Серийность производства на сварочном оборудовании. Виды сварки. Развитие сварки

Сварка взрывом

 

К холодной сварке тесно  примыкает сравнительно новый способ — сварка взрывом, при которой  соединение металлов в твердом состоянии  происходит в процессе высокоскоростного  соударения соединяемых деталей, осуществляемого  с помощью энергии взрывчатых веществ (ВВ).

Исследования показали, что в процессе сварки взрывом  наблюдается интенсивное самоочищение контактных поверхностей от различных  поверхностных загрязнений и  окисных пленок, которые под действием  кумулятивного эффекта выносятся  из зоны контакта (точка К) за пределы соединяемых поверхностей. Создаются благоприятные условия для образования прочных металлических связей в твердой фазе при взаимной пластической деформации поверхностных слоев соединяемых деталей.

В настоящее время  сваркой взрывом соединяются детали весьма крупных размеров (с площадью соединения 15 — 20 м²) как из однородных, так и разнородных металлов и сплавов (нержавеющая сталь — малоуглеродистая сталь, медь - сталь, медь — ниобий и т.д.).

Область применения сварки взрывом постоянно расширяется и в недалеком будущем она займет достойное место в сварочном производстве. [6]

 

 

Сварка трением

 

Важной разновидностью сварки давлением является сварка трением, при которой образование соединения осуществляется в твердой фазе, без  расплавления свариваемых деталей.

От других видов сварки давлением сварка трением отличается способом ввода тепла в соединяемые  детали: нагрев деталей осуществляется путем непосредственного преобразования механической энергии в теплоту  благодаря работе сил трения.

Для сварки трением применяется  специализированное оборудование, в  котором механизмы вращения деталей  и привода сдавливания их (или  осадки) должны обладать большой мощностью, особенно для соединения деталей  крупного сечения.

К достоинствам сварки трением можно отнести:

малое время нагрева  деталей и небольшой расход электроэнергии, так как тепло выделяется только в тонком поверхностном слое деталей. Поэтому удельная потребляемая мощность, соотнесенная к единице сечения  при сварке трением, составляет 8 — 20 Вт/мм², а при контактной сварке того же сечения 100-250 Вт/мм²;

производительность процесса высокая, не уступающая контактной сварке, получаемые сварные соединения обладают необходимой прочностью и пластичностью;

возможность качественной сварки разнородных металлов и сплавов, например, алюминия со сталью, титана с алюминием, меди со сталью и других сочетаний;

возможность сварки деталей, освобожденных  от окалины, но с необработанными  и загрязненными концами;

отсутствие различных  вредных выделений в процессе сварки (газов, брызг металла, излучений, флюсовой пыли и др.), что позволяет устанавливать машины для сварки трением в механообрабатывающих цехах;

простота механизации и автоматизации  процесса сварки. [5]

Вместе с тем сварка трением не лишена и недостатков. Это:

ограниченность типа свариваемых деталей стыковыми  соединениями стержней, деталями, имеющими форму тел вращения (сплошного  или трубчатого сечения);

значительная мощность сварочных машин по силовым характеристикам, высокая их стоимость, ограничение по сечению свариваемых деталей (до 30 000 мм2);

необходимость зачистки сварного стыка от грата.

Сварка трением относится к  числу прогрессивных способов, отличающихся большой экономичностью и высоким  КПД машин. Она применяется на автомобильных, тракторных, авиационных, станкостроительных заводах, на предприятиях сельхозмашиностроения, в инструментальной промышленности и других предприятиях, особенно с серийным или массовым производством однотипных деталей, дающим максимальный экономический эффект.[4]

Весьма эффективно применение этого процесса для изготовления заготовок режущего инструмента; сваркой трением решена проблема качества концевого режущего инструмента, гладких и резьбовых калибров для токарных станков и других деталей.

Диффузионная  сварка

 

Диффузионная сварка открыла новые возможности соединения металлических и неметаллических материалов, которые другими способами сварки трудно или вообще невозможно было осуществить.

Этот процесс успешно  применяют при изготовлении различных  машин, приборов и другой новой техники. Этим способом освоена сварка около 400 композиций металлов, сплавов и неметаллических материалов.[3]

К достоинствам диффузионной сварки в вакууме следует отнести  следующие:

получение соединений высокого качества при любых сочетаниях материалов — металлов, сплавов и неметаллов (керамические и металлокерамические сплавы);

отсутствие расплавления, а значит и резкого различия в  структурах в зоне соединения и прилегающих  к ней участках;

незначительная или  нулевая деформация сваренных деталей, позволяющая сваривать их после окончательной обработки;

безопасность, простота обслуживания установок, отсутствие вредных  выделений в окружающую среду (лучистой энергии, газов, пыли и пр.).

К недостаткам процесса относится:

необходимость предварительной  механической обработки заготовок, чтобы уменьшить неровности и микровыступы на соединяемых поверхностях;

повышенная трудоемкость процесса из-за сборки, нагрева и  сварки деталей в герметичной  вакуумной камере, что усложняет  задачу комплексной автоматизации  процесса;

большая продолжительность  формирования сварного соединения.

Этот способ сварки нашел  промышленное использование в производстве электровакуумных приборов, инструмента, различных деталей из биметаллических  материалов и др. Диффузионная сварка в вакууме относится к весьма перспективным процессам и найдет дальнейшее значительное применение в электронной, космической, авиационной и других важнейших отраслях техники. [6]

Газовая сварка и резка

Газовая сварка основана на использовании для расплавления металла пламени сжигаемых в специальных горелках горючих газов.

Газовую сварку можно  выполнять в любом пространственном положении, однако, в отличие от дуговой  сварки, нагрев металла пламенем замедленный, «мягкий». Для формирования шва используется присадочный пруток.

К несомненным достоинствам газовой сварки относятся:

простота образования  высокотемпературного пламени и  легкость его регулирования;

универсальность способа, позволяющая использовать его везде, в том числе и в полевых  условиях.

К числу существенных недостатков газовой сварки можно отнести следующие:

низкая производительность процесса;

значительный разогрев металла вблизи шва, создающий большую  зону термического влияния с крупным  зерном, что снижает прочностные  свойства сварных соединений.

Одновременно с развитием газовой сварки совершенствовались и способы кислородной резки металла. При кислородной резке металл нагревается в начальной точке газокислородным пламенем до температуры воспламенения, а затем сгорает в струе кислорода, в результате образуется сквозной разрез.

Таким образом, резка  осуществляется за счет сгорания металла  в струе кислорода. Образующиеся при этом продукты сгорания – окислы, удаляются кинетическим действием  – струи режущего кислорода. [3]

Электронно-лучевая  сварка

Для осуществления нагрева и расплавления металлов при ЭЛС используется энергия быстродвижущихся в глубоком вакууме направленных электронов.

Совершенствование ЭЛС  диктовалось растущим производством  большой группы изделий из трудносваривающихся  тугоплавких и химически активных металлов, обладающих ценными свойствами ( — молибден, — цирконий, — вольфрам, — ниобий, — тантал, — бериллий, — титан и др.).

Эти металлы, как и  сплавы на их основе, широко используются в химическом машиностроении, реакторостроении, электронном приборостроении, корпусных  узлах летательных и космических  аппаратов и других областях.

Сварка изделий из таких металлов связана с большими трудностями, из-за их способности даже при небольшом нагреве жадно  поглощать из окружающей среды кислород, азот, водород, что приводит к хрупкости  и потери пластичности сварными соединениями.

За сравнительно короткий срок, прошедший с момента возникновения ЭЛС, она получила широкое практическое использование, хотя еще многие теоретические и физические ее стороны до настоящего времени остаются не выяснены. Это связано со сложностью протекающих процессов при взаимодействии электронного луча со свариваемым металлом, высокой концентрацией энергии в пятне нагрева ( Вт/см2) и другими явлениями.[4]

Преимущества ЭЛС

К несомненным преимуществам  ЭЛС относятся следующие:

получение наиболее совершенного, очень узкого с глубоким проплавлением шва, что обеспечивает значительную экономию металла;

большая сосредоточенность  вводимого в изделие тепла, малое  его количество (в 4 —5 раз меньше, чем при дуговой сварке) позволяют  получить небольшую зону термического влияния и минимальное изменение формы изделия (коробление);

благодаря вакууму, в  котором происходит сварка, отсутствует  насыщение металла шва газами, имевшиеся лее в нем газы успевают выделиться (всплыть), в результате достигается весьма высокое качество сварных соединений;

для сварки характерен пониженный расход электроэнергии, применение же вакуума не требует использования  дорогостоящих инертных газов.

Недостатки ЭЛС

К числу недостатков  ЭЛС можно отнести следующие:

создание вакуума в  рабочей камере, загрузка и выгрузка изделий из нее требуют значительного времени, что не только снижает производительность процесса, но и затрудняет осуществление комплексной автоматизации всего процесса изготовления сварных изделий;

вследствие торможения скоростных электронов в свариваемом металле, особенно при большом ускоряющем напряжении (>100 кВ), возникает жесткое рентгеновское излучение, что требует дополнительной биологической защиты обслуживающего персонала и, кроме того, усложняет и без того достаточно сложное оборудование для ЭЛС.[6]

Лазерная сварка

 

В истории развития науки  и техники бывают случаи, когда  отдельные открытия и изобретения  дают мощные средства для решения  ряда практических, в том числе  и важных задач.

Активные разработки лазерных устройств во многих странах привели к появлению в семидесятых годах как твердотельных (рубин, неодимовые стекла и др.). так и газовых лазеров, использующих в качестве излучателей газы и газовые смеси (инертные газы, углекислый газ, смесь СО2 — N2 — Не и др.).

В настоящее время лазерное технологическое оборудование успешно применяется для целей сварки, резки и пробивки отверстий в металлах и неметаллических материалах (керамика, стекло и др.), поверхностной термической обработки ряда изделий и т.д.

Лазерный луч нашел  применение в медицине (диагностика, хирургия, терапия и др.), в средствах связи и телевидении, в военно-космической области и т.д.[3]

Преимущества лазерной сварки

К основным преимуществам  лазерной сварки в сравнении с  другими сварочными процессами можно  отнести следующие:

высокая локальность  нагрева позволяет осуществлять сварку вблизи хрупких материалов (например, стеклоспаев полупроводниковых  элементов) без их разрушения и изменений  формы деталей;

минимальное время воздействия  лазерного луча на свариваемый металл обеспечивает малые размеры зоны термического влияния и хорошие ее свойства, что особенно важно для тугоплавких металлов и их сплавов;

возможность сварки световым лучом в любой среде, пропускающей свет, — в вакууме, в инертных газах, на воздухе, а также деталей, заключенных в герметические стеклянные оболочки.

Недостатки лазерной сварки

Важнейшими недостатками лазерной сварки являются следующие:

низкий КПД лазеров (~10 %);

из-за неспособности лазерного  луча проникать в металл, теплопередача  происходит только с поверхности. Поэтому попытки достичь глубокого проплавления за счет повышения тепловой энергии в пятне нагрева приводит к появлению дефектов сварного шва (рыхлость, бугристость, поры) вследствие вытеснения жидкого металла световым давлением и давлением паров испаряемого металла.

Наибольшее применение лазерная сварка нашла в производстве изделий электронной, радиотехнической промышленности, в точном приборостроении, при получении микроминиатюрных элементов (приварка выводов к тонкопленочным схемам, микромодулям, полупроводниковым устройствам и др.).[6]

Сварка лучистым нагревом

 

В конце 60-х годов XX в. ряд сотрудников Московского  авиационно-технологического института  им. К.Э. Циолковского, руководимых проф. Г.Д. Никифоровым, разработали процесс  сварки и пайки сфокусированной лучистой энергией от мощных источников света. Принципиальная схема процесса весьма проста и сводится к следующему.