Техпроцессы в машиностроении_лек

таллу заготовок. ТХС характеризуется степенью деформации ε (процентное отношение глубины вдавливания пуансонов к суммарной толщине соединяе-

мых заготовок). В таблице 6.1. приведена наименьшая величина степени де-

формации, необходимая для ТХС.

В практике применяется сварка без предварительного зажатия загото-

вок, с предварительным зажатием и со свободным течением металла вокруг пуансона.

При точечной сварке с двусторонним деформированием (рис. 6.31, а),

Рис. 6.31. Схемы холодной сварки:

а– с двусторонним деформированием; б

–с односторонним деформированием; 1 –

пуансон; 2 – рабочий выступ; 3 – заго-

товка; Р – усилие осадки.

подготовленные к сварке заготовки 3 ус-

танавливают между соосно-

расположенными пуансонами 1. Под воз-

действием усилия осадки, рабочие выступы 2 пуансонов вдавливаются в ме-

талл заготовок, обеспечивая необходимую для сварки пластическую дефор-

мацию. Полученный сварной шов представляет собой дискретную последо-

514

ных из губок концов заготовок. При этом образуется сварное соединение с образованием облоя 5. При использовании плоских губок (рис. 6.33, а) облой

5 необходимо непрерывно расплющивать. Во время деформации площадь облоя увеличивается, следовательно, в конце осадки большая часть прило-

женного усилия осадки Р тратится не на сварку, а на расплющивание облоя.

Облой так же препятствует полному вытеснению поверхностных пленок из зоны сварки, что ухудшает качество сварного шва. Использование губок с заостренными краями (рис. 6.33, б) позволяет относительно свободно вытес-

нять металл из зоны сварки, что создает благоприятные условия для сварки.

Образующийся облой подрезается режущим клином 6 губок и легко удаляет-

ся.

Рис. 6.33. Схемы стыковой сварки с пло-

скими губками:

а – схема сварки с получением утолщения;

б - схема сварки без утолщения; 1, 4 – заго-

товки; 2, 3 – губки - за-

хваты; 5 – облой; 6 –

режущий клин; Р – усилие осадки.

СХС применяется при: оконцевании алюминиевых проводов медью,

при сращивании алюминиевых и медных проводов и шин (безотходная на-

мотка катушек), при соединении медных силовых проводов (на линиях элек-

тропередач), при изготовлении алюминиевых колец из полосы, при изготов-

лении тавровых соединений (ребра радиаторов полупроводниковых прибо-

ров).

Для повышения прочности сварного соединения применяется комби-

нированные способы холодной сварки.

517

Сварка прокаткой применяется при производстве трубчатых панелей

(например, при изготовлении испарителей бытовых холодильников). На очищенную поверхность алюминиевой заготовки (карты) наносится оттиск рисунка будущих каналов. На карту с оттиском накладывают карту без от-

тиска. Полученный пакет прокатывают. В процессе прокатки алюминий сва-

ривается, а поверхности, закрытые рисунком не свариваются. Сваренный па-

кет помещают между гладкими параллельно расположенными плитами и в каналы подают воду под давлением 10 МПа. Каналы раздуваются и приобре-

тают требуемые размеры сечения.

Сварка трением

Сварка трением – сварка с применением давления, при которой нагрев осуществляется трением, вызванным относительным перемещением свари-

ваемых частей или инструмента.

Работа, затрачиваемая при относительном перемещении свариваемых заготовок на преодоление сил трения, преобразуется в теплоту, которое вы-

деляется на поверхностях трения и нагревает прилегающие к ним тонкие слои металла до температур, необходимых для образования сварного соеди-

нения (при сварке черных металлов температуры в стыке достигают

1000…1300° С). Таким образом, в стыке действует внутренний источник те-

пловой энергии, вызывающий быстрый локальный нагрев небольших объе-

мов металла.

В процессе трения пластичный металл стыка выдавливается в радиаль-

ных направлениях под воздействием осевого усилия и тангенциальных сил,

возникающих в стыке при вращении одной детали относительно другой. Вы-

давленный металл (грат) - имеет характерную для сварки трением форму сдвоенного правильного кольца, расположенного по обе стороны плоскости стыка (рис. 6.34).

Нагрев прекращается путем быстрого (практически мгновенного) пре-

кращения относительного вращения. При этом в контакт оказываются вве-

518

денными очищенные торцовые поверхности соединяемых деталей, металл которых доведен до состояния повышенной пластичности. Для получения прочного соединения достаточно такой подготовленный к сварке металл подвергнуть сильному сжатию - проковать. Это достигается с помощью про-

должающего еще некоторое время действовать осевого усилия.

Рис. 6.34. Сварка трением:

Р – усилие прижатия; 1 – заготовки; 2 – грат.

Строго локализованное тепловыделение в приповерхностных слоях деталей при сварке трением является главной осо-

бенностью этого процесса, определяющей его энергетические и технологиче-

ские преимущества, к которым в первую очередь относятся следующие: o Высокая производительность. Объем тонкого слоя нагреваемого ме-

талла незначителен. Весь цикл его нагрева продолжается от 2 до 30 секунд (в

зависимости от свойств материала и размеров сечения свариваемых деталей). o Высокие энергетические показатели процесса. Локальное генерирова-

ние тепла и малые объемы нагреваемого при сварке трением металла обу-

словливают высокий КПД процесса. Расход энергии и мощности при сварке трением в 5…10 раз меньше чем, например, при электрической контактной сварке встык.

o Высокое качество сварного соединения. При правильно выбранном ре-

жиме сварки металл стыка и прилегающих к нему зон обладает прочностью и пластичностью, не меньшей, чем основной металл соединяемых заготовок;

стык свободен от пор, раковин, различного рода инородных включений и других макропороков. Металл стыка и зон термического влияния в результа-

те ударного термомеханического воздействия (быстрые нагрев и охлаждение в присутствии больших давлений), по своему характеру близкого к режимам

519

работающих в агрессивных средах - очагом коррозии. Лучшим средством предотвращения указанных дефектов является сохранение на детали грата. o Необходимость съема грата, когда это по конструктивным соображе-

ниям оказывается необходимым. На это затрачивается добавочное время ли-

бо на сварочной машине, либо на отдельном рабочем месте.

Наиболее распространенные схемы сварки приведены на рис. 6.35.

При ротационной сварке (рис. 6.35, а, б) заготовки, подлежащие сварке,

устанавливают соосно в зажимах машины; одна из них - неподвижна, а дру-

гая приводится во вращение вокруг их общей оси. При ротационной сварке трех тел вращение придается либо центральной заготовке, либо крайним за-

готовкам.

Рис. 6.35. Основные схемы сварки трением:

а – ротационная сварка двух тел; б – ротационная сварка трех тел; в - орбитальная сварка; г – перемешивающая сварка; д – штифтовая свар-

ка; Р – осевое усилие; V –

скорость перемещения ин-

дентора; е – эксцентриситет;

1 – сварной шов; 2, 4 – заготовки; 3 – индентор; 5 – штифт.

Инерционная сварка отличается от ротационной тем, что потребляемая из электрической сети энергия, преобразованная электродвигателем в меха-

ническую энергию, поступает в зону сварки не непосредственно, а предвари-

тельно (в промежутках между сварками) аккумулируется в маховике маши-

ны. Процесс инерционной сварки начинается с того, что маховик машины с помощью электродвигателя приводится во вращение. Когда накопленная

521

энергия и угловая скорость достигнут достаточной для сварки заготовок ве-

личины, маховик отключается от приводного двигателя и подключается к шпинделю, на котором укреплена одна из заготовок. Если заготовки предва-

рительно были прижаты осевым усилием одна к другой, то в стыке начинает-

ся процесс тепловыделения.

Время нагрева при инерционной сварке в несколько раз меньше, чем при обычной сварке трением. Кратковременный цикл нагрева - охлаждения позволяет с помощью инерционной сварки соединять такие разнородные ма-

териалы, как титан с алюминием и другие сочетания, в то время как при обычной сварке трением это в ряде случаев невыполнимо. Однако при сварке сталей склонных к образованию закалочных структур (сварка быстрорежу-

щих сталей с конструкционными) быстротечность термического цикла при-

водит к образованию закалочных трещин.

Орбитальная сварка (рис. 6.35, в) позволяет осуществлять соединение не только круглых заготовок, но также и заготовок любой произвольной формы сечения. Это достигается путем вращения обеих свариваемых загото-

вок с одинаковой угловой скоростью в одну и ту же сторону. При этом даже если торцы заготовок и были прижаты один к другому, силы трения между ними не возникнут. Если одну из заготовок сместить в радиальном направле-

нии то в стыке возникнет трение, начнется тепловыделение. Процесс тепло-

выделения завершается принудительным совмещением осей вращающихся заготовок. Во время торможения обеих заготовок их торцами прикладывает-

ся проковочное давление. К моменту остановки заготовок, они оказываются сваренными.

Вибрационная сварка (линейная сварка LFW) - сварка трением некруг-

лых деталей, при котором вместо относительного вращения используется возвратно-поступательное движение торца одной из свариваемых заготовок относительно другой. В процессе возвратно – поступательного движения с частотой около 60 Гц и амплитудой до 3 мм, торцы заготовок сжимаются до образования плотного контакта. В процессе сварки вязкопластичные слои

522