ОСНОВЫ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

МЕХАНИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ СВАРКИ

В зависимости от способа превращения механической энергии в тепловую, различают холодную сварку, ультразвуковую сварку, свар­ку трением, сварку взрывом.

5.1. Холодная сварка

Холодная сварка (ХС) - сварка давлением при значительной пластической деформации без нагрева свариваемых частей внешними источниками тепла.

ХС - один из наиболее рациональных способов получения не­разъемного соединения пластичных металлов (алюминий и его спла­вы, медь, свинец, олово.). Основным достоинством ХС является от­сутствие теплового воздействия на соединяемые заготовки. В основе ХС лежит пластическая деформация соединяемых металлов.

Надежное сварное соединение может быть получено при со­блюдении следующих условий:

о Одновременная пластическая деформация соединяемых металлов.

о Значительное и симметричное относительно центра зоны соединения растекание металла в плоскости соединения. Растекание металла вызывает разрушение оксидных или иных пленок, вытесне­ние их обломков из зоны соединения. Одновременно, растекание ме­талла создает условия для интенсивного движения дислокаций с обра­зованием активных центров на соединяемых поверхностях. Симмет­ричное растекание металла необходимо для более полного удаления пленок из зоны сварки.

о Сжатие заготовок на заключительной стадии образования

сварного соединения, что требует значительных давлений в зоне кон­такта.

о Очистка кромок соединяемых заготовок от загрязнений

(промывка растворами, бензином, спиртом) и окисных пленок. При­менение абразивного инструмента недопустимо, так как шаржирован­ные в поверхность заготовок абразивные зерна затруднят получение сварного соединения.

о Предварительная подготовка поверхностей заготовок (ше­роховатость - Rz не более 10 мкм; не плоскостность поверхности не более 0,1 мм).

Холодная сварка подразделяется на: точечную, шовную, стыко­вую и комбинированную.

Точечной сваркой соединяют внахлестку листовые мате­риалы. Сварное соединение (сварная точка) получается в результате вдавливания пуансонов в заготовки. Сварная точка образуется в ре­зультате значительной деформации металла, поэтому она упрочнена по отношению к основному металлу заготовок. Точечная ХС характе­ризуется степенью деформации є (процентное отношение глубины вдавливания пуансонов к суммарной толщине соединяемых загото-

вок). В табл. 5.1. приведена наименьшая величина степени деформа­ции, необходимая для точечной Х. С.

В практике применяется сварка без предварительного зажатия заготовок, с предварительным зажатием и со свободным течением ме­талла вокруг пуансона.

При точечной сварке без предварительного зажатия заготовок (рис. 5.1, а), подготовленные к сварке заготовки 3 устанавливают ме­жду соосно расположенными пуансонами 1. Под воздействием усилия осадки, рабочие выступы 2 пуансонов вдавливаются в металл загото­вок, обеспечивая необходимую для сварки пластическую деформа­цию. Полученный сварной шов представляет собой дискретную по­следовательность сварных точек. Для получения прочного соединения минимальная глубина внедрения пуансонов рассчитывается по фор­муле:

(М+Ыпт= є (5і + &У100,

где: h1+h2 - глубина внедрения пуансонов, в мм; S1 и S2 - толщины свариваемых листов, в мм; є - степень деформации материала загото­вок. Прочность сварной точки составляет 0,75.0,9 прочности основ­ного металла.

сварного соединения с какой-либо одной стороны. Соединяемые в на­хлестку заготовки 3 размещают на плоском основании. Пуансоны за­данной формы вдавливаются в заготовки. Недостатком данного спо­соба является коробление заготовок (особенно при толщине заготовок более 4 мм) изготовленных из сплавов с малой пластичностью (алю­миниевые сплавы). Вследствие коробления сварка каждой последую­щей точки или ослабляет предыдущую точку или разрушает ее.

Точечная сварка с предварительным зажатием заготовок (рис.5.2), позволяет устранить коробление заготовок 1 за счет исполь­зования прижимов 2. ПРИжатие заготовок рабочими поверхностями прижимов (напряжения прижима 29.49 МПа, площадь прижима должна превышать площадь пуансонов в 15.20 раз) производится или одновременно с вдавливанием пуансонов 3, или до вдавливания. Необходимость приложения дополнительного усилия прижатия Рп не позволяет использовать этот способ при сварке нежестких заготовок.

Точечная сварка со свободным течением металла вокруг пуан­сона позволяет уменьшить величину усилия предварительного прижа­тия Рп и сваривать нежесткие заготовки. В прижимных плитах 1 (рис. 5.3) вокруг посадочных отверстий для пуансонов 2 выполнены допол­нительные кольцевые выточки. Металл, вытесненный из-под пуансо­нов, заполняет эти выточки. После заполнения выточек снимается усилие предварительного прижатия и к пуансону прикладывается усилие осадки Р. Существенным недостатком этой схемы является наличие выступов на свариваемых поверхностях.

Холодная точечная сварка применяется при: оконцевании алю­миниевых токопроводящих элементов медными флажками или ка­бельными наконечниками; при армировании алюминиевых токопро­водящих шин медью; при сварке алюминиевых ребер с радиаторами полупроводниковых приборов; при изготовлении электрических кон­денсаторов; при изготовлении алюминиевой посуды и емкостей.

Шовной сваркой соединяют листовые материалы непрерывным швом. Различают шовную сварку роликами и сварку одновременно по всему периметру заготовки.

При роликовой сварке предварительно подготовленные заготов­ки помещают между роликами, сдавливают до полного проникнове­ния рабочих выступов роликов в металл, роликам придают вращение. При этом заготовки перемещаются, и происходит их сварка по шву. При односторонней роликовой сварке (рис. 5.4, а) заготовки 1 и 2 поддерживаются опорным роликом 3. деформирование заготовок производится роликом - пуансоном 4. При двухсторонней сварке (рис.

5.4, б) ролики - пуансоны 4 размещены по обеим сторонам заготовок 1 и 2. При сварке прямолинейных непрерывных швов ослабление сече­ния по всей его длине может сказаться на работоспособности сварного соединения. В этом случае применяют ролик - пуансон 4 с рабочими выступами на периферии (рис. 5.4, в) - шовно-точечная сварка. Свар­ной шов получается в виде прерывистой цепочки сварных точек, и ос­лабление шва носит локальный характер. Сварка кольцевым замкну­тым швом не ослабляет сварное соединение. Поэтому при наварке крышек корпусных заготовок применяют схему, показанную на рис.

5.4, г, а при наварке крышек или перегородок в трубчатых заготовках применяется схема, показанная на рис. 5.4, д.

Основные технологические параметры шовной сварки анало­гичны параметрам точечной сварки. Для кольцевой сварки степень деформации є определяется по формуле:

є = [1- (А-А)/2(51 - 52)]100%, где: D1 - диаметр отверстия матрицы; D2 - диаметр рабочей части пу­ансона; 51, 52 - толщины заготовок.

Холодная шовная сварка применяется при: сварке донышка алюминиевой посуды, герметизации корпусов различных изделий,

герметизации поплавков карбюраторов; при сварке алюминиевых ре­бер радиаторов силовых полупроводниковых приборов.

Стыковой сваркой соединяют стержни по поверхности стыкуе­мых торцов. Свариваемые заготовки 1 и 4 (рис. 5.5) зажимают с выле­том в соосно расположенных захватах (губках) 2 и 3, после чего при­кладывают осевое усилие, вызывающее пластическую деформацию (осадку) выпущенных из губок концов заготовок. При этом образуется сварное соединение с образованием облоя 5. При использовании пло­ских губок (рис. 5.5, а) облой 5 необходимо непрерывно расплющи­вать. Во время деформации площадь облоя увеличивается, следова­тельно, в конце осадки большая часть приложенного 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. 5.5, б) позволяет относительно свободно вы­теснять металл из зоны сварки, что создает благоприятные условия для сварки. Образующийся облой подрезается режущим клином 6 гу­бок и легко удаляется.

Основными технологическими параметрами стыковой сварки являются степень деформации свободных (не зажатых в захватах) концов заготовок, определяемая их вылетом и величина давления осадки. Для сварки одноименных металлов давление осадки (р) и ве­личина вылета (Н) связаны зависимостью:

где: А - безразмерный коэффициент (для алюминия и меди А=3,25); ат0 - предел текучести свариваемого материала в исходном состоянии в МПа; HV1 - твердость деформированного металла по Виккерсу; HV0 - твердость по Виккерсу металла в исходном состоянии; ^Н - сум­марный вылет заготовок в мм; D0 - диаметр заготовок в мм; а - пе­
редний угол режущего клина губок. Учитывая, что предел текучести деформированного металла равен: от1 = ат0(ЯК1/ HV0), для разноимен­ных металлов эта зависимость примет вид:

А<гт1

р = т1

У н

tga

D„

При стыковой сварке заготовки устанавливают в зажимах так, чтобы их вылеты были равны 1,2 диаметра (для прутковых материа­лов) или толщины (для листовых материалов). При сварке разнород­ных материалов вылет со стороны более прочной заготовки делают на больше.

Холодная стыковая сварка применяется при: оконцевании алю­миниевых проводов медью, при сращивании алюминиевых и медных проводов и шин (безотходная намотка катушек), при соединении мед­ных силовых проводов (на линиях электропередач), при изготовлении алюминиевых колец из полосы, при изготовлении тавровых соедине­ний (ребра радиаторов полупроводниковых приборов).

Для повышения прочности сварного соединения применяется комбинированные способы холодной сварки.

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 оттиска. Полученный пакет прокатывают. В процессе прокатки алюминий сваривается, а поверхности, закрытые рисунком не свариваются. Сваренный пакет помещают между глад­кими параллельно расположенными плитами и в каналы подают воду под давлением 10 МПа. Каналы раздуваются и приобретают требуе­мые размеры сечения.