ЦНИИТМаш, ИЭС и др. Кроме того, совершенствовались и другие способы и методы сварки. Развитие атомной энергетики и ракетостроения потребовало применения в сварных

конструкциях новых марок специальных сталей и сплавов. Появились и внедряются новые методы сварки: электроннолучевая, ультразвуковая, диффузионная в вакууме, в контролируемой атмосфере, сварка трением, токами высокой частоты и др. Интенсивное развитие получили прогрессивные способы резки металлов: кислородный, газоэлектрический, газофлюсовый, плазменный и др.

Для этого периода характерным является разработка и внедрение в промышленность механизированных и автоматических поточных линий и участков по изготовлению сварных конструкций.

Выпуск сварочного оборудования в 1962г. по сравнению с 1958г. возрос более чем в 3 раза и превзошел темпы роста США и ФРГ. В 1963г. уровень механизации сварочных работ в строительстве достиг 22%, а в строительной индустрии - 62,4%. К концу 1970г. уровень механизации сварочных работ в строительстве был доведен до 40%.

В 1960г. на Днепропетровском ЗМК им. Бабушкина введена в эксплуатацию поточная линия двутавровых балок, а также участок сборки и сварки газгольдеров постоянного объема.

1.3 Характеристика основных способов сварки

1.3.1. Сварка давлением

Сварка давлением включает следующие способы: холодная сварка, ультразвуковая сварка, кузнечно-горновая, газопрессовая (с последовательным нагревом или с одновременным нагревом), электрическая контактная сварка (стыковая, точечная, шовная), индукционная сварка (при наличии газовой атмосферы или диффузионная в вакууме), термитная давлением и др.

а) Холодная сварка. Две тщательно очищенные у стыка пластины обжимают шайбами, исключающими выпучивание при деформации(дет.1), затем вдавливают пуансоны из твердого металла. При этом металл пластин сильно деформируется и течет вблизи поверхностей раздела. Ювенильные поверхности войдут в соприкосновение и между ними возникнут межатомные силы сцепления. При таком способе степень деформации зависит от свойств металла, свойств пленок окислов и схемы деформирования, а также глубины вдавливания пуансонов. Этот способ применим для пластичных металлов(Al, Cu, Ag, Ni) при соединениях внахлестку и встык (рис. 1.3)

11

а)

б)

Рис. 1.3. Холодная сварка:

а – процесс деформирования; б – сварное соединение; 1 – свариваемые детали; 2 – обжимные шайбы; 3 – пуансоны; 4 – зубки пуансонов; 5 – углубле-

ние в деталях вследствие пластического деформирования

б) Ультразвуковая сварка. Разрушение поверхностных окисных пленок и проявление межатомных сил сцепления может произойти при местной деформации поверхностей в месте контакта при введении в металл ультразвуковых колебаний (рис.1.4).

а)

б)

Рис. 1.4. Ультразвуковая сварка:

а – процесс постановки точки; б – сварное соединение; 1–генератор колебаний; 2–пуансон; 3–свариваемые детали; 4–опора; 5–сварное соединение.

Генератор 1, дающий частоту 8-15 кГц, и пуансон 2 приводят к разрушению окислов, некоторому местному повышению Т(~350°С) и свариванию. Таким способом сваривают при точечной и шовной контактной сварке тонкие листы(0,05-0,6мм) или тонкие с толстыми.

в) Кузнечно-горновая сварка. Это самый древний способ, имеющий сейчас ограниченное применение. После разогрева в горне металла до температуры сварочного жара

12

(1100-1300°) осуществляют сварочную операцию ручной или механизированной проковкой. Очистка окислов производится механическим способом и флюсованием (для оставшихся) – бура Na2B4O7, поваренная соль NaCl, речной песок SiO2.

г) Газопрессовая сварка. Принцип газопрессовой сварки аналогичен кузнечногорновой с использованием для нагрева пламени газообразных горючих. Осуществляется как с последовательным нагревом от участка к участку с соответствующей их проковкой или статическим сдавливанием(чаще продольные швы, газовое пламя Т=1800°С) так и с одновременным нагревом сечения свариваемых элементов и их -по следующим одновременным сдавливанием(кольцевые швы, ацетилено-кислородное пламя, Т =3000°С).

д) Электрическая контактная сварка. Этот способ сварки один из самых важных и используется преимущественно в массовом иди серийном производстве однотипных изделий. Этот способ основан на разогреве металла проходящим по нему током. Количество выделяемого в металле тепла определяется законом Джоуля-Ленца:

Q=0,24·I·U·t=0,24·I2·R·t,

где Q – кол-во тепла, кал; I – сила тока, А; U – напряжение, B; R – сопротивление, Ом; t – время, сек.

В последовательной цепи на участке большего сопротивления(место контакта деталей) выделяется и большее количество тепла. Выбором соответствующей мощности для различных деталей можно обеспечить их быстрый нагрев(0,003÷10 сек.) и сварку последующим обжатием. При этом, ввиду большой электропроводности и малого удельного сопротивления металлов необходимо пользоваться большими токами – до нескольких тыс., даже десятков тыс., ампер при очень малом напряжении(U = I·R, U ≈ 2-6

вольт). Обычно используют переменный ток с применением силовых понижающих трансформаторов с регулятором.

Контактная сварка подразделяется на несколько видов, причем электрическая часть машины во всех случаях примерно одинакова. Основные способы: стыковая, точечная и шовная контактная сварка, а также рельефная.

Стыковая сварка осуществляется по двум схемам: сварка сопротивлением и сварка оплавлением. При сварке сопротивлением свариваемые детали 1 соосно зажимают в неподвижном (2) и подвижном (3) устройствах машины. Под некоторым давлением они приводятся в контакт друг с другом и включением трансформатора(4) через контактор (прерыватель) 5 обеспечивается замыкание цепи. После нагрева до температуры сварки (сварочного жара) давление увеличивается до осадочногопроисходит пластическое деформирование нагретого металла для осуществления сварки (рис.1.5).

13

Рис. 1.5. Контактная стыковая сварка:

1 – свариваемые детали; 2 – подвижный электрод; 3 – неподвижный электрод; 4 – сварочный трансформатор машины; 5 – контактор (прерыватель)

При сварке оплавлением напряжение на детали подается, когда между ними зазор. При медленном сближении элементов 1 появляется контакт между отдельными точками торцов, приводящий к оплавлению всей поверхности. В нужный момент контактором 5 выключают ток и нагретые поверхности сдавливают. При этом выдавливается расплавленный металл, и твердые (в пластическом состоянии) нагретые объемы металла свариваются. Таким способом сваривают стержни, трубы, полосы, рельсы, звенья цепей и т.д.

Точечная сварка. Применяется для соединения деталей внахлестку t ≤ 5-6мм. Детали зажимают между двумя электродами с выпуклой поверхностью до контакта, включают контактором трансформатор; металл разогревается выделенным теплом, образуя ядро литого металла. Ток выключают, увеличивают сдавливание, после затвердевания жидкого металла происходит сваривание в районе литой точки (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Контактная точеная сварка:

1 – электроды; 2 – свариваемые детали; 3 – сварочный трансформатор; 4 – контактор; 5 – сварная точка

14

Шовная сварка. В принципе осуществляется так же как точечная, обеспечивая плот- но-прочные герметические швы. Это достигается последовательной постановкой ряда точек с частичным перекрытием последующей точкой предыдущей. Электроды выполнены в виде роликов, которые при вращении протаскивают свариваемые элементы между собой, а периодическое включение тока приводит к последовательной сварке точек.

е) Индукционная сварка. В этом случае металл до сварочной температуры нагревается токами высокой частоты с помощью специального индуктора, имеющего форму, соответствующую форме нагреваемой детали. С помощью индукционного нагрева металл нагревают до расплавления и осуществляют плавлением, но практически требуется приложить осадочное давление, когда достигнута температура сварочного жара (рис.1.7).

Рис. 1.7. Индукционная сварка:

1 – свариваемые детали; 2 – индуктор

ж) Диффузионная сварка в вакуум.е Применяется для сварки химически активных металлов. Для защиты от воздействияO2; N2 воздуха применяют вакуумные камеры с вакуумом 10-3-10-5мм рт.ст. После достижения такого вакуума осуществляют индукционный нагрев и дают осадочное давление.

з) Термитная сварка. Термитами называют порошкообразные или зернистые смеси, состоящие из металла с большой теплотой образования окисла(Al, Mg) и окисла металла с меньшей теплотой образования (Fe, Cu - окислы). Наиболее известный термит – Al и железная окалина Fe3O4.

При сгорании смесь дает восстановленное железо и окись алюминия, нагреваясь до Т =3000°С, с выделением большого количества тепла.

3Fe3O4+8Al=4Al2O3+9Fe+Q.

1кг смеси дает при сгорании750 ккал тепла. Изделие, которое нужно сварить, заформовывают и нагревают до начала красного каления с одновременной прокалкой формы. Термитную смесь сжигают в тигле, и после отстойки расплав разделяется на два слоя: нижний - жидкое железо, верхний - жидкий шлак, в основном из Al2O3. Этим расплавом заливают заформованное изделие, расплавляя кромки изделий, сплавляя их с ме-

15