§5.Способы сварки с импульсным деформированием.

Магнитно-импульсная сварка.

Магнитно-импульсная обработка металлов основывается на использовании сил электромеханического взаимодействия между вихревыми токами, наведёнными в стенках обрабатываемой детали при пересечении их силовыми магнитными линиями импульсного магнитного поля. При этом электрическая энергия преобразуется в механическую и в виде импульса давления действует непосредственно на заготовку.

При магнитно-импульсной сварке свариваемые детали располагаются под углом α друг к другу с минимальным зазором между ними δ.(рис.7)

рис.7

Одна деталь 1 закрепляется на твёрдом основании 7, а вторая 2 на индукторе 3, расположенном над первой деталью.

При импульсном включении напряжения на индуктор 3 в поверхностном слое детали 2, закреплённой на индукторе 3, индуцируются вихревые токи. Взаимодействие вихревых токов с импульсом магнитного потока, сопровождающего импульс тока проходящего через индуктор 3, приводит к возникновению механического давления на деталь. Это давление отрывает деталь 2 от индуктора 3 и с большой скоростью бросает её в направлении неподвижной детали 1. Для обеспечения последовательного перемещения зоны контакта при сварке поверхностей деталей 1 и 2 их устанавливают под углом друг к другу. Это создаёт условия для очистки поверхности свариваемых деталей от оксидов и загрязнений коммулятивной струёй, возникающей перед движущимся контактом. Последнее необходимо для образования ювениловых поверхностей, обеспечивающих хорошее схватывание и образование металлических связей.

Существуют три основные схемы магнитно-импульсной сварки: обжатием трубчатых заготовок с применением индуктора, охватывающего заготовку, раздачей трубчатых заготовок с применением индуктора, помещённого внутрь заготовки (рис.8), и деформированием листовых заготовок плоским индуктором (рис.7).

рис.8

Целесообразно применение этого способа для получения всевозможных соединений тонкостенных трубчатых деталей между собой и с другими деталями, а также плоских тонкостенных деталей. Магнитно-импульсным способом можно сваривать практически любые материалы в однородном и разнородном сочетаниях.

Ультразвуковая сварка.

При этом способе сварки соединения образуются под действием ультразвуковых колебаний и сжимающих давлений, приложенных к свариваемым деталям в одной плоскости или взаимно-перпендикулярных плоскостях. Движения ультразвуковой частоты разрушают поверхностный и оксидный слой, создавая активные центры. Совместное воздействие на поверхности соединяемых деталей механических колебаний и относительно небольшого давления обеспечивает пластическое течение металла в зоне соединяемых поверхностей без внешнего подвода тепла. В результате трения, вызванного возвратно-поступательным движением контактирующих поверхностей, нагреваются поверхностные слои свариваемых материалов. Схема ультразвуковых сварочных установок представлена на рис.9.

рис.9

Установки с поперечными относительно сварочного усилия колебаниями (рис.9а) применяются при сварке тонколистовых металлических материалов (сталь, алюминий, медные сплавы и т.д.). При ультразвуковой сварке полимеров применяются установки, в которых ультразвуковые колебания и сварочные усилия – соосны (рис.9б). При этом если при сварке металлических материалов применяются только контактные методы сварки, у которых сварное соединение образуется по контактам пуансона с деталью, то при сварке полимеров с высоким модулем упругости (жёстких, таких как полистирол) применяется и контактная и передаточная сварка. А при передаточной сварке свариваемый узел может быть отнесён от места контакта пуансона с изделием от 10мм до 250мм. Основные виды соединений выполненных ультразвуковой сваркой представлены на рис.10.

рис.10

Ультразвуковая сварка применяется для соединения металла небольших толщин, соединения полимерных материалов, соединения костных тканей в живом организме. Ультразвуковая сварка решила проблему присоединения к кристаллам кремния у полупроводниковых приборов алюминиевых провод типов – выводов.

Сварка взрывом.

Сварка взрывом – это техпроцесс, который позволяет получать биметаллические заготовки и изделия практически неограниченных размеров из разнообразных материалов и сплавов в том числе таких, сварка которых другими способами затруднена или невозможна.

Сварка взрывом осуществляется по следующей схеме (рис.11).

рис.11

Нижнюю пластину 1 располагают на твёрдом основании 4. Верхнюю метаемую пластину 2 (облицовку) располагают под углом α=2-16° к нижней с минимальным зазором между ними h_o=2-3мм. На метаемую пластину укладывают заряд взрывчатого вещества 3. В вершине угла устанавливают детонатор 5. После инициирования взрыва детонация распространяется по заряду ВВ со скоростью ʋ нескольких тысяч метров в секунду(2500-3600).

Под действием высокого давления взрыва метаемая пластина приобретает скорость ʋ_н порядка нескольких сотен метров в секунду и соударяется с неподвижной пластиной под углом ɣ, который увеличивается с ростом отношения ʋ_н/ʋ. Из зоны соударения выбрасывается с очень высокой скоростью (6000 – 7000м/с) кумулятивная струя, состоящая из паров металла основания и облицовки. Эта струя обеспечивает очистку от оксидной плёнки свариваемых поверхностей в момент, предшествующий их соединению. При этом со свариваемых поверхностей удаляется слой металла суммарной толщиной 1-15мкм.

Соударение метаемой пластины и основания сопровождается пластической деформацией, вызывающей нагрев поверхностных слоёв металла. В результате деформации и нагрева развивается физический контакт и образуется сварное соединение. При этом прочное соединение образуется только там, где соударение сопровождается взаимным сдвигом поверхностных слоёв метаемой пластины относительно основания.

Сварка взрывом даёт возможность сваривать практически любые материалы. Однако последующий нагрев сварных заготовок может вызвать интенсивную диффузию и гетеродиффузию в зоне соединения с образованием интерметалидных фаз. Последнее приводит к снижению прочности соединения. Для предотвращения этих явлений сварку взрывом проводят через промежуточные прослойки из металлов, не образующих химических соединений со свариваемыми материалами. Например, при сварке титана со сталью в качестве прослоек используют ниобий, ванадий или тантал.

Сварка взрывом привлекательна при планировании плоских конструкций большой площади (до 50м²) с толщиной планирующего слоя от 0,01 до 45 мм. Кроме этого этим методом можно выполнять облицовку, планировку и приварку цилиндрических труб к трубным доскам и т.д.

ДИФФУЗИОННАЯ СВАРКА