Сварочные работы: современное оборудование н техноло­гия работ

Механический класс сварки (М)

Классификация видов сварки давлением

К механическому классу относят виды сварки, осуществ­ляемые с использованием механической энергии и давления.

К механическому классу относят следующие виды сварки:

- холодная сварка;

- сварка взрывом;

- сварка трением;

- ультразвуковая сварка.

Механическая энергия используется для сближения поверх­ностей на уровень межатомных взаимодействий элементов сва­риваемых деталей с образованием устойчивых связей.

Простота оборудования и высокая скорость процесса сварки позволили занять механическому классу сварки достойное место в различных технологических процессах.

Холодная сварка

Холодную сварку выполняют без нагрева, при нормальных или пониженных температурах. Метод холодной сварки основан на использовании пластической деформации, с помощью кото­рой разрушают окисную пленку на свариваемых поверхностях и сближают свариваемые поверхности да образования металли­ческих связей между ними. Эти связи возникают при сближении поверхностей соединяемых металлов на расстояние порядка не­скольких ангстрем в результате образования общего электронно­го облака, взаимодействующего с ионизированными атомами обо­их металлических поверхностей. Такое сближение достигается приложением больших удельных усилий в месте соединения. В результате происходит совместная пластическая деформация. Большое усилие сжатия обеспечивает разрушение пленки окси­дов на свариваемых поверхностях и образование чистых поверх­ностей металла.

С помощью холодной сварки можно сваривать металлы, обладающие высокими пластическими свойствами при нормаль­ной температуре. К этим металлам относятся: алюминий, золо­то, серебро, кадмий, свинец, цинк, титан, медь, никель, олово и их сплавы. Этот метод также применим для сварки разнородных металлов, например» меди с алюминием.

В недостаточно пластичных материалах при больших де­формациях могут образоваться трещины. Высокопрочные ме­таллы и сплавы холодной сваркой не сваривают, так как для это­го требуются большие удельные усилия, которые трудно осуще­ствить.

Если при сварке плавлением механизм образования соеди­нения нагляден (например по расплавленным кромкам метал­ла), то при холодной сварке давлением образование прочного соединения (схватывание) элементов происходит в твердой фазе. Таким образом, зона соединения недоступна для непо­средственного наблюдения. В схватывании участвует огромное число атомов ■*— до 1014 атомов/см2 со стороны каждого из ме­таллов, а на скорость соединения влияет большое число внеш­них (температура, состав среды, давление) и внутренних (струк­тура материала, механические свойства, состояние поверх­ности) факторов.

В проблему объяснения механизмов схватывания материа­лов в твердой фазе в конце XIX столетия внесли существенный вклад советские ученые: академики С. Б. Айбиндер, А. А. Бочвар, К. К. Хренов, профессора А. П. Семенов, Ю. Л. Красулин, К. А. Кочергин, В. П. Алехин и многие другие.

Получены расчетные данные, выдвинуты гипотезы, но еди­ной теории образования сварочных соединений давлением нет.

Так, по гипотезе (энергетической) профессора А. П. Семенова, были введены количественные показатели процесса схватывания металлов, т. е. той минимальной степени деформации, при кото­рой он начинается:

E = h/s-l00%,

где: h — минимальная глубина вдавливания пуансона, при которой начиналось схватывание;

s — минимальная толщина в месте схватывания;

Е — относительная деформация схватывания.

Процесс схватывания в твердой фазе представляет собой то* похимическую (химическая реакция на поверхности) реакцию, при которой между атомами соединяемых поверхностей вещества устанавливаются связи, аналогичные связям в объеме кристал­лической решетки.

Таким образом, особенностью сварки в твердом состоянии является то, что для образования физического контакта и созда­ния условия для химического взаимодействия материалов без расплавления к ним необходимо приложить механическую энер­гию.

Сварное соединение образуется только при условии выноса (выдавливания) из зоны контакта части поверхностного ме­талла вместе с окисной пленкой. Было установлено, что проч­ность соединения зависит только от относительной пластической деформации металла и не зависит от времени выдержки в сжа­том состоянии.

Холодной сваркой выполняют точечные, шовные и стыко­вые соединения.

Холодная сварка используется при производстве, например, герметизированных полупроводниковых приборов, различных корпусов, предметов хозяйственно-бытового назначения. При ис­пользовании ручных гидропрессов — в монтажных работах, на­пример, для холодной сварки кабельных муфт и проводов в сетях электроснабжения.