Файл: Кузнецов В.И. Машиностроительные материалы и технология их обработки.pdf

Кроме того, ультразвуковой сваркой соединяют разнородные металлы, а также изделия очень малых толщин, измеряемых десятыми и сотыми долями милли­

метра.

При помощи ультразвука можно сваривать детали как точками, так и непрерывным швом, что особенно важно для получения герметических соединений.

Ультразвуковая сварка требует в несколько раз мень­ ше электроэнергии, чем контактная. Важным обстоятель­ ством является и то, что процесс ультразвуковой сварки не требует выполнения такой трудоемкой операции, как предварительная очистка поверхностей, так как сам уль­ тразвук способствует очищению контактируемых плоско­ стей. Сварка ультразвуком очень производительна: сва­ ривание в одной точке осуществляется за одну секунду.

При помощи ультразвуковой сварки возможно сва­ ривать высокополимерные материалы, что особенно важ­ но, так как эти новые искусственно создаваемые мате­ риалы получают все большее и большее применение во всех областях техники.

Сварные соединения металлов, получаемых ультра­ звуком, обладают высокой прочностью. В ряде случаев прочность их гораздо выше прочности соединений, выпол­ ненных контактной сваркой.

В последнее время появился новый вид сварки кон­

концентрации энергии проплавлять толстый металл очень узким «кинжальным» швом, при небольшом расходе электроэнергии, в пять—десять раз меньшем, чем при других способах сварки.

В связи с расширением применения тугоплавких и хи­ мически активных металлов в качестве конструкционных

158

материалов получила развитие и э л е к т р о н н о л у ч е ­ ва я с в а р к а в в а к у у м е — наиболее надежный ме­ тод сварки таких металлов. Он позволяет избавиться от присадок и флюсов, предохраняющих сварной шов от загрязнений и окисления. Наоборот, металл в месте рас­ плавления рафинируется за счет испарения примесей.

Энергия электронного луча концентрируется на очень малой площади изделия, что приводит к очень высоким, ранее недостижимым значениям плотности энергии в месте обработки.

С помощью электронного луча можно создать плот­ ность энергии порядка 108 вт/см2 при минимальной пло­ щади пятна К)-7 см2. Для сравнения укажем, что при дуговой сварке удается создать плотность энергии до 105 вт/см2 при минимально возможной площади действу­ ющей поверхности дуги 10~3 см2.

Использование очень узких лучей позволяет при сты­ ковой сварке нагревать шов сверху, как это происходит при обычной сварке, а начинать его заплавление со дна. Таким образом удается в течение очень короткого времени производить сварку швов толстых материалов на всю толщину при малом общем выделении энергии в шве. Благодаря этому термическое воздействие на прилегающую к месту сварки среду ограничивается узким пространством и почти не вызывает деформации изделия.

Металлы, имеющие высокую упругость паров, свари­ вают не непрерывным пучком, а импульсным. Так свари­ вают, например, хром и алюминий.

В настоящее время электроннолучевой нагрев нахо­ дит все более широкое применение в промышленности.

Электронный нагрев применяется для выплавки, зон­ ной очистки, сварки и нанесения покрытий при исполь­ зовании материалов, обладающих специальными физико-

159

химическими свойствами. Усиленно ведутся работы по исследованию процессов нагрева электронным лучом и конструированию все более мощных электротермических установок, электротехнического и вакуумного оборудо­ вания, по сварке разнородных материалов электронным лучом (керамика и металлы). Габариты и вес сваривае­ мых этим методом деталей все более увеличивается.

Широкое распространение получила д и ф ф у з и о н ­ н а я с в а р к а в в а к у у м е .

Новые способы сварки, основанные на диффузионных процессах или на применении высококонцентрированных источников нагрева для локального оплавления свари­ ваемых кромок, позволяют осуществить так называемую прецизионную сварку — процесс получения сварной кон­ струкции с заданными расчетными размерами.

Это открывает неограниченные возможности для авто­ матизации сварочного производства, для создания совер­ шенного сварочного оборудования с программным управ­ лением. Сварная конструкция будущего представляется в виде совершенного, гармонического сочетания метал­ лических и неметаллических деталей законченных форм и размеров, свободных от внутренних напряжений, не нуждающихся ни в термической, ни в механической об­

работке.

Пайка. Большое количество деталей и узлов совре­ менных машин, приборов и (механизмов изготовляется методом паяния различными припоями. Изготовление де­ талей методом пайки обладает рядом существенных преи­ муществ, главными из которых являются: возможность изготовлять весьма сложные узлы и изделия из отдель­ ных, простых по форме и легких в изготовлении элемен­ тов; возможность соединять в одном изделии элементы из различных сплавов с различными требуемыми по услрвиям работы изделия физико-механическими свойст­

1G0

вами; сравнительная несложность, невысокая трудоем­ кость и малая стоимость технологического процесса.

Внастоящее время паяние завоевало прочное место

впроизводстве. Методом пайки теперь изготовляют не только отдельные детали, но и целые комплексные узлы, не только мельчайшие детали приборов, но и сложные из­ делия сравнительно больших размеров.

Паянием называется процесс соединения твердых ме­ таллических тел при помощи промежуточного металла или сплава в расплавленном состоянии с последующей его кристаллизацией.

Для того чтобы паяемый шов был заполнен припоем, необходимо прежде всего расплавить его. Но этого мало.

Если мы каким-либо образом нанесем расплавленный припой на поверхность холодного шва, то этот припой быстро закристаллизуется и никакой связи его с метал­ лом основы при этом не произойдет. Поэтому при пайке шов должен быть обязательно прогрет до температуры начала плавления припоя. Прогреву можно подвергнуть не весь подлежащий пайке узел, а лишь поверхность шва; однако ввиду того, что металлы, как правило, об­ ладают высокой теплопроводностью, осуществить такой местный нагрев обычно довольно трудно, а иногда, на­ пример, для массивных деталей из высокотеплопроводной меди вообще невозможно. Одновременно с прогре­ вом паяного шва обычно происходит и расплавление припоя.

После прогрева шва и расплавления припоя послед­ ний должен растечься по поверхности паяемого метал­ ла, а это возможно лишь в том случае, если расплав­ ленный припой хорошо смачивает поверхность твердого металла.

Одной из главнейших характеристик припоя, опреде­ ляющей как назначение, так и способ применения его,

является температура плавления. Наиболее рациональ­ но разделить все припои по этому признаку на два клас­ са: легкоплавкие, имеющие температуру плавления ни­ же 450°С, к которым относятся сплавы на оловянной, свинцовой, кадмиевой, висмутовой и цинковой основе, и тугоплавкие, имеющие температуру плавления выше 500°С, сплавы и на медной, серебряной, золотой, алюми­ ниевой, магниевой и никелевой основе.

Припои должны обладать следующими специфиче­ скими свойствами, без которых невозможно получение надежного соединения:

температура плавления припоя обязательно должна быть ниже температуры плавления паяемых металлов; расплавленный припой должен хорошо смачивать паяемый металл и легко растекаться по его поверх­

ности; в расплавленном состоянии припой должен обладать

высокой жидкотекучестью, необходимой для хорошего заполнения шва;

прочность и пластичность припоя должны быть до­ статочно высокими;

в паре с паяемыми металлами припой должен быть коррозийноустойчивым;

коэффициент термического расширения припоя не должен резко отличаться от коэффициента расширения металла основы;

припои, применяемые для паяния токопроводящих изделий, должны иметь высокую электропроводность;

металлы, входящие в состав припоя, не должны быть дефицитными и чрезмерно дорогими.

В результате практического отбора подобраны следу­ ющие группы сплавов, применяемых в качестве припоев:

свинцовооловянные сплавы, как в чистом виде, так и с присадкой сурьмы, кадмия, серебра и др.;

162

сплавы цинка с алюминием, оловом и медью; сплавы меди с цинком, оловом, никелем, марганцем,

фосфором и серебром; сплавы серебра с медью, цинком, оловом, кадмием,

марганцем, фосфором и никелем; сплавы алюминия с кремнием и медью и некоторые

другие.

В настоящее время производится пайка вольфрама, молибдена, тантала, титана, циркония и т. д.

Вольфрам паяется золотом, медью, хромоникелевы­ ми и меднозолотыми припоями, а также припоем, содер­ жащим золото, серебро и платину.

Очень важна тщательная очистка вольфрама перед пайкой. Для этой цели чаще всего применяется погру­ жение металла в раствор, состоящий из азотной и соля­ ной кислот, с ‘последующей промывкой в воде и спирте. Очищающей средой может также служить горячий кон­ центрированный раствор едкого натрия. После обработ­ ки в одной из указанных ванн процесс пайки ведется обычным путем.

Молибден паяется теми же припоями, что и вольф­ рам. Кроме того, для этой цели может применяться по­ рошковый припой, состоящий из кобальта и никеля, а также серебряный припой с добавкой небольшого коли­ чества фосфора.

Титан паяется чаще всего чистым серебром или се­ ребряными припоями.

Пайка циркония затруднительна из-за отсутствия подходящего флюса. Удовлетворительная пайка может быть осуществлена с помощью предварительного покры­ тия циркония другими металлами, в частности цинком, путем погружения металла в расплавленный хлористый цинк. Такое покрытие значительно улучшает качество пайки и делает ее менее сложной.

Соединение металлов со стеклом может быть легко осуществлено, если поверхность стекла будет покрыта слоем металла, осажденного гальваническим методом. Стеклянную поверхность покрывают обычно медью, для чего место пайки обрабатывают наждачной бумагой до появления матовой поверхности, а затем втирают тряп­ кой графит и осаждают медь электрохимическим ме­ тодом.

Кварцевую, фарфоровую и резиновую поверхности, подлежащие пайке, очищают от грязи, тщательно обез­ жиривают, промывают в воде и покрывают контактным методом слоем серебра, на который затем электролити­ чески наращивают слой меди из кислой медной ванны. После покрытия неметаллических деталей медью пайка

164