Применение сварки давлением – от сварки рельсов до космической техники

Сущность сварки давлением заключается в создании неразъемного соединения двух твердых тел-заготовок, осуществляемого приложением механической энергии давления. Под давлением металл деформируется, начинает течь, словно жидкость, электронные оболочки атомов свариваемых материалов начинают взаимодействовать, создавая неразъемные соединения.Сварка давлением

Для успешного протекания сварки давлением необходимы следующие условия:

  • Способность материала (чаще всего – металлического) к пластическому деформированию;
  • Уровень приложенных механических усилий, создающих давление;
  • Качественное состояние (чистота, обезжиренность) поверхностей свариваемых материалов.

Краткий экскурс по способам сварки

Начнем с самого начала – что такое сварочный процесс? Им называют получение неразъемного соединения двух или нескольких материалов путем образования межатомных связей. Процесс образования неразъемного соединения при сварке разделяют на два этапа:

Сближение поверхностей свариваемых материалов до расстояния, необходимого для возникновения сил взаимодействия между атомами, что составляет около 3 Ангстрем (3х 10-10 м). Для образования физического контакта кромок соединяемых поверхностей при обычных температурах и усилиях условий не достаточно, поскольку этому препятствуют:

  • Твердость материалов;
  • Наличие окислов и слоев абсорбированных примесей на поверхности;
  • Загрязнения поверхности жировыми пленками.

Поэтому для успешного протекания сварки создаются дополнительные условия:

  • Расплавление материала;
  • Создание пластических деформаций путем приложения давления.

Осуществление электронного взаимодействия между атомами свариваемых поверхностей. Между соединяемыми материалами исчезают их индивидуальные поверхности раздела, образуются новые связи:

  • Атомные металлические – для сварки металлов;
  • Ковалентные или ионные – для полупроводников или диэлектриков.

В настоящее время процесс образования сварных соединений разделяют на две категории (см. таблицу), которые объединили :

  • Сварку плавлением и
  • Давлением.
Способы сварки

Способы сварки

Сварка давлением характеризуется активной диффузией частиц свариваемых материалов, ведущей к ликвидации границы поверхностного раздела и тенденции прорастания образующихся новых кристаллов в зоне поверхностного контакта стыкуемых материалов.

Способы сварки давлением, в свою очередь, подразделяют на два обширных класса:

  • Термомеханическая сварка, для осуществления которой необходимо металл в зоне рабочего контакта подогревать (местный нагрев);
  • Холодная (механическая) сварка, осуществляемая без подогрева деталей. Соединение происходит за счет пластической деформации материалов в зоне контакта. В ходе возникающих пластических деформаций могут возникать сопутствующие кратковременные нагревы района контакта.

Обзор наиболее распространенных видов сварки давлением

Сварка давлением востребована в производстве изделий машиностроительной и приборостроительной отраслей. Способы ее выполнения зависят от вида изделия и требований к нему. Рассмотрим основные способы сварки под давлением.

Холодная или механическая сварка

Соединение деталей по технологии холодной сварки возможно осуществить даже при минусовых температурах. Для ее протекания необходимо обеспечить пластическое деформирование контактируемых поверхностей материалов. Неразъемность соединения обеспечивается создавшимися металлическими связями соприкасающихся поверхностей при сближении до дистанции, не препятствующей действию межатомных сил.

На примере схемы процесса точечной сварки, входящей в разряд технологий сварки давлением, поясним суть механического способа.

Процесс точечной сварки

Процесс точечной сварки

Заготовки материалов (полосы, пластины, листы) поз. 1 размещаются между пуансонами (поз. 2). В конструкции пуансонов предусмотрены технологические выступы (поз. 3), способствующие полноценному контакту поверхностей материала и пуансона. Усилием Р сообщается сжатие выступов пуансонов в материал до той степени, пока опорная поверхность пуансона (поз. 4) не упрется в поверхность свариваемых деталей.

По способу холодной сварки соединяют проволоку, трубы, шины, соединения могут быть стыковыми и внахлест. Среднее значение давления составляет 1-3 ГПа.

К чистоте поверхностей, подлежащих холодной сварке, предъявляются повышенные требования по отсутствию жировых пленок и адсорбированных примесей.

Термомеханическая сварка

Из наиболее распространенных способов термомеханических сварочных технологий считается контактная сварка, которую подразделили на следующие виды:

  • Стыковая;
  • Точечная;
  • Роликовая.

Для контактной электросварки необходимо пропускание электротока достаточной силы через зону контакта материалов. Для химического взаимодействия атомов материалов нагретые детали сдавливаются механическим образом, поэтому контактную сварку и отнесли к категории сварки давлением.

Данный способ применяется в машиностроении и других отраслях промышленности и строительства, он легко автоматизируется и механизируется, вследствие чего относится к высокопроизводительным сварочным технологиям.

Стыковая контактная электросварка

При соединении стыковой контактной сваркой свариваемые детали зажимаются в электродах-губках таким образом, чтобы контактировали торцевые поверхности. После пропускания мощного сварочного тока материалы соединяются по всей стыкуемой площади. Таким способом соединяют проволоку и арматурные стержни, элементы труб и полос, рельсы, цепи.

На графике показана зависимость температуры сварки стыковой от давления сжатия.

График

График

Точечная контактная электросварка

Точечная сварка осуществляется при расположении деталей между электродами. Нажимной механизм плотно прижимает детали друг к другу, затем подается мощный электроток, который нагревает детали до высокой температуры. Диаметр сварной точки обычно равен диаметру контактной площади электрода. Точечную сварку подразделяют на два вида:

  • Одностороннюю точечную сварку;
  • Двустороннюю точечную сварку.

Область применения точечной сварки – соединение деталей небольших размеров, сборка электросхем, авто- и вагоностроение.

Роликовая (шовная) контактная сварка

Принципиальное отличие этого способа состоит в соединении элементов деталей внахлестку вращающимися электродами непрерывным или прерывистым швом. Таким методом осуществляют сварку сосудов, работающих под давлением. Непрерывный шов образуется за счет последовательного перекрытия сварных точек.

В зависимости от толщины стенок сосудов определяется тип шва:

  • Прямолинейный шов;
  • Кольцевой;
  • Круговой стыковой шов.

Технологические варианты холодной сварки требуют дорогостоящего оборудования и специальной оснастки, поэтому для индивидуального и мелкосерийного производства холодная сварка экономически нецелесообразна.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*