Файл: Технология металлов и других конструкционных материалов учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 262
Скачиваний: 1
ный трансформатор 5 и вакуумную систему. Этим способом мож но сваривать материалы, очень чувствительные к загрязнению га зами. Хорошо также свариваются комбинации металлов, например алюминий — медь. Если сваривают большие толщины, применяют разделку кромок.
Фотонная сварка. Сфокусированный световой луч, созданный мощным дуговым разрядом в камере, заполненной газом, направля ется на кромки свариваемых деталей. Луч преодолевает значитель ное расстояние, не теряя своей энергии, проходит через прозрачные
Ч
Рис. 180. Схема лазерной |
Рис. 181. Ультразвуковая сварка |
сварки |
|
материалы, для сварки нет надобности помещать детали в вакуум ную камеру. Мощность луча можно довести до 15 кет. Здесь же сле дует сказать об использовании солнечного луча для целей сварки (гелиосварка), особенно в космическом пространстве.
Лазерная сварка. При лазерной сварке (рис. 180) использу ется энергия монохроматического когерентного луча 1, направлен ного на свариваемый металл 5. Световой поток, получаемый в оп тическом квантовом генераторе — лазере 3, соединенном с источни ком питания 4, может, быть сфокусирован в линзе 2 в весьма тон кий луч, диаметром в несколько микрон. Лазерная сварка применя ется для соединения тонких изделий (до 0,5 мм). Как правило, ис пользуют соединения с отбортовкой. Наша промышленность выпус кает несколько типов лазерных установок, пригодных для сварки. Мощность импульсов при сварке приходится ограничивать, так как энергия, приходящаяся на единицу площади, настолько велика, что металл испаряется из сварной ванны. Активное испарение снижает качество сварного соединения.
Сварка ультразвуком. Неразъемное соединение получается при действии на свариваемый объект механической энергии ультразву ковых колебаний с одновременным приложением сдавливающего усилия. Под действием ультразвука разрушаются окисные пленки, происходит местный микронагрев с микродеформацией и усиленная диффузия между поверхностями. Хорошо свариваются с помощью ультразвука пластичные металлы (алюминий, медь и малоуглеро дистые сплавы), хуже — малопластичные (жаропрочные материа лы, инструментальные стали).
300
Источником колебания при сварке являются ультразвуковые генераторы различной мощности. От генератора через преобразо ватель 4 (рис. 181)- колебания и статические усилия передаются посредством специальной системы 3 на электрод 2 к свариваемым деталям 1.
Основными параметрами процесса являются частота упругих колебаний (18—25 кгц), амплитуда колебаний (15—20 мк), усилие в контакте, время сварки. Места сварки предварительно очищаются от грязи-и жира. Процесс может выполняться отдельными точками или сплошным швом (для получения герметичных соединений).
Ультразвуковая сварка применяется для |
|||
соединения однородных и разнородных ма |
|||
териалов (медь + нержавеющая |
сталь, |
ни |
|
кель + медь и др.). Очень хорошо сваривают |
|||
ся тонкие листы и детали. Они не |
деформи |
||
руются, их можно приваривать |
к |
толстым |
|
деталям. |
|
|
|
Кроме ультразвуковой сварки, в практи |
|||
ке применяют ультразвуковую пайку, в ос |
|||
новном для алюминиевых сплавов. |
|
|
|
Холодная сварка. Соединение при хо^ |
|||
лодной пластической сварке образуется в |
|||
результате совместного деформирования |
де |
||
талей в твердом состоянии при обычных |
|
|
температурах за счет образования прочной |
|
|
металлической связи между поверхностями^ - |
Рис. 182. Холодная |
|
сближенными на расстояние действия |
меж- |
пластическая сварка |
дуатомных сил. Основным условием |
холод |
|
ной сварки является течение металла в контакте. Наличие окислов, загрязнений на свариваемых поверхностях резко снижает качество сварки и в некоторых случаях делает ее невозможной. Таким обра зом, свариваемость при холодной сварке определяется степенью деформации, соотношением твердостей металла и состоянием сва риваемых поверхностей.
Холодная сварка может быть выполнена на любом прессе уси лием свыше 60 т. Наша промышленность выпускает специализиро ванные установки для холодной сварки алюминия и меди. Кроме стационарных машин, развивающих большие усилия, применяют ручные клещи для сварки алюминиевых проводов диаметром до 5 мм, а также медных диаметром до 3,5 мм.
В этом процессе используют всего два вида соединений — вна хлестку и встык. Внахлестку сваривается листовой материал от дельными точками, величина которых определяется рабочей формой пуансона. Возможно вдавливание одним (рис. 182, а) или двумя (рис. 182, б) пуансонами.
Особое внимание должно быть обращено на подготовку дета лей к сварке. Наличие на поверхности жиров, краски и других за грязнений делает сварку невозможной. После обезжиривания (аце тоном или авиационным бензином) стальной щеткой удаляется г.о-
верхпостый окисный слой. Незначительное повторное загрязнение (касание пальцами рук) приводит к некачественному соединению.
Сварка взрывом. Сущность процесса состоит в том, что к мо менту сварки одну деталь разгоняют и придают Скорость, равную нескольким сотням метров в секунду. В зоне соударения возникает пластическое течение, что приводит к образованию прочного сое динения. Процесс применяют для соединения деталей отдельными точками или по линии, а также для планировки (сварки по всей поверхности) разнородных материалов. Хорошо соединяются ме таллы толщиной от 10 мк до 10 мм. При планировке весьма успеш но соединяют углеродистую сталь с нержавеющей, никелем,' тита ном, медью, алюминием. Сваривают листы площадью до 10 м2 и более. Процесс, как правило, применяют для соединения несложных деталей, имея в виду, что технологические параметры сварки плохо регулируются.
§ 9. Огневая резка
Газовая кислородная резка. Сущность процесса состоит в сго рании подогретого сплава в струе кислорода. Процесс делится на три стадии: подогрев металла до температуры воспламенения в кис лороде, сгорание металла (резка) и выдувание окислов. Сплавы, подвергаемые кислородной резке, должны иметь температуру вос пламенения и температуру плавления окислов ниже температуры плавления самого сплава. Для подогрева стали до температуры 600—700° применяют горючие газы: ацетилен, природные газы, па ры бензина и керосина. Горючий газ и кислород подаются в резак (рис. 183),
Рис. 183. Резак для кислородной резки:
1— канал д л я подачи реж ущ его кислорода; 2— кан ал для подачи по догревательной горючей смеси
В каналы мундштука режущей горелки подаются газ и кисло род для создания горючей смеси, идущей на подогрев металла. По сле нагрева в центральный канал подается под давлением 5—14 ати режущий кислород.
Для улучшения качества реза процесс ведут на полуавтоматах и автоматах. Одновременно с вырезкой деталей на этих аппаратах можно производить разделку кромок под сварку. В этом случае ап параты оснащаются двумя или тремя резаками.
Газопламенная кислородная резка позволяет резать металл толщиной до 300 мм простейшей аппаратурой, проводить резку на
302
монтаже, в полевых условиях. Этим способом режутся малоуглеро дистые и низколегированные стали.
Для резки чугунов, высоко.хромистой и хромоникелевой стали, меди и ее сплавов применяют кислородно-флюсовую резку, отли чающуюся от обычной тем, что в струю режущего кислорода непре рывно подается парошкообразный флюс для повышения температу ры в месте реза и разжижения шлаков. В качестве флюса применя ется мелкогранулированный железный порошок. Для кислородно флюсовой резки применяется специальная аппаратура.
Электрическая дуговая резка. |
|
||||
Теплота электрической |
дуги |
рас |
|
||
плавляет |
металл, который |
выте |
|
||
кает нз полости реза,— в этом су |
|
||||
щность |
электрической |
дуговой |
|
||
резки. Дуга 2 горит между сталь |
|
||||
ным или гольным электродом 1 и |
|
||||
разрезаемым |
металлом |
3 |
(рис. |
|
|
184). Резку ведут как на постоян |
|
||||
ном, так |
и па переменном |
токе, |
Рис. 184. Электродуговая резка |
||
на том оборудовании, которое ис |
|||||
пользуют для |
сварки. Сила |
тока |
|
||
300—350 а. Хорошо оправдывают себя электроды с толстым слоем мелового покрытия.
Рассматриваемый способ применяется для грубой резки метал ла, в основном на строительных объектах. Качество резки низкое, низка также производительность.
Воздушно-дуговая резка. Этот способ является разновидностью электрической дуговой резки. Расплавленный электрической дугой металл непрерывно удаляется струей сжатого воздуха. Кроме рез ки, этим способом с успехом выполняется поверхностная обработка металла: вырезка канавок, разделка трещин, удаление дефектных участков в корне сварного шва, срез заклепок и пр. Как правило, используют угольные электроды. Сжатый воздух в резак поступает из воздушной магистрали под давлением 3—6 ати.
Для повышения производительности работ и улучшения каче ства реза вместо воздуха может быть применен кислород. Электро ды можно использовать любые. Скорость резки углеродистых и низ колегированных сталей толщиной до 30 мм составляет 0,4— 0,5 м/мин. .
Электрическая дуговая резка и ее разновидности могут приме няться при работах под водой.
§10. Деформации и напряжения при сварке и контроль качества сварных соединений
При сварке плавлением резко выражен местный характер на грева. Это., является причиной возникновения термических напряже ний. При переходе из жидкого состояния в твердое происходит усад ка металла шва, которая вызывает усадочные напряжения. Если
/
сваривается легированная сталь, то резкая смена структур в зоне термического влияния приводит к появлению структурных напряже ний.
Общее напряженное состояние в процессе сварки может приве сти к горячим трещинам. Под действием высоких напряжений свар ная конструкция в процессе ее изготовления может коробиться (де формироваться).
После охлаждения в сварной конструкции имеются, как прави ло, остаточные напряжения. Они могут снизить работоспособность конструкции при понижении пластичности материала в процессе эксплуатации (вибрационные нагрузки, работа при низких темпе ратурах, агрессивные среды). Остаточные напряжения могут при вести к короблению при последующей механической обработке.
Основные меры борьбы с напряжениями: 1) предварительный подогрев подлежащих сварке деталей до 150—250°; 2) отжиг свар ной конструкции (для. стали температура отжига 550—600°).
Для уменьшения и предотвращения деформаций в процессе сварки можно рекомендовать: 1) одновременное наложение симмет ричных швов; 2) деформирование деталей перед сваркой в направ лении, обратном ожидаемому прогибу; 3) применение обратносту пенчатого метода наложения швов; 4)уменьшение объема наплав ленного металла в конструкции.
Для предотвращения деформаций сварных конструкций в про цессе механической обработки следует рекомендовать: 1) естест венное старение конструкции; 2) отжиг для снятия напряжений; 3) проектировать сварную конструкцию с узлами достаточной жест кости.
Дефекты сварного шва и соединения (непровары, трещины, не плотности, пережог, подрез, шлаковые включения) снижают рабо тоспособность и надежность всей конструкции.
Непровар — отсутствие соединения между свариваемым ме таллом и швом — является результатом неправильно подобранного режима сварки (малая сила тока, высокая скорость процесса и т. д.). Подрез, пережог и наплывы являются следствием той же причины.
Основными дефектами-сварных конструкций являются короб ление их, несоответствие размеров выполненных элементов сварно го соединения запроектированным, отклонение от специальных тре бований (работы на герметичность, в коррозийной среде и др.). Для предупреждения и обнаружения дефектов существуют предвари тельный, промежуточный и окончательный методы контроля...
Предварительный и промежуточный контроль предусматривает контроль исходных материалов и всех технологических операций, сопутствующих изготовлению сварной конструкции.
Окончательный контроль предусматривает следующие методы для обнаружения дефектов: наружный осмотр, механические испы тания сварных швов и соединений, испытание на плотность, микро- и макроструктурные испытания, просвечивание швов гамма- и рент геновскими лучами, а также магнитный и ультразвуковой контроль.
304
