Холодная сварка - Страница 18

Другие виды сварки - Холодная сварка

Подробности

Специальные виды сварки давлением Холодная сварка — сварка давлением при значительной пластической деформации без внешнего нагрева соединяемых поверхностей. Физическая сущность процесса заключается в сближении за счет пластической деформации свариваемых поверхностей до образования металлических связей между ними и получения таким образом прочного сварного соединения. Отличительной особенностью холодной сварки является необходимость значительной объемной пластической деформации и малой степени ее локализации в зоне контакта соединяемых материалов. Это связано с необходимостью разрушения и удаления окисных пленок из зоны контакта механическим путем, т. е. за счет интенсивной совместной деформации. Большое усилие сжатия обеспечивает разрыв окисных пленок, их дробление и образование чистых поверхностей, способных к схватыванию. Свариваемость металлов при холодной сварке зависит от их пластичности и качества подготовки поверхности. Чем пластичнее металлы, ровнее и чище их поверхности, тем качественнее они свариваются. Хорошо свариваются пластичные сплавы алюминия, меди, никеля, серебра, золота и подобные металлы и сплавы в однородных и разнородных сочетаниях. В недостаточно пластичных металлах при больших деформациях могут образовываться трещины. Высокопрочные металлы и сплавы холодной сваркой не сваривают. Наиболее широкое применение холодная сварка нашла в производстве изделий домашнего обихода из алюминия и его сплавов, в электротехнической промышленности и транспорте для соединения медных и алюминиевых проводов. Холодной сваркой выполняют точечные, шовные, стыковые соединения. Перед сваркой поверхности, подлежащие сварке, очищают от загрязнений обезжириванием, обработкой вращающейся проволочной щеткой, шабрением. При сварке встык проволок обрезают только торцы. Для холодной сварки используют стандартное прессовое и прокатное оборудование, которое снабжают специальным инструментом в соответствии со свариваемыми деталями, применяют также специализированные машины. Холодной сваркой соединяют металлы и сплавы толщи ной 0,2—15 мм. Главными характеристиками процесса яв ляются давление и величина деформаций. В зависимости от состава и толщины свариваемого металла давление со ставляет 150—1000 МПа, степень относительной деформации 50—90%, которая имеет следующие значения для различ ных металлов, %: Аи —35—40, А1 —55—60, Ti —70— 75, Pb и Ag—80—85, Sn, Ni, Си —85-—90, алюминиевые сплавы — 75—80. Листы толщиной 0,2—15 мм сваривают внахлестку путем вдавливания в толщу металла с одной или с двух сторон пуансонов. Соединения выполняют в виде отдельных точек или непрерывного шва. Ширину или диаметр пуансона d^ выбирают в зависимости от толщины S свариваемого материала, dn=(l—3)S. Геометрическое шовное соединение может быть получено вдавливанием пуансона по всей длине шва или обкатыванием ролика. Стержни, полосы, профили и провода соединяют встык сдавливанием свариваемых элементов. Давление при холодной сварке встык составляет для А1 700—800 МПа, Си — 2000—2500, Си с А1 —1500—2000 МПа. Величина пластической деформации зависит от длины выпущенных из зажимов концов свариваемых стержней, которые затем полностью выдавливаются из зоны стыка в процессе сварки. Для обеспечения прочности соединения, которая зависит от величины пластической деформации, длина вылета стержня составляет для А1 (1-H,2)d, для Си — (I,25-~l,5)d, где d — диаметр стержня. При сварке А1 с Си вылет медного стержня должен быть на 30—40% больше, чем алюминиевого. Степень необходимой деформации при сварке разнородных металлов определяется свойствами того из свариваемых металлов, для которого требуется меньшая деформация. Этим пользуются при сварке малопластичных металлов, применяя прокладки из пластичных металлов или прослойки, наносимые электролитическим способом. Разновидностью сварки давлением, близкой по физической сущности к холодной сварке, является термокомпрессионная сварка, которая отличается от холодной сварки тем, что место соединения подогревают до температур ниже температур образования жидких фаз, а затем сжимают. Основными параметрами процесса являются усилие сжатия, температура подогрева и продолжительность выдержки. Ультразвуковая сварка — сварка давлением, осуществляемая при воздействии ультразвуковых колебаний. При этом виде сварки неразъемное соединение об разуется при совместном воздействии на свариваемые детали механических колебаний высокой (ультразвуковой) частоты и относительно небольших сдавливающих усилий. Сварка осуществляется в результате взаимного трения свариваемых поверхностей, нагрева и давления. Силы трения возникают при действии на заготовки, сжатые осевой силой, механических колебаний ультразвуковой частоты (20—30 кГц). Для получения такой частоты используют магнитострикционный эффект, заключающийся в изменении размеров не которых металлов, сплавов и керамических материалов под действием переменного магнитного поля. Машины для ультразвуковой сварки состоят из источника питания, аппаратуры управления, механической колебательной системы и привода давления. На рис. 80 показана простейшая схема ультразвуковой сварки. Свариваемые заготовки 5 помещают на опоре 6. Наконечник 3 соединен с магнитострикционным преобразователем 1 через трансформатор упругих колебаний 2f представляющих вместе с рабочим инструментом 4 волновод (на рис. показано, как изменяется амплитуда колебаний по длине волновода). Ультразвук излучается непрерывно в процессе сварки. Элементом колебательной системы, возбуждающей упругие колебания, является электромеханический преобразователь использующий магнитострикционный эффект. Переменное напряжение создает в обмотке преобразователя намагничивающий ток, который возбуждает переменное магнитное поле в материале преобразователя. При изменении величины напряженности магнитного поля в материале возникает периодическое изменение размеров, при этом частота упругих колебаний равна двойной частоте тока. Амплитуда колебаний на конце волновода составляет на холостом ходу ~20—40 мкм. Сварка происходит под действием трения, вызванного микроскопическим возвратно-поступательным перемещением частиц на трущихся поверхностях. Таким образом, в результате ультразвуковых колебаний в тонких слоях контактирующих поверхностей создаются сдвиговые деформации, разрушающие поверхностные пленки. По мере разрушения пленок образуются узлы схватывания, приповерхностные слои металла нагреваются, немного размягчаются и под действием сжимающего усилия пластически деформируются, свариваемые поверхности сближаются до расстояния действия межатомных сил, возникает прочное сварное соединение. Сравнительно небольшое тепловое воздействие на свариваемые металлы обеспечивает минимальное изменение их структуры и свойств. Например, для Си температура в зоне контакта не превышает 600°С, при сварке А1—200—300°С. Параметрами ультразвуковой сварки являются мощность генератора колебаний, амплитуда колебаний, давление и время сварки. Ультразвуковую сварку применяют для получения точечных и шовных соединений металлов и сплавов небольшой толщины (как правило, менее 1 мм) и для сварки пластмасс. Преимущества ультразвуковой сварки: сварка в твердом состоянии без существенного нагрева свариваемых деталей, что дает возможность сваривать химически активные материалы и сплавы, образующие хрупкие соединения; возможность сварки и приварки тонких и ультратонких деталей; . применение небольших сдавливающих усилий (0,1— 2,5. кН), вследствие чего деформация в месте соединения незначительн/p а (вмятины 5—10%); малая мощность сварочного оборудования и несложность его конструкции. Недостатками ультразвуковой сварки являются ограниченность толщин свариваемых деталей (менее 1 мм), большая стоимость генераторов высокой частоты, действие высокой частоты на организм человека. В СССР разработаны и выпускаются сериями ультразвуковые машины для сварки различных элементов микросхем, оснащенные автоматическими устройствами (автоматическая подача проводников, сварка, обрезка проводников и т. п.), а также установки для сварки полимерных материалов, позволяющие в значительной степени увеличить производительность. Диффузионная сварка — сварка давлением, осуществляемая за счет взаимной диффузии атомов контактирующих частей при относительно длительном воздействии повышенной температуры и при незначительной пластической деформации. Основные параметры диффузионной сварки — температура нагрева, давление, время нагрева, среда, в которой проводят сварку. Температура для однородных металлов, как правило, должна составлять 0,5—0,8 температуры плавления металла или сплава, а при сварке разнородных — 0,5—0,7 температуры более легкоплавкого металла. Такая температура ускоряет взаимную диффузию атомов Материалов через поверхность стыка и облегчает снятие неровностей поверхности и пластическое деформирование металла. Нагрев осуществляется преимущественно индукционными токами, можно использовать и другие источники нагрева: обычные сопротивления, электрический ток, пропускаемый по самим деталям, электронный луч и др.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

   
© ALLROUNDER