СВАРКА И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

Сварка лазерным лучом

Ученые Н. Басов, А. Прохоров (CCCi’J и Ч. Таунс (США) были удостоены Нобелевских премий в 1964 г. за создание оптических кванто­вых устройств, с помощью которых получают энергию в виде узконапгявленного лазерного луча.

В настоящее время используют лазеры четы­рех типов: I) твердый, 2) газовый, 3) жидкий и 4) полупроводниковый.

Основной принцип работы всех типов лазера одинаков. Лазерная установка состоит из од­ного, двух, трех и более источников света высо­кой интенсивности, смонтированных внутри камеры с рубиновым стержнем (например, из розового рубина, состоящего из окиси алюми­ния и примеси хрома до 0,05%). На концах руби­нового стержня имеются параллельные зеркала. Одно зеркало имеет отражательную способ­ность 100%, другое — менее 100% с отверстием для выходе іуча.

При работе белый свет высокой интенсив­ности, испускаемый источником света, погло­щается рубиновым стержнем. Пульсирующий свет продс лжает «нагнетать» энергию в стер­жень до тех пор, пока не достигнет «порога» (максимальное 'насыщение световой энергией рубиЕ эвого стержня); тогда начинается раз­грузка — испускание с рубинового стержня ко­роткого импульса новой энергии в виде крас­ного света через отверстие в частично отражаю­щем зеркале. После каждого испускания стерж­нем луча энергия в стержне падает; вновь начи­нается нагнетание и цикл повторяется. Каж­дый цикл измеряется микросекуі щами. Волна выходного (испускаемого) луча может совпа­дать с падающей волной белого света и этим усилить излучение. Усиление света с помощью вынужденного излучения и носит название «Ла­зер».

При большой нагрузке на кристалл и иа лампы необходимо их охлаждать, таг как на­тре» кристалла отрицательно сказывается иа работе лазера. Для охлаждения используют преимущественно жидкие газы, например азот и гелий.

Луч лазера, выходящий, например, из ру­бинового кристалла, фокусируется оптической линзой в пятно диаметром от 0,01 до 0,1 мм. Плотность теп toi <ой энергии в пятне той же величины, что и в электронном луче, независимо от того, находятся ли на пути луча воздух, инертный газ, стекло или другие прозрачные вещества, или вакуум.

Лазерный луч применяется в микроэлектро­нике для сварки проволоки малых диаметров н плоских выводов. Этот внп сварки можно ис­пользовать в атмосфере, вакууме и в защитных газах, цля сварки редких и драгоценных ме­таллов.

Успешно и достаточно широко применяется резка лазерным лучом (с поддувом кислородом, воздухом или іргоном), причем не только ме­таллов, но и неметаллических материалов • де­рево, керамика, стекло, асбоцемент, резина. Толщины металлов, разрезаем п лазерным лу­чом, составляют: мягкие стали — до 10 мм, легированные стали—до 6 мм, никелевые спла­вы — до 5 мм, тантал и ниобий — до 3 мм.

Термитная сварка применяется для соеди­нения встык. рамьайиых, иногда и железно­дорожных рельсов, а также стержней и г* лої больших диаметров.

Сварка трением — один из видов сварки давлением. Местный нагрет кромок ме­талла свариваемых деталей осуществляется теп­лом, возникающим от трения при перемеще­нии друг относительно друга соединяемых де­талей, которые сжаты осевой силой. Пэмимс нагрева металла силы трения разрушают по* верхностные пленки окислов. Сварка выполг~- ется на специальных машинах. Одна из сваривае­мых деталей неподвижна, вторая, прижатая к первой, — вращается. Когда температура в стыке достигнет температуры сварки, трение резко прекратится, а осевое усилие возрастает.

Сварка трением широко применяется для соединения стержней, труЬ, режущего инстру­мента, деталей из разнородных металлов. Ее ііреиг іущества — высокое и стабильное качество соединений, малая подводимая мощность, вы­сокая производительность. Промышленностью выпускается значительное количество машин для сварки трением.

Ультразвуковая сварка анало - логична сварке трением, но осуществляется в микрооЬъеы їх мета їла. Она выполняется сов­местным действием механических колебаний высокой чъьготы (свыше 20 кГц) и нтболг ших сжимающих усилий. Механические колебания создаютс і ультразвуком. Колебания и сжимаю­щее усилие передаются свариваемым тонким листам через специальные устройства. Колеба­ния высокой частоты разрушай т поверхност­ные загрязнения и нагревают свариваемые части в микрометалле, а давление (сжимающая сила) обеспечивает атомную связь между ними. Обыч­но эта связь образуется между поверхностными зернами. Получается точечная сварка. Наложе­нием одной точки на другую получают шовную сварку.

Ультразвуковая сварка возможна лишь для соединения тонких материалов (алюминия тол­щиной менее 1,5 мм; сплавы железа — менее 1 мм).

Прочность сварных соединений, выполнен­ных ультразвуковой сваркой, достигает проч­ности основного материала. Ультразвуком мож­но сваривать также и неметаллические материа­лы: полиэтиленовые пленки, пластмассы и др.

Сварка взрывом — вид сварки дав­лением, осуществляемый действием взрыва. В зоне соединения металл нагревается в резуль­тате образующейся пластической деформации.

Срарные листы располагаются на расстоянии

2— 3 мм и под углом 2—7° дру* к другу. На тон­ком наклонном листе помещается равномер­ным слоем взрывчатое вещество. Под действи - ' ем взрыва тонкий лист ударяется, о толстый, Привариваясь к нему. В момент взрыва между листами создаются большой величины сжимаю­щая сила и направленная струя воздуха, которая очищает поверхность листов. Зона соединения достигает 0,3—0,4 мм.

C-apUL; взрывом стал'[28] внедряться в народное хозяііст"0 страны с 1964 г. Она находит все большее применение для получения биметал­лических заготовок, сварки изделий трубчатого сечения и др. При сварке взрывом можно полу­чить сварные соединения практически неогра­ниченной площади, например, осуществлены соединения шюпадью 15—20 м[29].

Сварное соединение образуется в течение миллионной доли секунмы, что исключает воэ- ныквовьние диффузионных процессов; поэтому сваркой взрывом можно соединять такие раз­нородны : металлы, которые при сварке плав­лением давали бы хрупкие соединечии.

Холодная сварка — один из вцдов сварки давлением. Она осуществляется без на­грева металла внешними источниками тепла, но с образованием пластической деформации в месте сварки. Этой сварке подвергаются в основ­ном пластичные материалы (ілюминий, медь, свинец и др.). Холодная сварка применяется для соединения проводов и шин из алюминия и меди специальными клещами.

Дугопрессовая сварка йримгая - ется для соединения труб диаметрами до.50,мм. Магнитным полем, специальна создаваемым катушками, охватывающими cfiic трубы, дугу заставляют вращаться по контуру сварки. После нагрева месте сварки происходит осевое сжа­тие свариваемых труб.

Импульсно-магнитнач сварка. Этот вид сварки прогрессирует с 1955 г. Свароч­ный процесс протекает в короткое «ремя — 0,01 с. Зона термического влияния в стыяои^м соединении достигает 0,01 мм. Сварка выполня­ется давлением на специальных машинзх. ііосле начала сварки давление вегхнего электрода, уси­ливается импульсным магнитным полем. Бла­годаря этому подача верхнего электрода в пе­риод осадки свариваемых металлов ускорится настолько, что приобретает ударный характер. П] очность сварных соединений при любом зиде нагрузки равна прочности основного металла.