Холодная Сварка. Сварка холодная реферат

Холодная сварка - - Реферат по дисциплине " Технологические процессы микроэлектроники " на тему: Технологические...

• Учебно-методический комплекс дисциплины «Технологические процессы в сервисе» 2008, 1343.12kb.
• Программа по дисциплине "Технология микросхем и микропроцессоров" разработана на основе, 170.65kb.
• Технология прямого сращивания пластин кремния и технологические маршруты изготовления, 689.61kb.
• Технологические процессы и технические средства, обеспечивающие эффективную работу, 679.44kb.
• Закон рсфср о санитарно-эпидемиологическом, 1147.76kb.
• Темы рефератов по дисциплине «Материаловедение», 19.05kb.
• Бюллетень новых поступлений за год, 3581.23kb.
• Агротехнические требования, 123.61kb.
• Технологические правила проектирования, 2013.95kb.
• 2 2 2 технологические процессы, сырье, материалы, оборудование, рабсний инструмент, 688.5kb.

Сварка

Специфическим условием получения качественного герметичного соединения является высокая пластичность материала, по крайней мере одной из соединяемых деталей. Обычно баллон выполняют из меди Ml, а ножку - из ковара, обеспечивающего хорошее согласование ТКЛР со стеклян­ными изоляторами коваровых выводов. Поскольку холодная сварка связана со значи­тельной деформацией (относительная деформация до 80%), толщина соединяемых де­талей должна быть не менее 0,3 мм, а на ножке должна выполняться защитная канавка, разгружающая хрупкие стеклянные изоляторы. Коваровую ножку делают достаточно толстой (1 мм), чтобы обеспечить необходимую прочность и герметичность стеклян­ных изоляторов.

Важным условием получения качественного шва является чистота и отсутствие окислов на соединяемых поверхностях. Целесообразно медный баллон предварительно никелировать. В процессе сдавливания хрупкая никелевая плёнка разрушается, обнажая чистую поверхность меди,

Процесс может быть выполнен, например, на полуавтомате И020.0007/Т. Полу­автомат позволяет осуществлять холодную сварку корпусов диаметром до 20 мм в контролируемой среде. Сварка производится подвижным верхним и неподвижным ниж­ним пуансонами. Усилие для сварки (до 1000 кГ) создается гидравлическим цилиндром с максимальным рабочим давлением 50 ат. Загрузку деталей в гнезда 12-позиционной карусели выполняют вручную, выгрузку сваренных изделий - автоматически. Для соз­дания нейтральной среды в зоне сварки полуавтомат снабжен герметичным колпаком. Производительность полуавтомата 600 - 900 шт/ч.

Рис 2. Односторонняя холодная сварка корпуса ИМС.

1,4 – верхний и нижний пуансоны, 2,3 – крышка и основание корпуса

Электроконтактная конденсаторная сварка (ЭКС) - это процесс получения неразъемного соединения нагревом свариваемых кромок до пластичного состояния и последующим их сжатием (осадкой). Для нагрева свариваемых кромок через них пропускают электрический ток. При этом количество необходимой теплоты можно определить по следующей формуле (закон Джоуля—Ленца): а = 0,2412Кt (где / — сварочный ток; К - сопротивление участка цепи в месте контакта; t- время действия тока). Кроме сварочного тока, который обычно составляет несколько десятков тысяч ампер, и длительности его прохождения, основным параметром электроконтактной сварки является: усилие сжатия электродов, которое в зависимости от свариваемых материалов составляет 1-20 кН. Монолитные электроды изготовляют из бронзы БрБ2, БрХБ или БрНБТ, основание; комбинированных — из меди М1, М2 или МЗ, а рабочую часть из сплава ВМ.

Наиболее распространена электроконтактная сварка неподвижными электродами, при которой соединяемые детали устанавливают в специальное гнездо нижнего электрода, а верхний электрод при опускании центрирует их и сжимает с удельным давлением 50—100 Н/мм2. При роликовой электроконтактной сварке соединяемые детали перемещаются между двумя вра­щающимися роликами.

Электроконтактной сваркой чаще всего герметизируют корпуса п/п приборов и микросхем круглой и прямоугольной формы со штыревыми выводами.

Для герметизации ИМС широко используют корпуса с бо­ковыми выводами и стеклянными или керамическими изоля­торами, расположенными непосредственно под зоной гермети­зации или вблизи нее. Так как при этом герметизация сваркой давлением невозможна, применяют ультразвуковую, электрон­но-лучевую или лазерную сварку, а также аргонно-дуговую.

ЭКС допускает соединение тонко­стенных (0,15 мм) баллона и ножки, получаемых штамповкой. В круглом металлостеклянном корпусе прочность и герметичность выводов увеличены за счет за­полнения стеклом полой тонкостенной коваровой ножки. Глубоко расположенный сварной шов исключает возможность выплескивания металла внутрь корпуса. Матери­ал ножки - ковар, баллона - ковар, никель, сталь 10 (с защитным покрытием).

Полуавтоматическая установка конденсаторной сварки УКС-4100 позволяет осуществлять герметизацию круглых корпусов в защитной атмосфере гелия (расход 10 л/мин). Загрузку деталей выполняют вручную, остальные операции - автоматически. Диапазон усилия сжатия электродов 50—350 кГ. Производительность установки 500 шт/ч.

Методом конденсаторной сварки герметизируют также металлостеклянные кор­пуса квадратной и прямоугольной формы.

При аргонно-дуговой сварке, кото­рая является одним из видов электродуговой, аргон, обтекаю­щий электрод и зону соединения, предохраняет расплавленный металл от воздействия кислорода и азота воздуха. Неплавящий­ся вольфрамовый электрод служит для возбуждения и поддер­жания горения дуги. При герметизации этим способом (рис. 3) кромки крышки и основания корпуса микросхемы под воздей­ствием теплоты электрической дуги оплавляются с образова­нием сварочной ванны. Охлаждаясь, металл в месте сварки крис­таллизуется, и образуется сварочный шов. Основное преимуще­ство аргонно-дуговой сварки — возможность местного (локаль­ного) нагрева деталей, а недостаток — повышенные требования к точности их совмещения и изготовления оснастки. Аргонно-дуговой сваркой герметизируют металлостеклянные корпуса со штыревыми выводами, когда периметр соединения больше 50 мкм, а суммарная толщина фланцев 0,2-0,6 мм.

Рис 3. Взаимное расположение электрода и корпуса ИМС при аргонно-дуговой сварке

1-электрод, 2-сопло, 3,5-теплоотводы крышки и основания, корпус микросхемы, 6-плита

При микроплазменной сварке, которая является разновидностью аргонно-дуговой, локализа­ция и стабилизация плазменного луча достигается с помощью сопла 2 с диаметром выходного отверстия менее 1 мм. Так как возбуждение дугового разряда между электродом 1 и свариваемым изделием (фланцы корпуса 7 микросхемы) через узкое сопло невозможно, вначале возбуждают вспомогательную дугу; между электродом 1 и соплом 2,включенным через токоограничительный резистор. Образующаяся при этом низкотемпературная плазма (10 000 К) возбуждает новую дугу между электродом и изделием. При одинаковых полярностях потенциалов изделия и сопла и электрода вспомогательный разряд шунтируется и гаснет. Установка микроплазменной сварки МПУ4 может работать; как в непрерывном, так и импульсном режимах постоянного тока. Ток основной дуги сос­тавляет 1,5-30 А, ток вспомогательной - до 6 А. Плазмообразующим и защитным газом чаще всего служит аргон.

При корпусной герметизации применяют также пайку припоями и стеклом.

Рис 4. Микроплазменная горелка.

1-элетрод, 2-сопло, 3,5-плазмообразующий и защитный газы, 4-корпус плазмотрона, 6-теплоотвод, 7-фланцы корпуса ИМС.

Термокомпрессионная сварка представляет собой сварку давлением с подог­ревом. Необходимое давление прикладывают к инструменту (рис. 5), а рабочая тем­пература обеспечивается нагревом либо инструмента, либо рабочего стола с изделием, либо того и другого одновременно. Рабочая температура поддерживается постоянной в течение всего времени работы установки.

Пластические, деформации, возникающие в зоне контакта соединяемых деталей, способствуют вытеснению адсорбированных газов и загрязнений. В результате обна­жения чистых поверхностей становится возможным электронное взаимодействие со­единяемых материалов (образование межатомных связей). Получению прочного соеди­нения способствует также ограниченная взаимная диффузия материалов и образование твердого раствора в тонкой приграничной области.

Во избежание разрушения соединения вследствие остаточных напряжений мате­риал проволоки должен быть пластичным. С этой целью проволоку предварительно подвергают рекристаллизационному отжигу.

Наилучшей свариваемостью обладают пары Ag - Аu и Аu - Сu, так как им при­суща высокая взаимная диффузия. При сварке Аи и А1 взаимная диффузия приводит к образованию интерметаллических соединений, некоторые из которых обладают хрупкостью или рыхлостью. Удовлетворительной сварки не уда­ется достичь на кремниевых подложках вследствие каталитического влияния кремния.

Термокомпрессионную сварку выполняют при невысоких удельных давлениях и температурах. Поэтому для получения больших пластических деформаций диаметр вы­вода не должен превышать 100 -130 мкм. Важным условием выполнения качественно­го соединения является тщательная подготовка поверхности соединяемых деталей (травление, обезжиривание), а также защита их от окисления в процессе сварки (применение защитной среды азота, аргона, и т.д.).

Тип термокомпрессионного соединения (форма и размеры деформируемого уча­стка вывода) зависит от размеров и конструкции инструмента. Возможны два основных типа соединения: внахлестку и встык.

Рис. 5. Образование проволочных перемычек при

термокомпрессионной сварке капиллярным инструментом:

1 - совмещение проволоки и инструмента с контактной площадкой; 2 - сварка первой точки; 3 - совмещение проволоки и инструмента с контактной площадкой; 4 - сварка второй точки; 5 - обрезка проволоки.

На рис. 5. показана последовательность образования проволочной перемычки между контактной площадкой и внешним выводом корпуса при использовании капил­лярного инструмента для соединения внахлестку (рис 5 а) и встык (рис. 5 б). Во втором случае обрезка проволоки (электричкой дугой или газовой горелкой) сопровож­дается образованием шарика.

Соединения внахлестку (рис. 5а) реализуют, например, на установке ЭМ-407. Рабочий стол (он же нагреватель) имеет перемещение в горизонтальной плоскости в пределах 15x15 мм. Перед сваркой обе контактные площадки выставляют параллель­но линии перекрестия окуляра микроскопа. Точность совмещения инструмента с кон­тактной площадкой ± 3 мкм. Температура нагрева рабочей зоны до 400 ± 5°С. Величина давления 20 -180 г., во время выдержки при сварке 1 -10 с. Подъем инструмента после окончания выдержки - автоматический. При втором подъеме инструмента производит­ся обрыв проволоки.

На установке ЭМ-405 соединения выполняют методом свалки встык (рис. 5б). После сварки вывод отрезают ножницами. Оплавление шарика (диаметр 0,1-0,12) на конце проволоки, выходящей из инструмента, производится электрической дугой. Спе­циальный механизм обеспечивает автоматическое подтягивание проволоки с шариком к торцу инструмента при его опускании. Первую сварную точку выполняют встык, вто­рую - внахлестку. Длина проволочной перемычки (регулируемая) в пределах 3-8 мм.

—

Рис. 6. Схема термокомпрессионной сварки с подогревом инструмента: 1 - рабочий стол, 2 - под­ложка с тонкой пленкой, 3 - инструмент с нагревателем, 4 - проволочный проводник.

Сварка давлением с косвенным импульсным нагревом (СКИП) отличается от компрессионной сварки тем, что разогрев рабочей зоны осуществляется только в мо­мент сварки импульсом тока, проходящего непосредственно через инструмент. Благодаря этому имеется возможность получить более высокий локальный нагрев проводни­ка и, следовательно, сваривать малопластичные материалы. СКИН обладает более ши­рокими технологическими возможностями и позволяет получать качественные соеди­нения золотых, алюминиевых и медных проводников (диаметром до 100 мкм) с плёнками многих материалов.

Для выполнения СКИН инструмент должен иметь V-образную форму; причем максимальная температура должна быть на рабочем торце. Для нагрева инструмента может быть использован импульс постоянного или переменного тока. Для смягчения термоудара на пленочную контактную площадку целесообразен сопутст­вующий подогрев изделия (т. е. рабочего стола).

В отличие от термокомпрессии процесс взаимной диффузии при СКИН играет более существенную роль в образовании соединения. При выполнении СКИН в начале прикладывается давление. Затем через инструмент подается импульс тока длительно­стью от 0,01 до нескольких секунд. Под действием температуры торца инструмента происходит локальный разогрев проволоки, уменьшение предела пластичности, осадка проволоки и соединение. При соединении, например, алюминиевой проволоки с алю­миниевой, золотой и медной пленкой температура в зоне сварки должна составлять со­ответственно 400, 490 и 560°С.

Сварка сдвоенным (расщепленным) электродом является разновидностью контактной точечной электросварки, приспособленной к особенностям соединений в микросхемах. Малые площади соединений и малая толщина пленок требуют локализа­ции нагрева при одностороннем расположении электродов. Инструмент (рис.8) представляет собой два электрода с шириной рабочей части (торца) каждого электрода 0,1 мм, разделенных изолирующей прослойкой толщиной порядка 0,05 мм.

Рис. 7. Схема сварки давлением с косвенным импульсным нагревом

Рис. 8. Схема сварки сдвоенным электродом

В процессе сварки проволочный проводник на участке под инструментом явля­ется составной частью электрической цепи. Разогрев проводника осуществляется за счет выделения тепла в месте контактов проволока - электроды. В зависимости от ус­ловий сварки (длительности, мощности и скважности импульсов и времени выдержки под током) могут иметь место следующие механизмы соединения:

1. соединение в твердой фазе в результате рекристаллизации соединяемых материа­лов и прорастания зерен через поверхность раздела;
2. соединение ниже температуры рекристаллизации за счет электронного взаимо­действия и атомного сцепления;
3. соединение в жидкой фазе в результате расплавления.

Рис. 9. Схема ультразвуковой сварки с косвенным импульсным нагревом

Ультразвуковая сварка является разновидностью сварки давлением (холод­ной или с косвенным нагревом).

Ультразвуковые колебания возбуждаются в магнитострикционном преобразо­вателе и с помощью волновода (концентратора), служащего для увели­чения амплитуды, и сварочного инструмента передаются свариваемым деталям. Энер­гия колебаний преобразуется в сложные напряжения растяжения, сжатия и среза. При превышении предела упругости материала в зоне контакта возникают пластические деформации, и плёнка окисла разрушается, обнажая чистую поверхность. При этом ма­териалы схватываются за счет электронного взаимодействия.

Косвенный нагрев инструмента облегчает пластические деформации и улучшает качество соединения. Вначале осуществляется сдавливание соединяемых деталей, да­лее пропускается импульс тока через инструмент, а затем (или одновременно) создают­ся ультразвуковые колебания.

К преимуществам ультразвуковой сварки можно отнести: невысокую температу­ру в зоне контакта, возможность соединения трудносвариваемых разнородных мате­риалов (и даже диэлектриков) и невысокие требования к состоянию поверхности.

Ограничением метода является требование высокой пластичности материала проводника, так как деформация должна достигать 50 - 60%. Удельные давления долж­ны составлять несколько килограммов на 1 мм2.

Основными параметрами процесса являются амплитуда колебаний (порядка 5 -10 мкм при частоте 40 - 60 кГц) и удельное давление. Время сварки должно быть опти­мальным: при малом времени физический контакт соединяемых поверхностей может оказаться малым, при большом времени наблюдается разрушение узлов схватывания.

Таблица 2. Свариваемость материалов при различных методах микросварки

В установке ЭМ-404 для ультразвуковой сварки использован инструмент капил­лярного типа, который может совершать продольные или крутильные колебания в за­висимости от установленного сменного волновода. Давление инструмента на сваривае­мые элементы регулируется в пределах 20-150 г, время сварки выдерживается с точно­стью ± 0,02 с. Ультразвуковой генератор может работать с частотой 58-65 кГц и с вы­ходной мощностью 0,1 - 28 Вт. На установке можно приваривать золотые, алюминие­вые и медные проволоки диаметром 20 -100 мкм. Установка имеет нагревательную ко­лонку, что позволяет работать с подогревом изделия.

В табл.2 приводятся данные по выбору метода соединения проволочных про­водников с тонкопленочными контактными площадками.

Роликовой сваркой можно сваривать корпуса большого размера и любой конфигурации. Одним из вариантов корпуса является сварка плоских корпусов двумя роликами, которые прокатываются по одной поверхности на небольшом расстоянии друг от друга. В этом случае сварка ведется по принципу односторонней контактной сварки с параллельным расположением электродов (роликов).

Электроннолучевая сварка для герметизации стала применять недавно и не нашла еще широкого распространения. Однако этот способ будет, безусловно, широко применяться благодаря ряду преимуществ перед другими способами герметизации.

Обычно при электроннолучевой сварке малых толщин зазор должен быть минимальным, так, при сварке деталей толщиной 0,3 мм зазор должен быть не менее 0,02 мм. Для уменьшения допусков на размеры зазора и воздействия сварки на металлостеклянные спаи необходимо разрабатывать специальную конструкцию корпусов и подготовку кромок. Наиболее рациональная форма кромок корпуса под сварку приведена на рис.9.1. При такой форме соединение происходит за счет взаимного расплавления металла крышки и основания. Глубина проплавления может достигать 0,5 мм, что обеспечивает герметичность изделия.

Рис 9.1. Форма кромок металлостеклянного корпуса под электроннолучевую сварку

geum.ru

Холодная Сварка — доклад

 После отвердевания холодная сварка допускает обработку на токарном станке, шлифовку, сверление, нарезку резьбы, а также покраску. Вы легко восстановите отломанную или потерянную деталь, вылепив ее руками.

 УКАЗАНИЯ: 

 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА: Объемное удельное сопротивление холодной сварки - 5х1015 Oм-см Электрическая прочность - 400 В/мм@0,1215 м

 ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА: Плотность холодной сварки - 1,9 гр/см3 Прочность на сжатие - 1176 атм Прочностьна разрыв - 392 атм Модуль упругости - 3,9 х 104 атм Прочность на сдвиг - 52атм Твердость - 85 атм Максимальная температура - 260°С

 МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ: Содержит аминовые и эпоксидные смолы. Послеприменения вымыть руки с мылом. При попадании в глаза промыть водой, обратиться к врачу. БЕРЕЧЬОТ ДЕТЕЙ!             

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. 

Сварка — процесс получения неразъёмного соединения посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого. Обычно применяется для соединения металлов, их сплавов или термопластов, а также в медицине.

Для производства сварки используются различные источники  энергии: электрическая дуга, газовое пламя, лазерное излучение, электронный луч, трение, ультразвук. Развитие технологий позволяет в настоящее время осуществлять сварку не только на промышленных предприятиях, но и на открытом воздухе, под водой и даже в космосе. Производство сварочных работ сопряжено с опасностью возгораний, поражений электрическим током, отравлений вредными газами, облучением ультрафиолетовыми лучами и поражением глаз.

Значительный  принципиальный интерес, а в ближайшем  будущем, вероятно, и большое практическое значение представляет способ сварки металлов при комнатной температуре  без подогрева. Принципиальная возможность  сварки металла без подогрева  давно известна, но до последнего времени  не ставился вопрос о практическом использовании этой принципиальной возможности и не велось серьёзных исследований в этом направлении. Сварка по этому методу осуществляется одним давлением, прилагаемым к месту сварки посредством специальных штампов без применения нагрева. Прилагаемое давление должно вызвать значительную пластическую деформацию и течение металла в зоне сварки, почему способ применим лишь к металлам, достаточно пластичным при низких температурах.

Особенно хорошие  результаты даёт холодная сварка алюминия и его сплавов. Важнейшим условием для холодной сварки является абсолютная чистота соединяемых поверхностей металла; самые незначительные загрязнения  и тонкие плёнки окислов делают невозможным  получение удовлетворительной сварки. Всегда имеющаяся на поверхности  металлов плёнка окислов должна быть полностью удалена, причём способ удаления не должен оставлять на поверхности  каких-либо загрязнений или посторонних  частиц и не должен вызывать быстрого восстановления окисной плёнки на зачищенной поверхности металла. Хорошо обработанная и зачищенная поверхность может  сохранять способность к сварке несколько часов. Очистка поверхности  должна быть чрезвычайно тщательной, прикосновение руками к зачищенной поверхности часто делает сварку невозможной.

Осадочное давление должно быть приложено таким образом, чтобы выдавливаемый металл мог  свободно течь в обе стороны от места сварки. Для получения удовлетворительной сварки необходимо вызвать течение  металла в месте приложения давления, и обеспечить необходимое смещение частиц металла. Величина смещения может  измеряться уменьшением суммарной  толщины соединяемых частей под  штампами, выраженным в процентах. Необходим  определённый минимум уменьшения толщины  соединяемых частей для обеспечения  достаточной прочности сварки, дальнейшее уменьшение толщины металла будет  лишь вредным, снижая общую прочность  сварного соединения. Поэтому штампы или прессы для холодной сварки должны иметь ограничители, мешающие излишнему  углублению штампа в основной металл. Для различных толщин металла  применяется одно и то же относительное  уменьшение толщины, выраженное в процентах. Ширина штампа увеличивается с возрастанием толщины свариваемого металла.

Предложено несколько  приёмов выполнения холодной сварки, которые в различных сочетаниях позволяют получить разнообразные  сварные соединения. Например, возможно выполнить на листовом металле:

прямолинейный шов определённой длины с помощью  штампа, показанного на фиг. 187;

круговой шов  с помощью кольцевых штампов  соответствующих размеров, например для приварки донышка к цилиндрической коробочке;

непрерывный шов  произвольной длины с помощью  штампов, имеющих форму роликов (фиг. 188), катящихся по шву. В данном случае одновременно со сваркой излишний металл подрезается и удаляется. Так можно изготовлять, например, сварные трубы.

Сварочные штампы устанавливаются в прессы или  другие подходящие устройства достаточной  мощности. Мелкие детали тонкого металла  могут свариваться простейшим ручным приспособлением типа пломбировальных щипцов. Возможна сварка разнородных металлов, например меди с алюминием, что важно в электротехнике. Для таких соединений оба штампа имеют различные размеры для того, чтобы создать необходимую пластическую деформацию и смещение частиц обоих металлов.

Для холодной сварки важное значение имеет подготовка и зачистка поверхности металла под сварку. Химические методы очистки непригодны, так как последующая промывка восстанавливает плёнку окислов. Непригодна также обработка напильником и абразивами. Напильник оставляет на поверхности мелкие частицы металла, абразивы оставляют твёрдые частицы, вклинивающиеся в поверхность металла. Удовлетворительные результаты получаются при очистке вращающимися щётками из стальной проволоки с моторным приводом, а также при шабрении поверхности.

Относительно  механизма холодной сварки в литературе приводятся следующие соображения. Вдавливание штампов в холодный металл значительно упрочняет его, и настолько раздробляет и  измельчает зёрна металла, что вызывает процесс рекристаллизации, интенсивно и со значительной скоростью проходящий уже при комнатной температуре. В процессе рекристаллизации осколки  кристаллов, раздроблённых пластической деформацией, снова срастаются в  более крупные и правильные кристаллы. Вдоль поверхности раздела частей, соединяемых сваркой, рост кристаллов в процессе кристаллизации происходит за счёт материала обеих соединяемых  частей, так что поверхность раздела  физически исчезает, и происходит сращивание частей в один монолит, что  наблюдается при хорошо выполненной  сварке. Обычно принимается, что для  достаточного развития рекристаллизации таких металлов, как алюминий, медь, никель, необходим подогрев металла. При комнатной температуре рекристаллизация если и происходит, то в совершенно ничтожных размерах. Успешное выполнение сварки различных металлов при комнатной  температуре заставляет изменить сложившиеся  представления и признать, что  достаточная деформация металла  может вызвать интенсивную рекристаллизацию уже при комнатной температуре. Скорость деформации не оказывает заметного  влияния на процесс холодной сварки, которая получается одинаково хорошей  как при быстром, ударном приложении давления к штампам, так и при  очень медленном.

Указанные соображения  являются дискуссионными; для лучшего  понимания сущности процесса холодной сварки требуется дальнейшее более  глубокое и всестороннее его изучение. Весьма вероятным является предположение, что сущность холодной сварки состоит  в сближении атомов до расстояний порядка атомного радиуса, при этом возникает взаимодействие электронных  оболочек атомов и их прочное сцепление.

Снижение прочности  сварного соединения за счёт уменьшения толщины металла в месте сварки до известной степени компенсируется повышением прочности деформированного металла, получающего наклёп. Например, предел прочности технически чистого  алюминия в зоне максимальной деформации возрастает примерно в два раза.

Холодная сварка пригодна для различных металлов, достаточно пластичных при комнатной  температуре. Свариваемость металлов холодным способом может быть оценена  максимальной остающейся толщиной металла  в месте сварки, выраженной в процентах  по отношению к первоначальной толщине  металла до сварки. Предварительные  исследования свариваемости различных  металлов при холодной сварке показывают следующие результаты:

Из этих данных видно, что наилучшие результаты холодной сварки дают алюминий и алюминиевые  сплавы, удовлетворительные результаты даёт медь. Довольно удовлетворительную свариваемость даёт никель, имеющий  высокую температуру плавления (1450°).

В лабораторных условиях удалось также осуществить  холодную сварку стали. Штампы для холодной сварки могут изготовляться из углеродистых или легированных сталей, износ которых  незначителен. Давление, отнесённое к  рабочей поверхности штампа, должно превышать предел текучести свариваемого металла. Для холодной сварки алюминия давление составляет от 20 до 30 кг/мм2 для меди это давление должно быть в два-три раза больше, чем для алюминия. При конструировании приспособлений принимается в расчёт не давление, а величина пластической деформации.

Холодная сварка в настоящее время может найти  практическое применение для сварки электрических проводов, алюминиевых  и медных, в производстве алюминиевых  труб, кабелей с алюминиевой оболочкой, алюминиевых контейнеров для  герметической укупорки различных  продуктов и изделий и т. д.

Холодная  сварка чугуна

   Существует большое  разнообразие способов холодной сварки чугуна:    1) сварка чугуна стальными электродами: а) без постановки шпилек; б) с постановкой шпилек; в) сварка стальными электродами с карбидообразующими элементами в покрытии;    2) сварка чугунными электродами;    3) сварка электродами из цветных металлов и комбинированными;    4) сварка в среде углекислого газа, порошковой проволокой, электрошлаковая и др.    Выбор того или иного способа холодной сварки чугуна определяется рядом технологических и экономических факторов и требуемым качеством соединения.    Сварка электродами из малоуглеродистой стали без постановки шпилек. Данный метод может быть применен при заварке пороков на небольшой глубине и ширине на отливках неответственного назначения и не подлежащих механической обработке, а также при ремонте чугунных изделий.    Сварка первого слоя производится электродами малого диаметра, обычно 3 мм при малой погонной энергии и сварочном токе 60—70 A, вразброс, с перерывами, чтобы температура детали вблизи места сварки не превышала 50—60 °С. Слой получается тонким, пористым и с поперечными трещинами. Второй слой наносится на первый поперечными валиками, тем самым на поверхности детали в месте сварки создается слой стали. Дальнейшая сварка производится с большой погонной энергией, но также с перерывами, чтобы избежать концентрации теплоты в одном месте. Последующие слои создают достаточную плотность шва.    При сварке стыковых соединений для увеличения общей площади связи наплавленного и основного металла шов рекомендуется распространить на кромку детали по ширине, равной толщине детали (рис. 85), а для уменьшения напряжения применить проковку средних слоев.      Рис. 85. Вид стыкового соединения чугуна: а – стальнение поверхности без установки шпилек; б – стальнение поверхности с установкой шпилек     Этот метод сварки не следует применять для исправления чугунных изделий, работающих при температуре выше 100 °С, так как в месте сварки могут возникнуть дополнительные напряжения (вследствие разницы в значении коэффициента теплового расширения чугуна и стали), а это может явиться причиной нарушения сплошности соединения.    Сварка электродами из низкоуглеродистой стали с установкой шпилек. Чтобы увеличить прочность соединения при ремонте ответственных крупногабаритных чугунных изделий – станин, рам, кронштейнов и т. п., применяют стальные шпильки, которые ввертываются на резьбе в тело детали. Назначение шпилек – связать металл шва с чугуном и передать усилие от шва в массу основного металла, не подвергшегося термическому воздействию, минуя хрупкие участки околошовной зоны. Диаметр шпилек d принимается равным 0,15 – 0,25 толщины детали, но не менее 3 мм и не более 16 мм; расстояние между шпильками (3 – 4)d, расстояние от шпилек до кромки (1,510 – 2,0)d, глубина ввертывания шпилек 1,5d, высота выступающей части (0,8-1,2)d. При выполнении операции по подготовке отверстий для шпилек нельзя применять масло.    Детали толщиной до 12 мм могут свариваться без подготовки кромок с установкой одного ряда шпилек с каждой стороны. В деталях большой толщины выполняется односторонняя или двусторонняя подготовка кромок с углом раскрытия 90°, и шпильки устанавливаются также по скосам кромок в шахматном порядке.    Сварку производят при малой погонной энергии стальными электродами диаметром 3 мм с тонким покрытием или покрытием УОНИ-13/45. Сначала шпильки обваривают кольцевыми швами вразброс, с перерывами для охлаждения деталей. После обварки шпилек до соприкосновения кольцевых валиков между собой производится наплавка участков между обваренными шпильками также вразброс. Второй слой выполняется поперечными небольшими валиками вразброс. Для остальной части шва могут применяться электроды большого диаметра с соблюдением ранее указанных положений по сварке, с заполнением шва, как указано на рис. 85, б. При сварке деталей большой толщины для уменьшения количества наплавленного металла целесообразно производить сварку стальных связей различных форм и размеров.    Холодная сварка чугуна стальными электродами с постановкой шпилек позволяет производить сварку в нижнем, вертикальном и потолочном положениях, соединения получаются прочными, но плотность не всегда обеспечивается.    Сварка чугуна чугунными электродами. При этом методе сварки электродом служит чугунный стержень марки А или Б (табл. 46), на который наносятся различные толстые покрытия, например ОМЧ-1, которое содержит 25 % мела, 41 % графита, 9 % ферромарганца, 25 % кварцевого песка.    Таблица 46    Химический состав чугунных стержней, применяемых при сварке      Качество сварного соединения при холодной сварке чугуна чугунными электродами неоднородно, так как трудно обеспечить такую скорость охлаждения металла шва и околошовной зоны, при которой не было бы отбела на всем протяжении шва, поэтому в различных сечениях соединения получаются различной структуры и твердости. Этот способ сварки широкого применения не имеет. Лучшие результаты получаются при подогреве детали до температуры 300—400 °С, т. е. при полугорячей сварке чугуна.    Сварка стальными электродами с карбидообразующими элементами в покрытии. Сущность этого способа заключается в том, что углерод, поступающий в шов из основного металла, связывается в труднорастворимые мелкодисперсные карбиды ванадием, содержащимся в электродном покрытии. Карбиды эти столь прочны, что углерод, находящийся в них, не участвует в фазовых превращениях. Если карбидообразующие элементы содержатся в шве в избытке по отношению к углероду, структура шва получается ферритной с включением мелкодисперсных карбидов.    Сварка по этому способу выполняется в основном электродами ЦЧ-4, в покрытие которых вводится 70 % феррованадия, в результате чего наплавленный металл содержит 9—10 % ванадия. Сварку чугуна электродами ЦЧ-4 следует производить с малой погонной энергией по принципу наиболее холодного места, поэтому производительность процесса сварки электродами тоже низкая.    Холодная сварка электродами из никелевых сплавов. При наличии в жидкой ванне элементов активных графитизаторов можно избежать отбела в околошовной зоне, поэтому, когда поверхность должна быть механически обработана и неравнопрочность соединения с основным металлом допускается, сварка может производиться электродами из цветных металлов, содержащих никель, медь. Наибольшее применение получили электроды из монель-металла, который представляет собой сплав никеля (65—70 %) и меди (25—30 %), и электроды ЦЧ-ЗА, имеющие стержень из проволоки СВ-08Н50 и основное покрытие. На проволоку из монель-металла диаметром 2—4 мм наносятся покрытия специального состава, например, из 40 % графита, 60 % мела или мрамора и др.    Наплавка этими электродами производится валиками длиной 50– 60 мм; при этом сразу же после наложения валика его необходимо проковать легкими ударами молотка. Это вызвано тем, что усадка монель-металла при переходе из жидкого в твердое состояние составляет около 2 %. Совместное действие усадки и напряжений от сварки может вызвать образование трещин. Для уменьшения расхода дорогостоящего монель-металла и обеспечения обрабатываемости стыкового шва после сварки иногда на кромки, подлежащие сварке, наплавляется слой монель-металла, а остальная часть шва выполняется электродами из малоуглеродистой проволоки. В некоторых случаях нижняя часть шва наплавляется электродами из малоуглеродистой проволоки, а верхний слой покрывается монель-металлом.    Холодная сварка медными и комбинированными медно-стальными электродами. Медным электродом сваривают изделия, работающие при незначительных статических нагрузках, а также изделия, требующие плотных швов. В производстве широкое применение нашли различные варианты комбинированных медно-стальных электродов: медный стержень с оплеткой из мягкой стали, стальной стержень с медной оболочкой, пучок медных и стальных электродов, медный стержень с толстым покрытием, содержащим железный порошок, например, электроды 034-1 и др.    Появление комбинированного метода и сплавление его с чугуном создают условие для получения качественного шва, так как медь не соединяется с углеродом – она остается пластичной и вязкой, а сталь науглероживается, что повышает ее прочность.    Комбинированные электроды могут изготовляться из любой марки меди. Наиболее простыми в изготовлении являются электроды, имеющие медный стержень с оплеткой из мягкой стали. Они изготовляются следующим образом: на медный стержень длиной 300—350 мм навивается спираль из мягкой жести, нарезанной в виде полосок шириной 5—10 мм. Диаметр медного стержня берется равным 4—7 мм. Если между витками спирали будет небольшой интервал, то железа в электроде будет не более 8—12 %. На подготовленные стержни наносят покрытия: меловое, УОНИ-13/45 и др.    Широко и эффективно применяются электроды из меди с железным порошком в составе покрытия. Сварка такими электродами не вызывает затруднений. Для изготовления таких электродов в шихту покрытия УОНИ-13/55 добавляется 40—50 % железного порошка.    Сваркой пучком электродов отбел первого участка околошовной зоны полностью не устраняется. Лучшие результаты получаются, если в пучок добавляется стержень из монель-металла или латуни диаметром 2—3 мм.    Чтобы избежать затекания расплавленного металла впереди дуги, электрод при сварке располагают, как показано на рис. 86.    В настоящее время разработаны и рекомендованы к промышленному применению три марки порошковой проволоки для сварки чугуна: ППЧ-1, ППЧ-2, ППЧ-3. Химический состав первых двух марок проволоки приведен в табл. 47.    Таблица 47    Химический состав некоторых марок порошковой проволоки       Рис. 86. Сварка пучком электродов:    1 – стальные стержни электрода;    Как показали исследования, порошковую проволоку ППЧ можно применять для холодной сварки чугуна на деталях, имеющих сквозные и несквозные дефекты размером до 100 см ------- | bookZ.ru collection |------- |    -------   на обрабатываемых и необрабатываемых плоскостях, расположенных в нежестком контуре (отбитые части, дефекты на выступающих частях отливок и др.). Для сварки рекомендуется постоянный ток прямой полярности при режиме, обеспечивающем в процессе сварки минимальную скорость охлаждения, поэтому предпочтительно применение больших токов и малых скоростей перемещения дуги, а именно для сварочной проволоки диаметром 2,8—3,0 мм I ------- | bookZ.ru collection |------- |    -------   = 280?300 A, U ------- | bookZ.ru collection |------- |    -------   = 28?32 В, V ------- | bookZ.ru collection |------- |    -------   = 4 м/ч.    Механическая обработка наплавленной поверхности возможна потому, что благодаря большому вводу теплоты скорость охлаждения небольшая и получается достаточно пластичная структура. Но в тех случаях, когда площадь, подлежащая заварке большая и когда за счет соответствующего режима сварки нельзя заметно уменьшить скорость охлаждения металла наплавки и околошовной зоны, следует применить местный предварительный нагрев, хотя бы до 100—150 °С. Если это нельзя осуществить, сварку следует производить с малой погонной энергией, валиками длиной 25—30 мм, по принципу наиболее холодного места или путем предварительного стальнения поверхности электродами УОНИ-13/45, для получения сплошной наплавки высотой 5—6 мм. После этого производится заплавка детали.    

myunivercity.ru

Реферат Сварка 4

Сварка — процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого. Обычно применяется для соединения металлов, их сплавов или термопластов.

Для производства сварки используются различные источники энергии: электрическая дуга, газовое пламя, лазерное излучение, электронный луч, трение, ультразвук. Свариваемость — свойство металлов или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. В сварочной практике существуют такие понятия, как физическая и технологическая свариваемость.

Понятия свариваемости

Физическая свариваемость подразумевает возможность получения монолитных сварных соединений с химической связью. Такой свариваемостью обладают практически все технические сплавы и чистые металлы, а также ряд сочетаний металлов с неметаллами.

Технологическая свариваемость — это характеристика металла, определяющая его реакцию на воздействие сварки и способность образовывать сварное соединение с заданными эксплуатационными свойствами. В этом случае свариваемость рассматривается как степень соответствия свойств сварных соединений одноименным свойствам основного металла или их нормативным значениям.Сварочный флюс — материал, используемый при сварке для защиты зоны сварки, химической очистки соединяемых поверхностей и улучшения качества шва. Например, при газовой и кузнечной сварке металлов широко используют такие компоненты, как бура, борная кислота, хлориды и фториды. Они образуют жидкий защитный слой, в котором растворяются оксиды, образующиеся на свариваемых поверхностях.

При электрошлаковой сварке используют измельчённые композиции сложного состава, через них, кроме того, должен проходить электрический ток, с выделением тепла для нагрева свариваемых деталей.Горячие трещины при сварке — хрупкие межкристаллические разрушения металла шва и зоны термического влияния, возникающие в твёрдо-жидком состоянии при завершении кристаллизации, а также в твёрдом состоянии при высоких температурах на этапе преимущественного развития межзёренной деформации. Они могут возникать при неблагоприятном сочетании некоторых факторов, связанных с понижением деформационной способности металла вследствие наличия в структуре легкоплавких эвтектик, дефектов кристаллического строения, выделения хрупких фаз, включения водорода (водородная болезнь) и т. д.

Причины образования

Трещины различают по внешним и внутренним причинам их образования.

Внешними причинами образования трещин является сегрегация таких примесей, как сера, фосфор или кислород и окислы, то есть элементов, которые не вводятся специально в металл сварного шва, а попадают в него как сопутствующие элементы или в результате неоптимальных металлургических реакций. Они могут также попадать в металл сварного шва из переплавленного основного металла.

Внутренние причины возникают в результате реакций элементов, специально вводимых в металл сварного шва. Имеется в виду сегрегация ниобия, хрома, молибдена, бора и т. д. Так же причинами образования горячих трещин являются напряжения как внутренние, так и внешние.

Виды трещин

Выделяют два вида горячих трещин:

кристаллизационные

полигонизационные (подсолидусные)

Кристаллизационные трещины образуются при температурах, превышающих температуру солидуса.

Полигонизационные трещины образуются после завершения первичной кристаллизации вследствие возникновения в структуре вторичных полигонизационных границ. Дефекты типа горячих трещин обнаруживаются как в металле шва, так и в металле околошовного участка ЗТВ, вблизи линии сплавления.Холодные трещины — локальное межкристаллическое разрушение металла сварных соединений, возникающие под действием собственных сварочных напряжений. Формальными признаками холодных трещин, отличающими их от горячих, являются факт обнаружения трещин при визуальном наблюдении, как правило, после полного охлаждения сварного соединения и блестящий излом без следов высокотемпературного окисления.

Основными параметрами оценки склонности сталей к образованию холодных трещин являются эквивалент углерода (Сэкв) и параметр трещинообразования Pсм

Для определения значения эквивалента углерода в мировой практике используется несколько различных параметрических уравнений, наиболее полное из нихС экв=C + Mn / 6 + Cr / 5 + Mo / 4 + V / 14 + Ni / 15 + Cu / 15 + Nb / 4 + Ti / 4 + P / 2 + 5 * B

при Сэкв>0.45 — cталь трудно свариваемая

при Сэкв<0.25 — сталь не склонна к образованию холодных трещинОднако для современных феррито-бейнитных и бейнитных сталей образования холодных трещин не происходит при значениях С экв>0.45Параметр Рсм определеяется по параметрическому уравнению Ито-БессиоPсм= C + Si / 30 + Mn / 20 + Cr / 20 + Cu / 20 + Ni / 60 + Mo / 15 + V / 15 + 5 * BКлассификация сварки металлов

ГОСТ 19521-74[2] устанавливает классификацию сварки металлов по основным физическим, техническим и технологическим признакам.Физические признаки, в зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного соединения, подразделяются на три класса:

Термический класс: виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии.

Термомеханический класс: виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления.

Механический класс: виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления.К техническим признакам относятся: способ защиты металла в зоне сварки, непрерывность сварки, степень механизации сварки.Термический класс

Электрическая дуговая сварка

Описание процесса

К электроду и свариваемому изделию для образования и поддержания электрической дуги от сварочного трансформатора подводится электроэнергия. Под действием теплоты электрической дуги кромки свариваемых деталей и электродный металл расплавляются, образуя сварочную ванну, которая некоторое время находится в расплавленном состоянии. В сварочной ванне металл электрода смешивается с расплавленным металлом изделия (основным металлом), а расплавленный шлак всплывает на поверхность, образуя защитную плёнку. При затвердевании металла образуется сварное соединение. Энергия, необходимая для образования и поддержания электрической дуги, получается от специальных источников питания постоянного или переменного тока.В процессе электросварки могут быть использованы плавящиеся и неплавящиеся электроды. В первом случае формирование сварного шва происходит при расплавлении самого электрода, во втором случае — при расплавлении присадочной проволоки (прутков и т. п.), которую вводят непосредственно в сварочную ванну.Для защиты от окисления металла сварного шва применяются защитные газы (аргон, гелий, углекислый газ и их смеси), подающиеся из сварочной головки в процессе электросварки.Различают электросварку переменным током и электросварку постоянным током. При сварке постоянным током шов получается с меньшим количеством брызг металла, поскольку нет перехода через нуль и смены полярности тока.В аппаратах для электросварки постоянным током применяются выпрямители.

Классификация

Классификация дуговой сварки производится в зависимости от степени механизации процесса, рода тока и полярности, типа сварочной дуги, свойств сварочного электрода, вида защиты зоны сварки от атмосферного воздуха и др.По степени механизации различают:

-ручную дуговую сварку

-полуавтоматическую дуговую сварку

-автоматическую дуговую сваркуОтнесение процессов к тому или иному способу зависит от того, как выполняются зажигание и поддержание определённой длины дуги, манипуляция электродом для придания шву нужной формы, перемещение электрода по линии наложения шва и прекращения процесса сварки.При ручной дуговой сварке указанные операции, необходимые для образования шва, выполняются человеком вручную без применения механизмов.При полуавтоматической дуговой сварке (MIG/MAG) плавящимся электродом механизируются операции по подаче электродной проволоки в сварочную зону, а остальные операции процесса сварки осуществляются вручную.При автоматической дуговой сварке под флюсом механизируются операции по возбуждению дуги, поддержанию определённой длины дуги, перемещению дуги по линии наложения шва. Автоматическая сварка плавящимся электродом ведётся сварочной проволокой диаметром 1-6 мм; при этом режим сварки (ток, напряжение, скорость перемещения дуги и др.) более стабилен, что обеспечивает однородность качества шва по его длине, в то же время требуется большая точность в подготовке и сборке деталей под сварку.По роду тока различают:

-электрическая дуга, питаемая постоянным током прямой полярности (минус на электроде)

-электрическая дуга, питаемая постоянным током обратной (плюс на электроде) полярности

-электрическая дуга, питаемая переменным токомПо типу дуги различают

-дугу прямого действия (зависимую дугу)

-Дугу косвенного действия (независимую дугу)В первом случае дуга горит между электродом и основным металлом, который также является частью сварочной цепи, и для сварки используется теплота, выделяемая в столбе дуги и на электродах; во втором — дуга горит между двумя электродами.По свойствам сварочного электрода различают

-способы сварки плавящимся электродом

-способы сварки неплавящимся электродом (угольным, графитовым и вольфрамовым)Сварка плавящимся электродом является самым распространённым способом сварки; при этом дуга горит между основным металлом и металлическим стержнем, подаваемым в зону сварки по мере плавления. Этот вид сварки можно производить одним или несколькими электродами. Если два электрода подсоединены к одному полюсу источника питания дуги, то такой метод называют двухэлектродной сваркой, а если больше — многоэлектродной сваркой пучком электродов. Если каждый из электродов получает независимое питание — сварку называют двухдуговой (многодуговой) сваркой. При дуговой сварке плавлением КПД дуги достигает 0,7-0,9.По условиям наблюдения за процессом горения дуги различают:

-открытую

-закрытую

-полуоткрытую дугуПри открытой дуге визуальное наблюдение за процессом горения дуги производится через специальные защитные стёкла — светофильтры. Открытая дуга применяется при многих способах сварки: при ручной сварке металлическим и угольным электродом и сварке в защитных газах. Закрытая дуга располагается полностью в расплавленном флюсе — шлаке, основном металле и под гранулированным флюсом, и она невидима. Полуоткрытая дуга характерна тем, что одна её часть находится в основном металле и расплавленном флюсе, а другая над ним. Наблюдение за процессом производится через светофильтры. Используется при автоматической сварке алюминия по флюсу.По роду защиты зоны сварки от окружающего воздуха различают:

-дуговая сварка без защиты (голым электродом, электродом со стабилизирующим покрытием)

-дуговая сварка со шлаковой защитой (толстопокрытыми электродами, под флюсом)

-дуговая сварка со шлакогазовой защитой (толстопокрытыми электродами)

-дуговая сварка с газовой защитой (в среде защитных газов) (MIG-MAG)

-дуговая сварка с комбинированной защитой (газовая среда и покрытие или флюс)Стабилизирующие покрытия представляют собой материалы, содержащие элементы, легко ионизирующие сварочную дугу. Наносятся тонким слоем на стержни электродов (тонкопокрытые электроды), предназначенных для ручной дуговой сварки.Защитные покрытия представляют собой механическую смесь различных материалов, предназначенных ограждать расплавленный металл от воздействия воздуха, стабилизировать горение дуги, легировать и рафинировать металл шва.Наибольшее применение имеют средне — и толстопокрытые сварочные электроды, предназначенные для ручной дуговой сварки и наплавки, изготовляемые в специальных цехах или на заводах.В последнее время получает распространение плазменная сварка, где дуга между инертными неплавящимися электродами используется для высокотемпературного нагрева промежуточного носителя, например — водяного пара. Известна также сварка атомарным водородом, получаемым в дуге между вольфрамовыми электродами, и выделяющем тепло при рекомбинации в молекулы на свариваемых деталях.Сварка неплавящимся электродом

В англоязычной литературе известно как en:gas tungsten arc welding (GTA welding, TGAW) или tungsten inert gas welding (TIG welding, TIGW), в немецкоязычной литературе — de:wolfram-inertgasschweißen (WIG).В качестве электрода используется стержень, изготовленный из графита или вольфрама, температура плавления которых выше температуры, до которой они нагреваются при сварке. Сварка чаще всего проводится в среде защитного газа (аргон, гелий, азот и их смеси) для защиты шва и электрода от влияния атмосферы, а также для устойчивого горения дуги. Сварку можно проводить как без, так и с присадочным материалом. В качестве присадочного материала используются металлические прутки, проволока, полосы.[4]

Сварка плавящимся электродом

В англоязычной иностранной литературе именуется как en:gas metal arc welding (GMA welding, GMAW), в немецкоязычной литературе — de:metallschutzgasschweißen (MSG). Разделяют сварку в атмосфере инертного газа (metal inert gas, MIG) и в атмосфере активного газа (metal active gas, MAG).В качестве электрода используется металлическая проволока, к которой через специальное приспособление (токопроводящий наконечник) подводится ток. Электрическая дуга расплавляет проволоку, и для обеспечения постоянной длины дуги проволока подаётся автоматически механизмом подачи проволоки. Для защиты от атмосферы применяются защитные газы (аргон, гелий, углекислый газ и их смеси), подающиеся из сварочной головки вместе с электродной проволокой. Следует заметить, что углекислый газ является активным газом — при высоких температурах происходит его диссоциация с выделением кислорода. Выделившийся кислород окисляет металл. В связи с этим приходится в сварочную проволоку вводить раскислители (такие, как марганец и кремний). Другим следствием влияния кислорода, также связанным с окислением, является резкое снижение поверхностного натяжения, что приводит, среди прочего, к более интенсивному разбрызгиванию металла, чем при сварке в аргоне или гелии.

Ручная дуговая сварка

В англоязычной литературе именуется en:shielded metal arc welding (SMA welding, SMAW) или manual metal arc welding (MMA welding, MMAW).Для сварки используют электрод с нанесённым на его поверхность покрытием (обмазкой).При плавлении обмазки образуется защитный слой, отделяющий зону сварки от атмосферных газов (азота, кислорода), и способствующий легированию шва, повышению стабильности горения дуги, удалению неметаллических включений из металла шва, формированию шва и т. д. В зависимости от типа электрода и свариваемых материалов электросварка производится постоянным током обeих полярностей или переменным током.Ручная (TIG) и полуавтоматическая (MIG, MAG) импульсная сварка алюминия является более сложным процессом, чем электродуговая сварка чёрных металлов. Причиной тому — уникальные свойства алюминиевых сплавов, за которые они и ценятся.

Сварка под флюсом

В этом виде сварки конец электрода (в виде металлической проволоки или стержня) подаётся под слой флюса. Горение дуги происходит в газовом пузыре, находящемся между металлом и слоем флюса, благодаря чему улучшается защита металла от вредного воздействия атмосферы и увеличивается глубина проплавления металла.

Газовая, или газоплавильная сварка — сварка плавлением с применением смеси кислорода и горючего газа, преимущественно ацетилена; реже — водорода, пропана, бутана, блаугаза, бензина и т. д. Тепло, выделяющееся при горении смеси кислорода и горючего газа, оплавляет свариваемые поверхности и присадочный материал с образованием сварочной ванны — металла свариваемого шва, находящегося в жидком состоянии. Пламя может быть окислительным или восстановительным, это регулируется количеством кислорода. В зависимости от состава основного металла выбирают состав присадочных прутков; а в зависимости от толщины основного металла — диаметр.Газовая сварка характеризуется плавным и медленным нагревом металла, что обусловливает основные области его применения для сварки:

-сталей малых толщин (0,2-5 мм), с увеличением толщины металла в связи с медленным нагревом снижается производительность;

-цветных металлов;

-инструментальных сталей, требующих постепенного мягкого нагрева и замедленного охлаждения;

-чугуна и некоторых специальных сталей, требующих подогрева при сварке;А также для ремонтных работ, твердой пайки и некоторых видов наплавочных работ.

Электрошлаковая сварка (ЭШС) — вид электрошлакового процесса, сварочная технология, использующая для нагрева зоны плавления тепло шлаковой ванны, нагреваемой электрическим током. Шлак защищает зону кристаллизации от окисления и насыщения водородом. В холодном металле растворимость водорода на 2 порядка ниже, чем в жидком, а в атмосфере водорода всегда хватает. Поэтому, если металл без специальной защиты расплавить, а потом быстро охладить, то выходящий водород может спровоцировать образование трещин.

Плазменная сварка

Источником теплоты является плазменная струя, получаемые при ионизации рабочего газа в промежутке между электродами, одним из которых может быть свариваемое изделие либо оба электрода находятся в плазменной горелке — плазмотроне. Струя плазмы сжимается и ускоряется под действием электромагнитных сил, оказывая на свариваемое изделие как тепловое так и газодинамическое воздействие. Помимо собственно сварки этот способ часто используется для технологических операций наплавка, напыление и резка.

Электронно-лучевая сварка

Источником теплоты является электронный луч, получаемый за счёт термоэлектронной эмиссии с катода электронно-лучевой пушки. Сварка ведётся в высоком вакууме 10−3 — 10−4 Па в вакуумных камерах. Известна также технология сварки электронным лучом в атмосфере нормального давления, когда электронный луч покидает область вакуума непосредственно перед свариваемыми деталями.

Лазерная сварка

Источником теплоты служит лазерный луч. Применяют лазерные установки всех видов.

Контактная стыковая сварка оплавлением

Источником теплоты служит плоский нагревательный элемент, покрытый PTFE. Сварка делится на 5 этапов: нагрев под давлением, прогрев массы, вывод нагревательного элемента, сварка, затвердевание.

Сварка с закладными нагревателями

Источником теплоты служит элементы сопротивления запаянные в сварной муфте.Термомеханический класс

Контактная сварка

При сварке происходят два последовательных процесса: нагрев свариваемых изделий до пластического состояния и их совместное пластическое деформирование. Основными разновидностями контактной сварки являются: точечная контактная сварка, стыковая сварка, рельефная сварка, шовная сварка.

Точечная сварка

При точечной сварке детали зажимаются в электродах сварочной машины или специальных сварочных клещах. После этого между электродами начинает протекать большой ток, который разогревает металл деталей в месте их контакта до температур плавления. Затем ток отключается и осуществляется «проковка» за счёт увеличения силы сжатия электродов. Металл кристаллизуется при сжатых электродах и образуется сварное соединение.

Стыковая сварка

Заготовки сваривают по всей плоскости их касания. В зависимости марки металла, площади сечения заготовок и требований к качеству соединения стыковую сварку можно выполнять одним из способов.

Стыковая сварка сопротивлением

Заготовки, установленные и закреплённые в стыковой машине, прижимают одну к другой усилием определённой величины, после чего по ним пропускают электрический ток. При нагревании металла в зоне сварки до пластического состояния происходит осадка. Ток выключают до окончания осадки. Данный способ сварки требует механической обработки и тщательной зачистки поверхностей торцов заготовок.Неравномерность нагрева и окисление металла на торцах заготовок понижают качество сварки сопротивлением, что ограничивает область её применения. С увеличением сечения заготовок качество сварки снижается особенно заметно, главным образом из-за образования окислов в стыке.

Стыковая сварка непрерывным оплавлением

Состоит из двух стадий: оплавления и осадки. Заготовки устанавливают в зажимах машины, затем включают ток и медленно сближают их. При этом торцы заготовок касаются в одной или нескольких точках. В местах касания образуются перемычки, которые мгновенно испаряются и взрываются. Взрывы сопровождаются характерным выбросом из стыка мелких капель расплавленного металла. Образующиеся пары металла играют роль защитной атмосферы и уменьшают окисление расплавленного металла. При дальнейшем сближении заготовок образование и взрыв перемычек происходят на других участках торцов. В результате заготовки прогреваются в глубину, а на торцах возникает тонкий слой расплавленного металла, облегчающий удаление окислов из стыка. В процессе оплавления заготовки укорачиваются на заданный припуск. Оплавление должно быть устойчивым (непрерывное протекание тока при отсутствии короткого замыкания заготовок), особенно перед осадкой.При осадке скорость сближения заготовок резко увеличивают, осуществляя при этом пластическую деформацию на заданный припуск. Переход от оплавления к осадке должен быть мгновенным, без малейшего перерыва. Осадку начинают при включённом токе и завершают при выключенном.Стыковая сварка непрерывным оплавлением обеспечивает равномерный прогрев заготовок по сечению, торцы заготовок перед сваркой не требуют тщательной подготовки, можно сваривать заготовки с сечением сложной формы и большой площадью, а также разнородные металлы и позволяет получать стабильное качество стыков. Её существенным преимуществом является также возможность сравнительно легко автоматизировать процесс.Стыковую сварку оплавлением применяют для соединения заготовок сечением до 10 м². Типичными изделиями являются элементы трубчатых конструкций, колеса, кольца, рельсы, железобетонная арматура, листы, трубы.

Рельефная сварка

На деталях для сварки предварительно создают рельефы — локальные возвышения на поверхности размером несколько миллиметров в диаметре. При сварке контакт деталей происходит по рельефам, которые расплавляются, проходящим через них, сварочным током. При этом происходит пластическая деформация рельефов, выдавливаются оксиды и загрязнения. После прекращения протекания сварочного тока происходит кристаллизация расплавленного металла и образование соединения. Преимуществом данного вида сварки является возможность получения за один цикл нескольких сварных соединений высокого качества.

Диффузионная сварка

Сварка осуществляется за счёт диффузии — взаимного проникновения атомов свариваемых изделий при повышенной температуре. Сварку проводят в вакуумной установке, нагревая места соединения до 800 °C. Вместо вакуума может быть использована среда защитных газов. Методом диффузной сварки можно пользоваться при создании соединений из разнородных металлов, отличающихся по своим физико-химическим свойствам, изготавливать изделия из многослойных композитных материалов.

Способ был разработан в СССР в 1950-х годах Н. Ф. Казаковым.

Кузнечная сварка

Первый в истории вид сварки. Соединение материалов осуществляется за счёт возникновения межатомных связей при пластическом деформировании инструментом (ковочным молотом). В настоящее время в промышленности практически не используется.

Сварка высокочастотными токами

Источником теплоты служит высокочастотный ток проходящий между свариваемыми изделиями. При последующем пластическом деформировании и остывании образуется сварное соединение.

Сварка трением

Если жестко закрепить одну деталь, а другую, прижав к ней, вращать, то за счет механической работы сил трения детали в месте прикосновения сильно разогреются, оплавятся и сварятся.

Способ достаточно экономичный. Автоматизированые установки для сварки трением потребляют электроэнергии в 10 раз меньше, чем установки для контактной сварки. Соединяются детали за считанные секунды, при этом практически нет газовых выделений.

Способ позволяет сваривать разнородные материалы: медь и алюминий, медь и сталь, алюминий и сталь и т. д.

Идея сваривать детали трением была высказана токарем-изобретателем А. И. Чудиковым. В 1950-е годы на простом токарном станке ему удалось прочно соединить два стержня из низкоуглеродистой стали. Механический классСварка взрывом

Сварка осуществляется сближением атомов свариваемых изделий на расстояние действия межатомных сил за счёт энергии, выделяемой при взрыве. С помощью данного способа сварки часто получают биметаллы.

Ультразвуковая сварка металлов

Сварка осуществляется сближением атомов свариваемых металлических изделий на расстояние действия межатомных сил за счёт энергии ультразвуковых колебаний, вводимых в материалы. Ультразвуковая сварка характеризуется рядом положительных качеств, что несмотря на высокую стоимость оборудования, обуславливает её применение в производстве микросхем (сварка проводников с контактными площадками), прецизионных изделий, сварка металлов разных типов и металлов с неметаллами.

Холодная сварка

Холодная сварка представляет собою соединение однородных или неоднородных металлов при температуре ниже минимальной температуры рекристаллизации; сварка происходит благодаря пластической деформации свариваемых металлов в зоне стыка под воздействием механического усилия.

bukvasha.ru

Смотрите также

• 
  Мустай карим реферат
• 
  Биологические опасности реферат
• 
  Созвездие водолея реферат
• 
  Реферат эпителиальная ткань
• 
  Реферат слова паразиты
• 
  Планировка кухни реферат
• 
  Электрическое освещение реферат
• 
  Фонвизин недоросль реферат
• 
  Реферат электрическое освещение
• 
  Реферат грегор мендель
• 
  Демократический режим реферат