Термомеханические виды сварки

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.

Газопрессовая сварка.При газопрессовой сваркесоединяемые кромки нагревают ацетиленокислородным пламенем с помощью специальных многопламенных горелок и сдавливают. Газопрессовой сваркой соединяют рельсы, трубы и др. профили. Преимуществами этого вида сварки по сравнению со сваркой плавлением являютсявысокая производительность, простота оборудования, возможность применения в полевых условиях, а недостатком– повышенный расход газов.

Резка металлов

Резкой металловназывают отделение частей (заготовок) от сортового, листового или литого металла. Различают механическую (ножницами, пилами, резцами), ударную (рубку), гидроабразивную и термическую резку; на последней мы остановимся подробнее.

Термической резкойназывают обработку металла (вырезку заготовок, прошивку отверстий, строжку – поверхностную резку) посредством нагрева газовым пламенем, плазменной дугой, электронным или лазерным лучом. Резом называют паз, образующийся между частями металла в результате резки.По форме и характеру реза может быть разделительная и поверхностная резка, по шероховатости поверхности реза – заготовительная и чистовая. Термическая резка отличается от других видов высокой производительностью при относительно малых затратах энергии и возможностью получать заготовки любого, сколь угодно сложного, контура при большой толщине металла.

Различают три группы процессов термической резки –окислением, плавлением и плавлением-окислением.

При резке окислениемметалл в зоне резки нагревают до температуры его воспламенения в кислороде и затем сжигают его в струе кислорода, используя образующуюся теплоту для подогрева следующих участков реза. Продукты сгорания выдувают их реза струей кислорода и газов, образующихся при горении. К резке окислением относятся кислородная и кислородно-флюсовая резка. Заготовки из углеродистых сталей чаще всего получают кислородной резкой. Для резки чугуна, цветных металлов, высоколегированных сталей, хромоникелевых сплавов, бетона и железобетона применяют кислородно-флюсовую резку. Порошкообразные флюсы, вводимые вместе с кислородом в зону резания, увеличивают тепловыделение и способствуют образованию более легкоплавких шлаков, которые эффективнее удаляются струей режущего кислорода.

При резке плавлением металл в зоне резки нагревают мощным концентрированным источником тепла и выдувают расплавленный металл из реза с помощью силы давления дуговой плазмы, реакции паров металла, электродинамических и др. сил, возникающих при действии источника тепла, либо специальной струей газа. К способам этой группы относятся: дуговая, воздушно-дуговая, плазменная, электронно-лучевая, лазерная и термогазоструйная резка. Наиболее распространен обеспечивающий высокое качество и производительность труда способ плазменной резки сжатой дугой. Для цветных металлов, и в первую очередь алюминия, плазменная резка – один из лучших способов.

При резке плавлением-окислениемприменяют одновременно оба процесса, на которых основаны две предыдущие группы способов резки. К способам третьей группы относятся: кислородно-дуговая, кислородно-плазменная и кислородно-лазерная резка.

Пайка металлов

Пайка металлов – это процесс соединения частей изделия введением между ними расплавленного промежуточного металла – припояс температурой плавления более низкой, чем у соединяемых металлов. Припой в жидком виде под действием капиллярных сил заполняет зазор между соединяемыми поверхностями, а затем кристаллизуется и прочно соединяется с основным металлом. Основной металл при пайке не плавится, а только подогревается. Перед пайкой детали в месте соединения очищают от загрязнений и окислов, а в процессе пайки применяют разнообразные флюсы. Флюсы растворяют и удаляют окислы с паяемых поверхностей, зачищают основной металл и расплавленный припой от окисления, уменьшают поверхностное натяжение жидкого припоя и обеспечивают ему лучшую растекаемость и смачивание соединяемых поверхностей.

Источниками теплоты при пайке являются электронагрев, индукционный нагрев, лазер, газовое пламя, паяльник и др. При пайке припой нагревается на 50–100°С выше температуры его плавления, а основной металл изделия нагревается почти до температуры плавления припоя, чтобы обеспечить хорошую смачиваемость поверхностей и капиллярность.

Для увеличения площади контакта при пайке чаще всего применяют нахлесточные соединения. Достоинства пайки– практическое отсутствие коробления соединяемых деталей, возможность соединения разнородных металлов, а также металлов и неметаллов (например, стали и керамики). Кроме того, допускается разборка при ремонте паяных соединений путем повторного нагрева.

В зависимости от температуры плавления используемого припоя различают два основных вида пайки: высокотемпературную (более 500^оС) и низкотемпературную (менее 400^оС).

В качестве высокотемпературных – твердых припоев (σ_в < 500 МПа) чаще всего используют медно-цинковые, серебряно-медные и серебряно-медно-цинковые, например, марок ПМЦ-54, СрМ970, СрМЦ80, соответственно (цифра показывает содержание первого компонента). Температура плавления этих припоев составляет от 770 до 860^оС. Флюсы, используемые при пайке твердыми припоями, чаще всего содержат в своем составе буру, борный ангидрид и фтористые соли.

В качестве низкотемпературных – мягких припоев (σ_в < 70 МПа) применяют оловянно-свинцовые, оловянно-свинцово-кадмиевые, оловянно-свинцово-сурьмянистые и др., например, марок ПОС-90, ПОСК-50-18, ПОССу-40-2, с температурой плавления от 145 до 300^оС. Для пайки мягкими припоями используют флюсы: хлористый цинк, нашатырь, канифоль и др.

Паяные конструкции широко применяются в технике при производстве всех систем летательных аппаратов, в электротехнике, электронике и др. отраслях промышленности.