Специальные методы сварки давлением

Диффузионная сварка в вакууме.Процесс диффузион­ной сварки в вакууме разработан проф. Н. Ф. Казаковым. Свариваемые заготовки помещают в камеру, в которой создают вакуум 10ˉ⁴ — 10ˉ⁷ кПа, и сдавливают неболь­шой силой. Затем заготовки нагревают высокочастотны­ми индукторами, вольфрамовыми, молибденовыми на­гревателями или электронным лучом, выдерживая их некоторое время при заданной температуре. После мед­ленного охлаждения давление снимается.

Сварное соединение обеспечивается за счет взаимной диффузии атомов в поверхностных слоях контактируемых материалов. При этом методе металл находится в твердом состоянии, но температура нагрева близка к температуре плавления свариваемых металлов. Вакуум предотвращает образование на поверхностях оксидных пленок, которые препятствуют диффузии. Во время свар­ки между свариваемыми поверхностями должен быть надежный контакт, что обеспечивается предварительной механической обработкой поверхностей с малой шерохо­ватостью и очисткой их от оксидов и загрязнений.

Соединения, полученные диффузионной сваркой, обладают высоким качеством, прочностью, коррозион­ной стойкостью, плотностью, поэтому диффузионную сварку в вакууме применяют для изготовления ответ­ственных конструкций. Таким методом сваривают одно­родные и разнородные материалы. При этом физико-ме­ханические свойства свариваемых материалов практически не изменяются. Этот метод не требует вспомогательных материалов (электродов, флюсов, присадочной проволо­ки идр.). Масса свариваемых частей конструкций не уве­личивается, а коробление их отсутствует.

Диффузионную сварку применяют для тех материа­лов, которые другими методами сварить трудно или не­возможно (например, сталь с чугуном, титаном, ниобием вольфрамом, металлокерамикой, металлы с кварцем, стеклом, графитом), для жаропрочных сплавов, тугоплав­ких ихимически активных металлов, а также используют для получения многослойных изделий — биметалличе­ских, триметаллических и др.

Ультразвуковая сварка.Для получения сварного со­единения используется механическая энергия ультразву­ковых колебаний. Ультразвуковая сварка относится к хо­лодным методам. Она может выполняться точечным и шовным методами.

К свариваемым заготовкам, соединяемым внахлестку, подаются УЗК с частотой 16—170 кГц от преобразовате­ля и высокочастотного генератора с помощью специаль­ного инструмента. Благодаря механическому воздей­ствию УЗКпроисходят деформации сдвига, истечение и взаимная диффузия атомов свариваемых материалов. Температуры, возникающие в зоне контакта в результате воздействия УЗК, незначительны, поэтому структурные изменения материала практически отсутствуют. Этот способ обеспечивает высокое качество и прочность свар­ного соединения. Особенно эффективен он при сварке разностенных заготовок из разнородных материалов, на­пример: меди со сталью или алюминием, никеля с воль­фрамом, тугоплавких металлов со сталью, металлов с ке­рамикой, а также пластмасс.

Сварка трением.Ее применяют для получения сты­ковых соединений, заготовки при этом плотно прижи­мают и одну из них приводят во вращательное движение. В результате механического и теплового воздействия при трении металл переходит в пластическое состояние. По­сле этого прикладывается осевая сила сжатия. Сварное соединение образуется за счет диффузии атомов в кон­тактирующих поверхностях. Оксидные пленки, препят­ствующие диффузии, разрушаются трением и удаляются из зоны сварки.

Сварку трением можно условно отнести к холодным методам сварки. Повышение температуры в зоне сварки в результате трения не вызывает особых изменений структуры, а следовательно, механических свойств метал­ла. Данный метод обеспечивает высокое качество соеди­нений и может применяться при изготовлении ответ­ственных конструкций. По сравнению с контактной стыковой сваркой затраты энергий значительно сни­жаются. Сваркой трением соединяют однородные и раз­нородные металлы. Этот способ нашел применение в промышленности при изготовлении составных режу­щих инструментов, валов, штампов и т. п.

Холодная сварка.Этот метод выполняется за счет ме­ханической энергии сжатия. Сварное соединение обра­зуется в результате пластической деформации и возник­новения межатомных связей между свариваемыми по­верхностями при их сжатии. Для возникновения этих связей необходимо предварительно очистить поверхно­сти от оксидов, загрязнений и приложить силу сжатия, превышающую предел текучести свариваемого материа­ла. Удельные давления, выбираемые в зависимости от химического состава и толщины свариваемых заготовок, находятся в пределах 150—1000 МПа. При таких давле­ниях металл течет, и на стыке поверхностей образуется сварное соединение. В результате пластической деформа­ции в месте приложения силы толщины заготовок умень­шаются, происходит их упрочнение и наклеп поверхно­стей.

Этим методом можно сваривать внахлестку листовой материал толщиной 0,2 — 15 мм, встык тонкую проволо­ку, полые заготовки по контуру. Соединения можно выполнять в виде отдельных точек или непрерывного шва. Холодную сварку применяют для пластичных материа­лов: алюминия, дюралюминия, меди, олова, золота, се­ребра. Можно сваривать также и разнородные мате­риалы — медь с коваром, медь с алюминием. Преимуще­ствами этой сварки является высокая производитель­ность, малый расход энергии, возможность автоматиза­ции процесса, обеспечение высокого качества сварного соединения. Холодная сварка выполняется на гидравли­ческих, винтовых, эксцентриковых прессах. Она нашла применение при изготовлении деталей для электроприбо­ров и др. Трудность получения высоких давлений, возни­кающие изменения размеров и механических свойств сва­риваемых конструкций ограничивают ее применение.

К специальным методам сварки давлением можно от­нести также сварку взрывом, позволяющую получать би­металлические изделия; термитную сварку, применяемую при сварке рельсов и стальных проводов связи; индук­ционную сварку, используемую при изготовлении труб.