Різноманіття технологій зварювання тиском

Сутність зварювання тиском полягає в створенні нероз’ємного з’єднання двох твердих тіл-заготовок, здійснюваного додатком механічної енергії тиску. Під тиском метал деформується, починає текти, немов рідина, електронні оболонки атомів зварюються починають взаємодіяти, створюючи нероз’ємні з’єднання.

Для успішного протікання зварювання тиском необхідні наступні умови:

  • Здатність матеріалу (найчастіше – металевого) до пластичного деформації;
  • Рівень прикладених механічних зусиль, що створюють тиск;
  • Якісний стан (чистота, знежирення) поверхонь зварюваних матеріалів.

Короткий екскурс по способам зварювання

Почнемо з самого початку – що таке зварювальний процес? Їм називають отримання нероз’ємного з’єднання двох або декількох матеріалів шляхом утворення міжатомних зв’язків. Процес утворення нероз’ємного з’єднання при зварюванні поділяють на два етапи:

Зближення поверхонь зварюваних матеріалів до відстані, необхідного для виникнення сил взаємодії між атомами, що становить близько 3 Ангстрем (3х 10-10 м). Для освіти фізичного контакту кромок поверхонь, що з’єднуються при звичайних температурах і зусиллях умов мало, оскільки цьому перешкоджають:

  • Твердість матеріалів;
  • Наявність оксидів і верств абсорбованих домішок на поверхні;
  • Забруднення поверхні жировими плівками.

Тому для успішного протікання зварювання створюються додаткові умови:

  • Розплавлення матеріалу;
  • Створення пластичних деформацій шляхом прикладання тиску.

Здійснення електронної взаємодії між атомами зварюваних поверхонь. Між з’єднаннями матеріалами зникають їх індивідуальні поверхні розділу, утворюються нові зв’язки:

  • Атомні металеві – для зварювання металів;
  • Ковалентні або іонні – для напівпровідників або діелектриків.

В даний час процес утворення зварних з’єднань поділяють на дві категорії (див. Таблицю), які об’єднали:

  • Зварювання плавленням і
  • Тиском.

способи зварювання

Сварка тиском характеризується активною дифузією частинок зварюються, що веде до ліквідації кордону поверхневого розділу і тенденції проростання утворюються нових кристалів в зоні поверхневого контакту стикуються матеріалів.

Способи зварювання тиском, в свою чергу, поділяють на два великих класи:

  • Термомеханічна зварювання, для здійснення якої необхідно метал в зоні робочого контакту підігрівати (місцевий нагрів);
  • Холодна (механічна) зварювання, що здійснюється без підігріву деталей. З’єднання відбувається за рахунок пластичної деформації матеріалів в зоні контакту. В ході виникають пластичних деформацій можуть виникати супутні короткочасні нагріви району контакту.

Огляд найбільш поширених видів зварювання тиском

Сварка тиском затребувана у виробництві виробів машинобудівної і приладобудівної галузей. Способи її виконання залежать від виду виробів та вимог до нього. Розглянемо основні способи зварювання під тиском.

Холодна або механічна зварювання

З’єднання деталей за технологією холодної зварювання можливо здійснити навіть при мінусових температурах. Для її протікання необхідно забезпечити пластичне деформування контактируемих поверхонь матеріалів. Нероз’ємного з’єднання забезпечується создавшимися металевими зв’язками дотичних поверхонь при зближенні до дистанції, що не перешкоджає дії міжатомних сил.

На прикладі схеми процесу точкового зварювання, що входить в розряд технологій зварювання тиском, пояснимо суть механічного способу.

Процес точкового зварювання

Заготовки матеріалів (смуги, пластини, листи) поз. 1 розміщуються між пуансоном (поз. 2). У конструкції пуансонів передбачені технологічні виступи (поз. 3), що сприяють повноцінному контакту поверхонь матеріалу і пуансона. Зусиллям Р повідомляється стиснення виступів пуансонів в матеріал до тієї міри, поки опорна поверхня пуансона (поз. 4) не упреться в поверхню деталей, що зварюються.

За способом холодної зварювання з’єднують дріт, труби, шини, з’єднання можуть бути стиковими і внахлест. Середнє значення тиску становить 1-3 ГПа.

До чистоті поверхонь, що підлягають холодної зварюванні, пред’являються підвищені вимоги по відсутності жирових плівок та адсорбованих домішок.

термомеханічна зварювання

З найбільш поширених способів термомеханических зварювальних технологій вважається контактне зварювання, яку розділили на наступні види:

  • стикова;
  • точкова;
  • Роликова.

Для контактного електрозварювання необхідно пропускання електроструму достатньої сили через зону контакту матеріалів. Для хімічної взаємодії атомів матеріалів нагріті деталі стискаються механічним чином, тому контактне зварювання і віднесли до категорії зварювання тиском.

Даний спосіб застосовується в машинобудуванні та інших галузях промисловості і будівництва, він легко автоматизується і механізуються, внаслідок чого відноситься до високопродуктивним зварювальним технологіям.

Стикова контактна електрозварювання

При з’єднанні стикового контактного зварюванням зварювані деталі затискаються в електродах-губках таким чином, щоб контактували торцеві поверхні. Після пропускання потужного зварювального струму матеріали з’єднуються по всій стикується площі. Таким способом з’єднують дріт і арматурні стержні, елементи труб і смуг, рейки, ланцюги.

На графіку показана залежність температури зварювання стикового від тиску стиснення.

Графік

Точкова контактна електрозварювання

Точкове зварювання здійснюється при розташуванні деталей між електродами. Нажимной механізм щільно притискає деталі один до одного, потім подається потужний електрострум, який нагріває деталі до високої температури. Діаметр зварної точки зазвичай дорівнює діаметру контактної площі електрода. Точкове зварювання підрозділяють на два види:

  • Односторонню точкове зварювання;
  • Двосторонню точкове зварювання.

Область застосування точкового зварювання – з’єднання деталей невеликих розмірів, збірка електросхем, авто- і вагонобудування.

Роликова (шовна) контактне зварювання

Принципова відмінність цього способу полягає в поєднанні елементів деталей внахлестку обертовими електродами безперервним або переривчастим швом. Таким методом здійснюють зварювання посудин, що працюють під тиском. Безперервний шов утворюється за рахунок послідовного перекриття зварних точок.

Залежно від товщини стінок судин визначається тип шва:

  • Прямолінійний шов;
  • Кільцевій;
  • Круговий стикового шов.

Технологічні варіанти холодної зварювання вимагають дорогого устаткування і спеціального оснащення, тому для індивідуального і дрібносерійного виробництва холодне зварювання економічно недоцільна.

Ссылка на основную публикацию