуемая для второй стадии процесса энергия активации обеспечивается за счет работы пластической дейормации и вызываемого ею нагрева.

Малая длительность процесса МИС и отсутствие рекристаллизации или образования новых фаз  в зоне соединения позволяет предположить, что прочность соединения определяется числом атомов, образовавших химические связи и релаксации упругих напряжений в той 
мере, в какой это необходимо для возникновения связей . При соударении поверхностей удаляются из зоны контакта загрязнения и оксидные пленки, формируется физический контакт, образуются металлические связи и возможно образование объемной зоны взаимодействия за счет диффузионных процессов.

Сближение атомов и активация поверхностей достигаются в результате совместной упругопластической деформации соединяемых  материалов в контакте, одновременно с нагревом.

Магнитное поле (постоянное или импульсное) подобно  упругой и пластической деформации влияет на протекание диффузионных процессов  и массоперенос. Скорость соударения достигает в зоне контактирования 102-103 м/с, а давление в зоне контактирования 103— 104 МПа. МИС с одинаковым основанием можно отнести как к способам сварки с оплавлением при кратковременном  нагреве, так и к холодной сварке. При исследовании места соединения можно обнаружить как участки  оплавленного металла, так и участки  со структурой, характерной для холодной сварки.

Действие  импульсного магнитного поля на метаемый элемент зависит главным образом  от длины и числа витков индуктора, напряжения разряда, емкости батареи  конденсаторов, энергии разряда, индуктивности  и активного сопротивления разрядного контура, площади внутренней поверхности  индуктора в поперечном сечении.

 Целесообразно применение этого способа для получения всевозможных соединений трубчатых деталей между собой и с другими деталями, а также плоских деталей по наружному и внутреннему контуру. Магнитно-импульсным способом можно сваривать практически любые материалы в однородном и разнородном сочетаниях. Диапазон толщин метаемых деталей составляет 0,5—2,5 мм.  Основным условием магнитно-импульсной сварки является высокая электропроводимость соединяемых деталей, так как магнитное поле индуктора интенсивно влияет на деформируемую деталь (трубку). Малопроводящие ток материалы обрабатывают, используя покрытия с высокой электропроводностью.

 

Часть 2. Анализ негативного влияния  на БЖД и экологию.

 

Основным опасным  фактором при магнитно-импульсной сварке является электрический ток, так  как магнитное поле создается  высоковольтным трансформатором. Контакт  с токоведущими частями установки  может вызывать токовые ожоги  и металлизацию кожи – проникновение  расплавленных металлических частиц вглубь кожи, в результате механического  и химического воздействия тока.

Электрический удар приводит к возбуждению живых  тканей организма и сопровождается непроизвольными судорожными сокращениями мышц при 
прохождении через тело человека электрического тока.

Электрический ток воздействует на нервную систему. Такое воздействие выражается очень  резко, так как при прохождении  через организм электрический ток  поражает огромное количество чувствительных нервов Существенное влияние оказывает  действие электрического тока на скелетную  мускулатуру, вызывая судорогу, и  особенно на сердце, вызывая фибрилляцию  его (отдельные некоординированные «подергивания» волокон сердечной  мышцы). При этом насосная функция  сердца прекращается и может наступить  смерть.

Электромагнитное поле само по себе может оказывать негативное воздействие  на организм человека.  Биологический  эффект электромагнитных полей в  условиях длительного многолетнего воздействия накапливается, в результате возможно развитие отдаленных последствий, включая дегенеративные процессы центральной  нервной системы, рак крови (лейкозы), опухоли мозга, гормональные заболевания.

Высокий уровень шума, создающийся  при соударении поверхностей, при  МИС также является вредным фактором. Интенсивный шум при ежедневном воздействии медленно и необратимо влияет на звуковой анализатор человека, вызывая потерю слуха, прогрессирующею  с увеличением длительности работы в таких условиях. Шум также  угнетает центральную нервную систему (ЦНС), вызывает изменения скорости дыхания и пульса, способствует нарушению  обмена веществ, возникновению сердечно-сосудистых заболеваний, язвы желудка, гипертонической  болезни.

В процессе сварки в воздух может  выбрасываться большое количество сварочной пыли. Основными компонентами пыли окислы железа, марганца и кремния (около 41, 18 и 6% соответственно). В пыли могут содержаться другие соединения легирующих элементов. Токсичные включения, входящие в состав сварочного аэрозоля, и вредные газы при их попадании  в организм человека через дыхательные  пути могут оказывать на него неблагоприятное  воздействие и вызывать ряд профзаболеваний. Мелкие частицы пыли (от 2 до 5 мкм), проникающие  глубоко в дыхательные пути, представляют наибольшую опасность для здоровья, пылинки размером до 10 мкм и более  задерживаются в бронхах, также  вызывая их заболевания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

1. Дальский А.М. - Технология конструкционных материалов – 2004
2. Волченко В.Н. - Сварка и свариваемые материалы – 1991
3. Глазименко Д.Л. – Сварка и резка металлов.
4. Фролов В.В. – Теория сварочных процессов