3.5.2. Продукция, получаемая волочением

Сортамент изделий, изготовленных волочением, очень разнообразен: проволока 0,002-10 мм и фасонные профили (рис. 3.47, б), трубы диаметром от 0,3 до 500 мм с толщиной стенки от 0,05 до 5-6 мм.

Волочение труб можно выполнять без оправки, для уменьшения только внешнего диаметра (редуцирование), и с оправкой (для уменьшения внешнего диаметра и толщины стенки). На рис. 3.47, а, показана схема волочения трубы 1 на длинной закрепленной оправке 3. В этом случае профиль полученной трубы определяется зазором между волокой 2 и оправкой 3. Волочение обеспечивает высокую точность размеров (стальная проволока диаметром 1,0-1,6 мм имеет допуск 0,02 мм), высокое качество поверхности, получение очень тонких профилей. Метод дает возможность широко варьировать (за счет наклепа, а также термической обработки) диапазон прочностных и пластических свойств металла готового изделия, резко сокращает отходы и увеличивает производительность. Отличительной чертой процесса волочения является его универсальность (простота и быстрота замены инструмента), что делает его очень распространенным.

3.6. Прессование

Прессование - процесс получения изделий путем выдавливания нагретого металла из замкнутой полости через отверстие инструмента. Существуют 2 метода прессования: прямой и обратный (рис. 3.48). При прямом прессовании металл выдавливается в направлении движения пуансона. При обратном прессовании металл движется из контейнера навстречу движению пуансона.

3.6.1. Оборудование и инструмент

Для прессования применяют гидравлические прессы с горизонтальным или вертикальным расположением пуансона.

Инструмент для прессования состоит из контейнера, матрицы, пуансона (штемпеля), иглы и иглодержателя (при прессовании полых профилей и труб). Инструмент работает в очень тяжелых условиях: при температурах 800-1200 °С и при высоких удельных нагрузках. Его изготавливают из высококачественных инструментальных сталей и жаропрочных сплавов. Износ инструмента уменьшают применением смазок: графит, стекло, порошки меди, никеля, окись цинка, дисульфид молибдена и др

Тема 4. Сварка Физическая сущность и классификация способов сварки

Сварка - технологический процесс получения неразъемных соединений мателалов посредством установления меж­атомных связей между свариваемыми час­тями при их нагреве и пластическом де­формировании. Сваркой соединяют одно­родные и разнородные металлы и их спла­вы, металлы с некоторыми неметалличе­скими материалами (керамикой, графи­том, стеклом и др. ), а. также пластмассы.

В разработке метода получения неразъ­емных соединений материалов путем их сварки ведущая роль принадлежит отечест­венным инженерам и ученым. В 1882 г. Н. Н. Бенардос и в 1888 г. Н. Н. Славянов предложили первые практически пригод­ные способы сварки с использованием электрической дуги.

Для образования со­единений необходимо выполнение сле­дующих условий:

• освобождение свари­ваемых поверхностей от загрязнений, ок­сидов и адсорбированных на них инород­ных атомов;

• энергетическая активация поверхностных атомов, облегчающая их взаимодействие друг с другом;

• сближение свариваемых поверхностей на расстояния, сопоставимые с межатомным расстоянием в свариваемых заготовках. Взаимодействие наступает при сближении их на расстояния, примерно равные атомно­му радиусу

Указанные условия реализуются раз­личными способами сварки путем энерге­тического воздействия на материал в зоне сварки. Энергия вводится в виде теплоты, упругопластической деформации, элек­тронного, ионного, электромагнитного и др. видов воздействия.

Прочность и другие свойства сварных соединений определяются свариваемостью материалов.

Свариваемость - свойство ме­талла или сочетания металлов образовы­вать при установленной технологии свар­ки надежные и экономичные сварные соединения, отвечающие тре­бованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. В зависимости от того, удовлетворяет ли сварное соедине­ние предъявляемым требованиям, свари­ваемость может быть достаточной или недостаточной.

Безотносительно к виду конструкции и ее назначению свариваемость материалов оценивают степенью соответствия задан­ных свойств сварного соединения одно­именным свойствам основного металла и их склонностью к образованию таких сва­рочных дефектов, как трещины, поры, шлаковые включения и др. По этим при­знакам материалы разделяют на хорошо, удовлетворительно, ограниченно и плохо сваривающиеся.

Свариваемость материалов в основном определяется типом и свойствами струк­туры, возникающей в сварном соединении при сварке. При сварке однородных ме­таллов и сплавов в месте соединения, как правило, образуется структура, идентич­ная или близкая структуре соединяемых заготовок.

Для разных материалов показа­тели свариваемости меняются, но главное в них постоян­но—это возможность получения при обычной технологии прочного сварного соединения. Прочность соединения опреде­ляется внутрикристаллическими связями.

Оценку свариваемости проводят, сравнивая свойства металла шва и около­шовной зоны с основным металлом. Кроме того, выявля­ют склонность материалов к образованию сварочных дефектов (трещин, пор, шлаковых включений, наплывов, непроваров, подрезов и др.).

По свариваемости материалы относят:

• к хорошо,

• удов­летворительно

• плохо свариваемым.

По форме используемой энергии существует несколь­ко видов сварки.

В соответствии с термодинамическим определением процессов сварки основными признаками для их классификации должны служить: форма вво­димой энергии, наличие давления и вид инструмента — носителя энергии, на основании чего классифицируются виды сварки

Таблица Классификация видов сварки

	Класс
	термический	термомеханический	механический
Виды сварки	Дуговая	Контактная	Холодная
	Электрошлаковая	Диффузионная	Взрывом
	Электронно- лучевая	Индукционно-прессовая	Ультразвуковая
	Плазменная	Газопрессовая	Трением
	Ионно- лучевая	Дугопрессовая	Магнитно-импульсная
	Тлеющим разрядом	Шлакопрессовая
	Световая	Термокомпрессионная
	Индукционная	Печная
	Газовая
	Термитная
	Литейная

Кроме того, сварку классифицируют и по другим признакам:

а) способу защиты металла в зоне сварки

(сварка на воздухе, в вакууме, в защитном газе, под флюсом и т. п.);

б) непрерывности сварки

(непрерывные и прерывистые, т. е. импульс­ные процессы);

в) степени механизации

(ручная, механизированная, автоматическая);

г) технологическим

(вид электрода или дуги, род сварочного тока, по­лярность, тип и количество электрических дуг и т. п. ).

Процесс сварки состоит из трех условных этапов:

1. формирование физического контакта;

1. образование хими­ческих или металлических связей;

2. создание прочного сварного соединения.

При термической сварке на первом этапе ме­талл в месте сварки доводится до жидкого состояния. Для локального расплавления участка металла, с кото­рым соседствуют большие объемы холодного металла, необходимы тепловые источники с температурой не ниже 3000 °С и высокой мощностью. За счет расплавления ме­талла устраняются неровности и загрязнения соединяе­мых поверхностей. Этап заканчивается формированием физического контакта, при котором атомы находятся на расстояниях, необходимых для начала межатомного взаимодействия.

Второй этап характеризуется образованием свароч­ной ванны, в которую сливается расплавленный металл. В ней он находится в состоянии движения и перемешива­ния. Создаются условия для смачивания твердого нерас­творенного металла соединяемых элементов жидким ме­таллом сварочной ванны. Происходит сцепление атомов металла сварочной ванны и основного металла, приводя­щее к образованию прочных химических связей. Усиле­нию межатомного взаимодействия способствует тепло­вая активность атомов расплавленного металла, сопро­вождаемая процессом диффузии.

Третий этап наступает после удаления источника на­грева, происходит охлаждение жидкого металла и его кристаллизация. Начало кристаллизации наблюдается у частично оплавленных зерен основного металла: возни­кают кристаллиты, общие для основного металла и ме­талла сварочной ванны. По окончании кристаллизации образуется монолитный шов, способствующий созданию прочных сварных соединений.

Термическая сварка проводится плавлением при воздействии тепловой энергии.

При механических методах сварки необходимо приложить давле­ние, под влиянием которого в месте сварки возникают значительные упруго-пластические деформации, вызывающие разрушение оксидной пленки, смя­тие микронеровностей, обеспечение физического контакта и образование между атомами прочных связей, соответствующих связям при расстоянии между ними, равном параметру кристаллической решетки.

При механической сварке на первом этапе сближения соединяемых поверхностей увеличивают пло­щадь контакта. С этой целью под нагрузкой деформиру­ют неровности поверхностей, разрушают и удаляют оксидные и органические пленки. Достигается физический контакт, при котором в непосредственное соприкос­новение вступают ювенильные (чистые) поверхности.

Контактирование ювенильных поверхностей приводит к межатомному взаимодействию свариваемых тел, при котором образуются металлические связи, — такова сущ­ность второго этапа. Эти связи являются результатом взаимодействия расположенных в узлах кристаллической решетки ионов и обобществленных валентных электро­нов.

Третий этап охватывает диффузионные процессы, способствующие перемещениям частиц металла из места контакта на некоторые расстояния.

Механическая сварка характеризуется приложением механической энергии и давлениея

При термомеханических методах сварки металл в месте соеди­нения деталей нагревается от внешних источников теплоты до температуры плавления или пластического состояния. Нагревание позволяет снизить удельное давление, уменьшить величину минимальной относительной де­формации, необходимой для сварки.

Современная тенденция повышения уровня комплекс­ной автоматизации и механизации сварочного производ­ства, применение современных робототехнических уст­ройств приводят к повышению производительности тру­да и получению высокого качества сварных соединений.

Термомеханическая сварка осуществляется с использованием тепловой энергии и давления.

Особенности применения сварки плавлением и давлением

Различия в способах образования монолитного соединения при сварке плавлением и давлением в определенной степени определяют подход к их выбору при изготовлении сварных конструкций.

Методы сварки плавлением получили широкое распространение благо­даря их преимуществам по сравнению с другими методами:

1) возможностью сварки в монтажных и цеховых условиях;

2) разнообразием применяемых типов соединении;

3) возможностями сварки конструкций различных габаритов;

4) широким диапазоном свариваемых толщин металла — от нескольких микрометров, например при сварке световым лучом, до 1 м и более при электрошлаковой сварке;

5) возможностью изменения химического состава наплавленного метал­ла. При сварке можно изменить химический состав наплавленного металла, применяя сварочные проволоки различных марок и внося легирующие эле­менты в электродное покрытие или флюс. Это широко используется при сварке низколегированных и легированных сталей;

6) возможностью сварки швов в любых пространственных положениях.

Сварка плавлением, однако, имеет ряд недостатков.

1. Кристаллизация металла шва протекает при растягивающих напряже­ниях, что является одной из причин образования трещин.

2. Необходима защита металла шва от воздействия атмосферы. Если не при­нимать каких-либо мер по его защите, то наплавленный металл будет иметь по сравнению с основным весьма низкие механические свойства, прежде всего пла­стичность. Создание шлаковой и газовой защиты, применение вакуума умень­шают влияние атмосферы на металл или исключают его полностью.

3. Возможно образование (особенно при сварке разнородных металлов) в наплавленном металле хрупких интерметаллических включений, ликвации примесей в шве. Степень ликвации, как и само число включений в металле, а также их расположение в шве, влияют на прочность сварных конструкций. Примеси часто являются причиной возникновения трещин при сварке.

4. Образуются напряжения и деформации при сварке.

5. Изменяется структура основного металла под влиянием нагрева при сварке.

Методы сварки давлением (термомеханические и механические) имеют определенные преимущества по сравнению с методами сварки плавлением.

Применение способов сварки давлением

• значительно расширило диапа­зон свариваемых материалов, в том числе разнородных металлов, а также неметаллических материалов,

• исключило в ряде случаев возникновение при сварке трещин, пористости,

• способствовало уменьшению деформаций свар­ных узлов.

• Важным является тот факт, что сварка давлением вызывает менее значительные изменения основного металла, чем сварка плавлением, хотя упругопластические деформации, необходимые при сварке без нагрева, при­водят к некоторому физическому упрочнению металла шва и прилегающих к нему участков. В результате ухудшается пластичность металла, что следует учитывать при назначении конструктором механических методов сварки.

Термомеханические и механические методы легче механизировать и ав­томатизировать, при большинстве из них достигается высокая производи­тельность. Все это предопределило достаточно широкую область примене­ния способов сварки давлением.

В то же время некоторые особенности указанных технологических про­цессов, связанные в основном с необходимостью использования при сварке давления, ограничивают их применение в ряде конструкций.