Теоретические основы сварки давлением

Стадии сварки давлением и факторы, влияющие на ее качество

В общем объеме сварочного производства различные способы сварки давлением составляют относительно небольшой процент. Однако, при помощи сварки давлением могут решаться достаточно сложные задачи современной техники. С ее помощью получают качественные соединения при условии регулируемого и ограниченного вложения тепла, а, следовательно, возникает возможность управления физико-химическими процессами, результатом которых является образование соединений и сохранение исходных свойств свариваемых между собой материалов.

Сварка давлением осуществляется благодаря взаимодействию атомов металлов двух свариваемых поверхностей. Сварка под давление может применяться для сварки металлических сплавов, металлов с керамикой, пластмассами, полупроводниками и т.п. Качество сварки давлением зависит от таких факторов, как способность свариваемого металла подвергаться деформации, уровень приложенных усилий и качество подготовленных для сваривания металлических поверхностей. Сам процесс сварки можно разделить на три основные стадии:

1. Образование физического контакта. Данная стадия представляет собой сближение атомов соединяемых материалов благодаря пластической деформации на расстояние, при котором возникает физическое взаимодействие, обусловленное вандерваальсовскими силами, либо на расстояние, при котором возможно слабое химическое взаимодействие.
2. Образование активных центров. При сварке разнородных металлов на данной стадии происходит образование активных центров на поверхности более твердого из двух свариваемых металлов. Данная стадия и его продолжительность обусловлены особенностями его пластической деформации. Если сварке подвергаются однородные металлы первая и вторая стадии являются, по сути, одной, потому что активация обеих контактных поверхностей начинается уже в процессе сближения при смятии микровыступов благодаря пластической деформации.
3. Объемное взаимодействие. Данная стадия начинается с образования активных центров на свариваемых поверхностях. В течении этой стадии происходит развитие взаимодействия свариваемых металлов в плоскости контакта, сопровождающееся образованием прочных металлических связей и в объеме зоны контакта. Данный процесс происходит на активных центрах, которые представляют собой дислокации с полями напряжений. В плоскости контакта он завершается слиянием дискретных очагов взаимодействия, а в объеме - релаксацией напряжений. Чтобы обеспечить необходимую прочность соединения нужно обеспечить релаксационное развитие процессов рекристаллизации, а в некоторых случаях гетеродиффузии.

При сварке однородных металлов критерий для окончания процесса - рекристаллизация, которая является причиной образования общих зерен в области соединения. В случае сварки разнородных металлов ограничение или развитие процесса гетеродиффузии определяются свойствами диффузионной зоны, а также образующихся в данной зоне фаз.

Способы сварки давлением. Точечная сварка

Существуют следующие виды сварки давлением:

• точечная сварка,
• рельефная сварка,
• шовная сварка,
• сварка с вращающимся трансформатором,
• фольгостыковая сварка,
• сварка с раздавливанием,
• стыковая сварка.

Схема контактной точечной сварки изображена на рисунке ниже.

Рисунок 1. Схема контактной точечной сварки. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Здесь: 1, 2 - электроды; 3 - вода.

Металлические листы, которые собраны с местной нахлесткой и прилегают по свариваемым поверхностям, соединяются по действием силы F отдельными точками. Электрический ток подводится при помощи стержневых электродов.

Схема и принцип точечной сварки изображены на рисунке ниже.

Рисунок 2. Схема принципа точечной сварки. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Здесь: а - принцип (1, 4 - электроды; 2, 3 - заготовки); б - схема (1 - гидравлический цилиндр; 2 - сварочный трансформатор; 3 - электронное управление; 4 - гидравлическая система для обеспечения прижатия).

Сопротивления R1, R2 невелики, потому что выделяющаяся в них теплота не принимает участие в процессе сварки. По этой причине сечение данных электродов большой, а материал, из которых они изготовлены, обладает большими электропроводностью и теплопроводностью, а также достаточной горячей твердостью. Как правило, этот материал медь и ее сплавы. Относительно небольшие и переходные сопротивления R3 и R4, потому что в противном случае участки нахлестки очень сильно нагреваются, что способствует развитию процесса легирования рабочих поверхностей электродов свариваемых металлов, а также увеличивается износ. Таким образом контактные поверхности электродов и свариваемых листов должны быть чистыми, усилия сжатия большими, а процесс охлаждения электродов интенсивным. Сопротивления R6 и R7 зависят от удельных электрических сопротивлений материала листов.

Подавляющий объем теплоты, который расходуется для образования соединения, выделяется в переходном сопротивлении R5, а также в прилегающих приповерхностных слоях свариваемых листов. Если сопротивление R5 существенно выше, чем R6 и R7 то в таком случае прилегающие к друг другу поверхности листов недопустимо быстро нагреваются, из-за чего происходит выплеск. Интенсивность отвода тепла в электроды и свариваемые листы посредством уменьшения продолжительности сварки.