Сварка тугоплавких металлов и сплавов
Трудности при сварке тугоплавких металлов Ti, Zr, Mo, Nb и других связаны с тем, что они при нагреве интенсивно поглощают газы — кислород, водород и азот. При этом даже незначительное содержание газов приводит к резкому снижению пластических свойств этих металлов.
Титан и его сплавы сваривают в защитной атмосфере аргона высшего сорта. При этом дополнительно защищают струями 1 и 2 аргона корень шва и еще не остывший до температуры 350 °С участок шва 3 (рис. 11). Перед сваркой проволоку и основной металл дегазируют путем отжига в вакууме. Допустимое количество газов в швах составляет Н2 < 0,01 %, О2 < 0,1 % и N2 < 0,05 %. При большем содержании газов снижается пластичность металла сварных соединений, кроме того, титановые сплавы становятся склонными к образованию холодных трещин. Ответственные узлы сваривают в камерах с контролируемой аргонной атмосферой, в том числе и обитаемых, в которых сварщики работают в скафандрах.
Для сварки титана и его сплавов также применяют плазменную и электронно-лучевую сварку.
Цирконий весьма близок по свариваемости к титану. Поэтому его сваривают по аналогичной технологии.
Молибден и ниобии и их сплавы более чувствительны к насыщению газами, чем титан, особенно кислородом. При содержании кислорода более 0,01 % их пластические свойства резко снижаются. Молибден и ниобий и их сплавы сваривают дуговой сваркой в камерах с контролируемой аргонной атмосферой или электроннолучевой сваркой в вакууме.
Рисунок 11. Горелка с удлиненной насадкой для аргонодуговой сварки титана
Сварка давлением
Сущность сварки давлением заключается в образовании неразъемного соединения за счет образования межатомных сил связи при сближении свариваемых материалов на расстояние действия этих связей. Как правило, при сварке давлением не происходит расплавления свариваемых кромок материала. Металл при местном нагреве доводится до пластического состояния и затем пластически деформируется, образовывая сварное соединение.
К сварке давлением относят электроконтактную сварку, сварку трением, взрывом, ультразвуковую сварку, холодную сварку и др.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ КОНТАКТНАЯ СВАРКА
Электрическая контактная сварка является одним из наиболее часто применяемых способов сварки давлением. Контактная сварка выполняется без применения флюсов, т.к. нагрев электрическим током протекает быстро и воздействие кислорода воздуха на соединяемые поверхности невелико.
При электроконтактной сварке нагрев осуществляется пропусканием электрического тока достаточной силы через место соединения. Изделия, нагретые электрическим током до расплавления (в месте контакта) или пластического состояния, механически сдавливаются или осаживают, что обеспечивает сближение атомов на расстояние действия межатомных сил связи.
Контактная сварка является одним из высокопроизводительных способов сварки; она легко поддаётся механизации и автоматизации, вследствие чего ее широко применяют в машиностроении и строительстве.
Количество выделяемой теплоты определяется законом Джоуля - Ленца:
Q = 0,24 ∙ R ∙ I2 ∙ τ
где Q - количество теплоты, выделяемое током в сварном контуре,
кал (дж) ;
R - полное сопротивление сварного контура. Ом ;
τ - время протекания тока, сек ;
I - сварочный ток, А.
По форме выполняемых соединений различают три основных вида контактной сварки стыковую, точечную и шовную или роликовую.
Стыковая сварка (рис. 10) - вид контактной сварки при которой заготовка сваривается по всей поверхности соприкосновения. Её разделяют на сварку плавлением и сварку давлением, т.е. разогрев концов заготовок до пластического состояния.
Свариваемые детали 3 и 7 ( рис. 10) помещают между зажимами 4 и 6, подключенными к трансформатору 8. Зажим 4 - подвижный. При соприкосновении деталей 3 и 7 включается ток и создаётся усилие в течение некоторого времени. Этим способом свариваются стержни диаметром до 400 мм, а также : квадратный профиль, трубы, уголки, двутавры и т.д.
При точечной сварке заготовки из тонкого листового металла соединяются внахлёстку.
Метод точечной сварки состоит в нагреве свариваемых деталей при прохождении тока от одного электрода через детали к другому (рис. 11). Происходит быстрый нагрев и расплавление металла в зоне соединения с образованием "ядра" сварочной точки, имеющей чачевнцеобразную форму размером - 2-12 мм. Параметры режима сварки: плотность, тока от 120 до 360 А/мм2, усилие сдавливания на электродах от 4 до 10 кг/мм2,
Рис. 10 -Стыковая сварка
Pиc. 11 - Точечная сварка
время протекания тока от 0.001 до 0.1 с.
Точечной сваркой сваривают детали из углеродистой и нержавеющей стали, из алюминия, меди и её сплавов, а также из ультратонкого металла толщиной до 0.1 мм. Обычно толщины свариваемых металлов составляют 0.5-5 мм. Точечная сварка широко используется для изготовления штампосварных соединений (например, кузов автомобиля).
Рас. 13 - Шовная или роликовая сварка
Шовная или роликовая сварка является разновидностью точечной сварки, при которой точки ядра перекрывают одна другую и создают сплошной шов (рис. 13). При шовной сварке электродами являются ролики (медные, водоохлаждаемые ), относительно которых перемещаются расположенные внахлестку детали. Свариваемые листы имеют толщину в среднем 0.3-3 мм. Шовную сварку так же как и точечную, можно выполнять при одностороннем и двухстороннем расположении электродов.
Роликовая сварка осуществляется при переменном токе силой 2000-5000 А. Диаметр роликов равен 40-350 мм; усилие сжатия свариваемых деталей роликами достигает 0,6 т; скорость сварки равна 0,5 -3,5 м/мин.
Шовная сварка применяется в массовом производстве при изготовления различных сосудов и труб.