Методическая разработка Курс лекций по дисциплине «Технология обработки конструкционных материалов»
Скачать 0.76 Mb.
|
4.3 Сварка давлением Сущность получения неразъемного сварного соединения двух металлических заготовок в твердом состоянии состоит в сближении идеально чистых соединяемых поверхностей на расстояние (2-4)10*см, при котором возникают межатомные силы притяжения. При достижении такого расстояния возможно образование металлических связей, т.е. появление общих электронов двух соединяемых поверхностей и их взаимодействие с положительно заряженными ионами кристаллических решеток. Строение и состояние реальной поверхности соединяемых заготовок характеризуется наличием большого числа дефектов, неровностей и загрязнений. Поверхность любого, даже тщательно отполированного, твердого тела всегда волниста, шероховата и имеет множество микроскопических выступов, высота которых на несколько порядков выше, чем расстояния, необходимые для возникновения сил межатомного взаимодействия. Кроме того практически после любой обработки поверхность мгновенно покрывается тонкой пленкой оксидов, а также слоем адсорбированных молекул воды и жировых веществ. Получить прочное неразъемное соединение двух поверхностей в твердом состоянии можно, если удалить загрязняющие пленки и осуществить затем плотный контакт по всей соединяемой плоскости. Практически при сварке в твердом состоянии этого достигают путем приложения к свариваемым заготовкам давления, которое должно быть достаточным для смятия всех неровностей в соединяемом сечении. При возрастании давления увеличивается площадь контактирования поверхностей, сближающихся до расстояния, при котором начинают действовать межатомные силы притяжения. Вследствие большой плотности контакта соединяемые поверхности не сообщаются с атмосферой, поэтому новых оксидных пленок не образуется, а имевшиеся до этого частично выдавливаются из зоны соединения наружу, частично диффундируют в глубь металла и не препятствуют образованию металлических связей. Описанный способ может быть применен для заготовок из металлов и сплавов, имеющих относительно небольшое сопротивление пластическому деформированию и достаточно пластичных в холодном состоянии (Pl, Sn, Zn, Al, Cu). Для высокопрочных материалов можно увеличить пластические свойства и снизить сопротивление деформированию, предварительно подогревая соединяемые поверхности и прилегающие к ним зоны. Сварку в твердом состоянии с приложением давления называют сваркой давлением. Существует множество разновидностей сварки давлением, которые различаются источником нагревания либо видом энергии, применяемым для активации процесса. 4.3.1 Контактная электрическая сварка Контактная электрическая сварка, при которой соединяемые поверхности подогревают проходящим электрическим током и затем их сдавливают. Сварку производят на машинах состоящих из источника тока, прерывателя тока и механизмов зажатия заготовок и давления. В качестве источника тока применяют понижающий трансформатор, вторичная обмотка которого состоит из одного витка, набранного из медной фольги или литого полого, охлаждаемого водой. Большой коэффициент трансформации обеспечивает вторичное рабочее напряжение 1,5-12В и силы проходящих токов от 10000-500000А. прерыватель тока электромагнитного или электронного типа служит для регулирования времени пропускания тока через нагреваемое сечение. Сила и время протекания тока являются основными регулируемыми характеристиками. Механизмы зажатия заготовок и давления механического, пневматического или гидравлического типа служат для закрепления свариваемых заготовок и их сдавливания после нагрева. По виду получаемого соединения контактную сварку подразделяют на стыковую, точечную и шовную. Стыковую контактную сварку (рис.35,а) применяют для соединения стык деталей типа стержней, толстостенных труб, рельсов и т.п.  Рисунок 35 Схема контактной сварки: а – стыковой; б – точечной; в - шовной Свариваемые заготовки 1 плотно зажимают в неподвижном 2 и подвижном 3 электродах, подключенных к вторичной обмотке сварочного трансформатора 4. Для обеспечения плотного электрического контакта свариваемые поверхности приводят в соприкосновение и сжимают. Затем включается ток. Так как сопротивление контакта между заготовками значительно превосходит сопротивление любого другого участка, то и максимальный нагрев будет именно в месте контакта между заготовками. При достижении необходимой температуры сварочный ток отключается и производится сдавливание заготовок - осадка. В зависимости от качества подготовки свариваемых поверхностей время нагревания до необходимой температуры может быть различным. Точечная сварка (рис.35,б), применяемая в основном для изготовления листовых или стержневых конструкций ,позволяет получать прочные соединения в отдельных точках. Рисунок Свариваемые заготовки 1, собранные внахлест, помещают между неподвижным 2 и подвижным 3 электродами, подсоединенными к вторичной обмотке трансформатора 4. После предварительного сдавливания включается сварочный ток, который пропускается в течение времени, необходимого для разогревания места контакта до нужной температуры. Затем ток отключается и производится сдавливание. Образующееся сварное точечное соединение обладает большой прочностью и его можно применять для изготовления несущих конструкций. Этот способ широко применяют в авто- и вагоностроении, строительстве, а также при сборке электрических схем и др. Шовную сварку (рис.35,в) применяют при изготовлении при изготовлении листовых конструкций для получения прочного и герметичного соединения. Рисунок Свариваемые заготовки 1 помещают между двумя роликами-электродами, один из электродов 2 может иметь вращательное движение, другой – вращательное движение и перемещение в вертикальном направлении. Электроды подключаются к вторичной обмотке трансформатора 4. Заготовки сдавливаются с силой, обеспечивающей надежный контакт, а затем одновременно с включением сварочного тока роликам задается вращательное движение со скоростью, необходимой для создания нужного нагрева в контакте. Скорость сварки зависит от силы тока, толщины листов иможет составлять несколько метров в 1мин. Шовная сварка обеспечивает получение прочных и герметичных соединений из листового материала толщиной до 5мм. Специализированные сварочные агрегаты, снабженные роботами, входящие в состав автоматических линий, используют при сварке кузовов автомашин, арматуры железобетонных изделий, а также на автоматических линиях по сварке сильфонов. Конденсаторная сварка (рис.36) является одной из разновидностей контактной электрической сварки. Энергия, необходимая для подогревания места сварки, накапливается в конденсаторах, а затем в процессе разряда преобразуется в теплоту. Количество накопленной энергии можно регулировать изменением емкости конденсаторов и напряжения зарядки. При бестрансформаторной ударной сварке (рис.36,а) конденсатор подключен непосредственно к свариваемым заготовкам. Разряд конденсатора происходит в момент удара заготовки 3 по заготовке 4. Разряд оплавляет торцы заготовок, которые свариваются под действием усилия осадки. При трансформаторной сварке (рис.36,б) конденсатор заряжается от трансформатора Т1 через выпрямитель В и разряжается на первичную обмотку сварочного трансформатора, во вторичной цепи которого находятся предварительно сжатые между электродами заготовки. При Кратковременность процесса при достаточно большой мощности разряда  Рисунок 36 Схемы конденсаторной сварки: а – бестрансформаторная с разрядом на изделие; б – трансформаторной с разрядом на первичную обмотку трансформатора; 1 – пружина; 2 – защелка; 3 и 4 – заготовки; Т1 – повышающий трансформатор; Т2 – сварочный трансформатор; С – конденсаторная батарея; В – выпрямитель; П – переключатель разрядке конденсатора продолжительность протекания тока составляет 0,6-0,8  10 с. обеспечивает локальное выделение теплоты, что позволяет сваривать между собой заготовки из материалов, различных по теплофизическим свойствам. Кроме того, возможность точной дозировки энергии подбором емкости конденсаторов позволяет применять этот способ для соединения заготовок очень малых толщин (несколько десятков микрометров).Бестрансформаторная сварка используется в основном для стыковой сварки, а трансформаторная для точечной и шовной. Этот способ широко применяют в радио и электротехнической промышленности, легко вписывается в роторные линии. 4.3.2 Диффузионная сварка Диффузионной сваркой (рис.37) соединяют заготовки в твердом состоянии в вакууме или в атмосфере инертных газов приложением сдавливающих сил при повышенной температуре. Тщательно зачищенные свариваемые заготовки 1 собирают , помещают в вакуумную камеру 2  давление 133(10 -10 )Па , сдавливают и затем нагревают специальным источником до температуры рекристаллизации, равной 0,4Т (температура плавления). Нагрев заготовок по всему сечению должен быть равномерным. В начальной стадии процесса создаются условия для образования металлических связей между соединяемыми поверхностями. Низкое давление способствует удалению (испарению) поверхностных пленок, а высокая температура нагревания и давление приводят к уменьшению неровностей поверхностей и сближению их до нужного расстояния (410 см). Рисунок 37 Схема диффузионной сварки 1 – свариваемые заготовки 2 – вакуумная камера Последующая выдержка вызывает диффузию атомов материалов свариваемых заготовок и образование промежуточных слоев, увеличивающих прочность соединения. Время диффузионной сварки зависит от химического состава соединяемых заготовок, степени их очистки, температуры нагрева и составляет 10-30мин. Достоинством этого способа является возможность соединения заготовок из разнообразных материалов: металлы и сплавы, керамические материалы. Полученные соединения после сварки, как правило, не нуждаются в последующей механической обработке. Диффузионную сварку применяют в космической технике и радиоэлектронике, в самолето- и приборостроении, в пищевой промышленности и других отраслях. 4.3.3 Сварка трением Сварка трением образует соединение в результате пластического деформирования заготовок, предварительно нагретых в месте контакта теплотой, выделившейся в результате их трения (рис.38)  Рисунок 38 Схемы сварки трением Основным отличием ее от других видов сварки давлением с подогревом является способ нагревания свариваемых поверхностей. Свариваемые заготовки 1 (рис.38,а ) устанавливают соосно в зажимах машины, один из которых 2 неподвижен, а второй 3 может совершать вращательное и поступательное (вдоль оси заготовок) движения. Заготовки сжимаются силой Р и включается механизм вращения. На соединяемых поверхностях возникают силы трения. Работа на преодоление этих сил превращается в теплоту, выделяющуюся на поверхности трения. При достижении температуры поверхностей 980-1300  С вращение заготовок прекращают и их дополнительно сдавливают (проковка).Иногда сварку трением производят через промежуточный вращаемый элемент (рис.38,б) или заменяют вращательное движение вибрацией (рис.38, в). Сваркой трением можно сваривать заготовки диаметром 0,75-140мм. Основные достоинства – высокая производительность, малая энергоемкость процесса, возможность сварки заготовок из материалов различных сочетаний (медь со сталью, алюминий с титаном), стабильность качества и отсутствие таких вредных факторов, как ультрафиолетовое излучение, газовые выделения, брызги. 4.3.4 Ультразвуковая сварка Ультразвуковая сварка относиться к процессам, в которых используют давление и взаимное трение в свариваемых поверхностях. Силы трения возникают в результате действия на заготовки, сжатые осевой силой Р, механических колебаний с ультразвуковой частотой. Для получения механических колебаний высокой частоты используют магнитострикционный эффект, основанный на изменении размеров некоторых материалов под действием переменного магнитного поля. Изменение размеров магнитострикционный материалов очень незначительны, поэтому для увеличения амплитуды S и концентрации энергии колебаний, а также для передачи механических колебаний к месту сварки используют волноводы, в большинстве случаев сужающейся формы.  Рисунок 39 Схема ультразвуковой сварки При ультразвуковой сварке (рис.39) свариваемые заготовки 5 размещают на опоре 6. Наконечник 4 рабочего инструмента 3 соединен с магнитострикционным преобразователем 1 через трансформатор 2 продольных упругих колебаний, представляющих собой вместе с рабочим инструментом волновод. Нормальная сжимающая сила Р создается моментом М в узле колебаний. В результате ультразвуковых колебаний в соприкасающихся слоях контактирующих поверхностей создаются сдвиговые деформации, разрушающие поверхностные пленки. Тонкие поверхностные слои металла нагреваются, металл в этих слоях немного размягчается и под давлением силы Р пластически деформируется. При сближении поверхностей на расстояние действия межатомных сил между ними возникает прочная связь. Сравнительно небольшое тепловое воздействие на свариваемые материалы обеспечивает минимальные изменения их структуры, механических и других свойств. Ультразвуковой сваркой можно получать точечные и шовные соединения внахлестку, а также соединения по замкнутому контуру. Ультразвуковой сваркой можно сваривать заготовки толщиной 0,001…1мм, а также приваривать тонкую фольгу к массивным деталям. Ультразвук активно разрушает поверхностную пленку, что позволяет получать высококачественные соединения окисленных или покрытых лаком поверхностей без их предварительной очистки. Способ позволяет получать соединения из разнородных материалов (алюминия с медью, меди со сталью и т.п.). Ультразвуковую сварку применяют в приборостроении, радиоэлектронике, авиационной промышленности. Особенно широкое применение находит при сварке пластмасс. 4.4 Лучевые способы сварки Электронно–лучевая сварка Электронный луч представляет собой сжатый поток электронов, перемещающийся в вакууме с большой скоростью от катода к аноду в сильном электрическом поле. При соударении электронного потока с твердым телом более 99% кинетической энергии электронов переходит в тепловую энергию, расходуемую на нагрев этого тела. Температура в месте соударения может достигать 5000-6000 С. Для сварки используют электронную пушку (рис.40,а). В вакуумной камере 1 в формирующем электроде 2 расположен вольфрамовый катод 3, обладающий эмиссионной способностью при нагревании до 2000-2500 С. Под катодом находится анод 4 с центральным отверстием для пропускания луча к заготовке. Электроны, сформированные в пучок формирующим электродом 2, под действием высокой разности потенциалов (20-150кВ и выше) между катодом и анодом перемещаются с ускорением по направлению к заготовке. На формирующий электрод 2 подается отрицательный или нулевой по отношению к катоду потенциал. Диафрагма 5 отсекает краевые зоны луча 6, а магнитные линзы 7 фокусируют луч на поверхности заготовки 9. Фокусировкой достигается высокая удельная мощность луча (510 кВт/м и выше). Скорость сварки определяется скоростью перемещения заготовки под неподвижным пятном луча или отклонением самого луча с помощью отклоняющей системы 8. Отклоняющие системы 8 используют также и для колебаний электронного луча поперек и вдоль шва, что позволяет выполнять сварку с применением присадочного металла и регулировать тепловое воздействие на шов. Основными параметрами режима являются ускоряющее напряжение (25-120кВ), сила тока (35-1000мА), диаметр сфокусированного луча (0,02-1,2мм), скорость сварки (до 100м/ч).Достоинством электронно-лучевой сварки является высокая концентрация энергии на поверхности детали, что позволяет проплавлять заготовки толщиной до 200м. Высокая концентрация теплоты в пятне нагрева позволяет испарять такие  Рисунок 40 Схема установки для электронно-лучевой сварки материалы, как сапфир, рубин, алмаз, стекло, образуя в них отверстия. Незначительная ширина шва и нагретой зоны основного металла способствует резкому снижению деформаций сварного соединения. Кроме того, проведение процесса в вакууме обеспечивает получение зеркально-чистой поверхности шва и дегазирует расплавленный металл. Создание мощных квантовых генераторов дало позволило применять остро сфокусированный световой пучок для сварки плавлением – лазерной сварки. Лазеры большой мощности позволяют сваривать заготовки из металла толщиной до нескольких миллиметров. Большим достоинством лазерной сварки является возможность ведения процесса в любой атмосфере. Для лучевой сварки характерно «ножевое проплавление», т.е. форма шва, при которой отношение глубины шва к ширине нередко достигает 20 и более (рис.40,б) Электронно-лучевой сваркой обрабатывают детали из тугоплавких химически активных металлов и их сплавов (вольфрамовых, танталовых, ниобиевых, молибденовых и т.п.), а также алюминиевых и титановых сплавов и высоколегированных сталей. Металлы и сплавы можно сваривать в одно- и разнородных сочетаниях, со значительной разностью толщин, температур плавления и других теплофизических свойств. Минимальная толщина свариваемых заготовок составляет 0,02мм, максимальная – до 100мм. Электронно-лучевой сваркой можно соединять малогабаритные изделия, применяемые в электронике и приборостроении, и крупногабаритные изделия длиной и диаметром в несколько метров. Литература
Рецензия На методическую разработку - Курс лекций по дисциплине «Технология обработки конструкционных материалов» для студентов заочного обучения часть 1, разработанную преподавателем ОГБОУ СПО «Томский политехнический техникум» Туйчиевой Г.К. Представленная на рецензию методическая разработка – курс лекций по дисциплине «Технология обработки конструкционных материалов» разработана в соответствии с требованиями «ФГОС и ОПОП» по специальностям направлений: 131000 «Нефтегазовое дело», 140400 «Электроэнергетика и электротехника», 15100 «Технологические машины и оборудование». Учебная дисциплина «Технология обработки конструкционных материалов» является специальной дисциплиной, которая предусматривает получение знаний современных методов формообразования заготовок и деталей из различных материалов с учетом особенностей автоматизации производства. В методической разработке комплексно изложены основные положения и теоретические основы технологии машиностроения. Раскрыты особенности и технологические возможности способов и методов обработки изделий. Рассмотрены вопросы обеспечения требуемого качества изготовления изделий, повышения производительности технологических процессов и снижения себестоимости изделий в зависимости от типа производства. В части 1 рассмотрены современные и перспективные технологические способы производства черных и цветных металлов, изготовление заготовок и деталей машин из металлов и неметаллических материалов, технологичность конструкции заготовок. Рассмотрены способы получения заготовок и деталей литьем, обработкой давлением, сваркой, а также физическая сущность процессов обработки, достоинства, недостатки, применение. Данный курс лекций может быть использован для дистанционного обучения студентов через сайт техникума. Рецензируемая методическая разработка в полной мере решает задачи подготовки специалистов указанного выше профиля по дисциплине «Технология обработки конструкционных материалов» по заочной форме обучения и может быть рекомендована к использованию в учебном процессе ОГБОУ СПО «Томский политехнический техникум». Рецензент: Заместитель директора по УПР ОГБОУ СПО «Томский промышленно -гуманитарный колледж» Позолотина Л.П. |
Похожие:
 | Ярославский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения | | Типовая информационная технология сбора, передачи, обработки и выдачи информации в централизованных системах обработки данных 17 |
| Методическая разработка составлена в соответствии с требованиями фгос впо третьего поколения | | Курс лекций разработан в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Основы архивного дела» для специальности 034702 «Документационное... |
 | Методическая разработка предназначена для преподавателей учреждений среднего профессионального образования с целью проведения учебного... | | Методическая разработка составлена на основе Федерального государственного образовательного стандарта по специальностям среднего... |
| Методическая разработка предназначена для проведения дифференцируемого зачета по дисциплине «Английский язык» в учреждении среднего... | | Методическая разработка предназначена для обучающихся специальности 38. 02. 01 |
| Специальность 05. 27. 06 – Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники | | Понятие информационная потребность тесно связано с понятием цели и функции управления. Можно сказать, что потребность в информации... |