Термомеханическая сварка

Вступление

Сварка – технологический процесс получения неразъемных соединений материалов посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или пластическом деформировании, или совместным действием того и другого. Сваркой соединяют однородные и разнородные металлы и их сплавы, металлы с некоторыми неметаллическими материалами (керамикой, графитом, стеклом и др.), а также пластмассы.

Сварка – экономически выгодный, высокопроизводительный и в значительной степени механизированный технологический процесс, широко применяемый практически во всех отраслях машиностроения.

Физическая сущность процесса сварки заключается в образовании прочных связей между атомами и молекулами на соединяемых поверхностях заготовок. Для образования соединений необходимо выполнение следующих условий: освобождение свариваемых поверхностей от загрязнений, оксидов и адсорбированных на них инородных атомов; энергетическая активация поверхностных атомов, облегчающая их взаимодействие друг с другом; сближение свариваемых поверхностей на растояния, сопостовимые с межатомным расстоянием в свариваемых заготовках.

В зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного соединения, все виды сварки разделяют на три класса: термический, термомеханический и механический.

К термическому классу относятся виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии (дуговая, плазменная, электрошлаковая, электронно –лучевая, лазерная, газовая и др.).

К термомеханическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления (контактная, диффузионная и др.).

К механическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления (ультразвуковая, взрывом, трением, холодная и др.).

Свариваемость – свойство металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.

Термическая сварка

Газовая термическая сварка подразумевает нагрев металла в зоне соединения при помощи газового пламени. Такая газовая горелка может использовать различный газ, который эффективно нагревает металл до его жидкого состояния, а после кристаллизации и затвердевания обеспечивается максимально прочное соединение. Газовые горелки позволяют оптимальным образом регулировать температуру пламени, что в свою очередь дает возможность работать с различными по тугоплавкости материалами. Газовая сварка может выполняться как по классической технологии термической обработки металлов, так и с использованием дополнительного присадочного материала. Такие электроды расправляются одновременно с соединяемыми металлами, кристаллизуются и на молекулярном уровне соединяют материалы. Следует учитывать свойства конкретных металлов, сплавы которых входят во взаимодействие друг с другом.

Из преимуществ данной технологии можем отметить простоту данной работы и отличное качество соединения. В то же время необходимо отметить, что данная технология подразумевает использование специального оборудования, в том числе баллонов со сжатым газом, поэтому к проведению такой работы с газом допускаются только сертифицированные специалисты, имеющие большой опыт работы с такими горелками на газу. Также должное внимание необходимо уделить качеству используемого оборудования.

Преимущества термической сварки перед другими видами сварки:

§ Отличные показатели прочности соединения.

§ Низкая трудоемкость работ.

§ Невысокая себестоимость.

§ Минимальный расход металла.

Термомеханическая сварка

Термомеханическая сварка подразделяется на:

§ контактная сварка

§ сварка трением

§ высокочастотная сварка

Контактная сварка. Под действием тока высокой плотности металл в месте контакта свариваемых частей быстро разогревается и размягчается, а под действием приложенного давления пластически деформируется. В процессе пластической деформации сминаются неровности на поверхности, выдавливаются из стыка оксидные пленки и свариваемые части сближаются до межатомных расстояний. Метод требует меньших затрат электроэнергии, чем дуговая сварка, прост в реализации и не требует присадочного материала. Им можно сваривать как однородные, так и разнородные металлы, и сплавы, например, сталь с никелем, латунью и др.

По типу сварочного соединения различают три вида контактной сварки: стыковую, точечную и шовную.

Стыковая сварка позволяет сваривать изделия из углеродистых и легированных сталей, чугунов, сплавов Аl и Ti сечением до 5·10⁴ мм² и более.

Шовная сварка дает плотный, непрерывный, герметичный шов; позволяет сваривать внахлестку листы металла (стали, сплавов Аl, Сu, Ti и др.) толщиной 0,3–3 мм.

Точечная сварка применяется взамен клепки для соединения внахлестку листового металла (стали, сплавов Аl, Сu, Ti и др.) толщиной 0,5–5 мм; широко используется в автомобилестроении.

Сварка трением – это способ сварки давлением, при котором в результате трения сопрягаемых поверхностей детали нагреваются в тонких поверхностных слоях и одновременно очищаются от пленок загрязнений и окислов. Сварка трением обеспечивает высокую производительность (до 600 сварок в час), высокое и стабильное качество соединения, возможность сварки однородных и разнородных материалов, потребляет мало энергии, имеет высокий КПД (до 85%), легко поддается механизации и автоматизации. Это наиболее экологически чистый процесс, т.к. здесь не происходит выделение газов и излучений.

Высокочастотная сварка (индукционная, радиочастотная) – это способ сварки давлением, при котором прижатые друг к другу кромки деталей нагреваются с помощью индуктора токами высокой частоты до температуры плавления. Высокочастотной сваркой изготавливают прямошовные трубы из неочищенной горячекатаной низкоуглеродистой стали; применение радиочастот (более 400 кГц) позволяет сваривать продольные швы труб из алюминия, жаропрочных сплавов и легко окисляющихся металлов.

Механическая сварка

Механическая сварка делится на:

§ сварка трением;

§ взрывом;

Ультразвуковая сварка.

Сварка трением. Нагрев кромок осуществляется трением. При трении убираются оксидные пленки металла, возникает контакт между двумя деталями, затем - сварное соединение. Особенностью этого вида сварки является то, что механическая энергия переходит в тепло, а разогревается именно зона будущего шва. Теплота выделяется, если одна деталь вращается относительно другой, при поступательных движениях в плоскости стыка.

При давлении, по мере того, как увеличивается скорость вращения, притираются кромки друг к другу, увеличивается площадь контакта, возникают и рушатся связи между атомами металла, температура в стыке увеличивается, трение распространяется на всю площадь контакта, появляется тонкий пластифицированный слой металла, свариваемые поверхности тесно сближаются. Употребляется этот способ для сварки разнородных материалов, которых другими способами приварить трудно.

Сварка взрывом. Соединение устанавливается под действием энергии взрыва. Производят на специальных полигонах, вдали от жилых помещений. Перед сваркой нужно очистить соединяемые поверхности от загрязнений. Применяется для плакирования труб и стержней.

Ультразвуковая сварка. Соединение устанавливается с помощью ультразвуковых колебаний и сжимающих давлений. От ультразвукового генератора ток подается на обмотку вибратора, состоящего из тонких пластин. Вибратор соединяется с концентратором, усиливающим амплитуду колебаний. Колебательные ультразвуковые движения разрушают слой окиси и неровности на поверхности при этом виде сварки. Эти колебания и давление сварочного инструмента вызывают течение металла по свариваемым кромкам.

Интернет-ресурсы:

§ https://svarkagid.com/termicheskaja-svarka/

§ https://poznayka.org/s64939t1.html

§ https://metalloved.com/spravochnik/svarochnye_raboty/mekhanicheskiy_klass/

§ https://www.autowelding.ru/blog/mekhanicheskie_sposoby_svarki/2011-10-26-145

§ https://www.newreferat.com/ref-25809-1.html