.
Холодной называется сварка металлов, выполняемая без нагрева путем совместного пластического деформирования соединяемых деталей. Этот способ соединения металлов осуществляется только в результате давления, прилагаемого к деталям при помощи прессов или специальных клещей.
При вдавливании в металл свариваемых деталей 2, 3 (рис. 1) пуансонов 1 круглой или прямоугольной формы происходит пластическая деформация, сопровождаемая как упрочнением металла, так и измельчением его зерен. На границе раздела соединяемых частей происходит сращивание их в одно целое за счет образования новых кристаллов.
Физическая сущность процесса холодной сварки изучена недостаточно. Экспериментальные данные показывают, что одним из основных условий получения надежных соединений при холодной сварке является высокая пластичность металла. Не менее важным условием является чистота поверхности соединяемых деталей. Наконец, необходимо, чтобы при давлении металл мог течь в стороны от места сварки.
Рис.1 Схемы холодной сварки:
а - односторонней, б - двусторонней
Описанный способ позволяет осуществлять надежные соединения деталей из алюминия и его сплавов, меди, никеля, цинка, а также из алюминия с медью.
Простота и доступность этого способа сварки обеспечили ему применение при изготовлении бытовых нагревательных приборов соединении алюминиевых шин в электромонтажном производстве
Успешно применяется холодная сварка для армирования выводов алюминиевых обмоток и шип медными накладками.
А. И. Чудиков предложил использовать для целей сварки тепло, выделяющееся при трении.
Этот способ сварки является разновидностью сварки давлением — соединение деталей осуществляется в результате совместной пластической деформации, возникновение которой облегчается за счет тепла, выделяющегося при трении.
Для практического выполнения сварки трением соединяемые стержни располагают соосно в зажимах машины и прижимают друг к другу с удельным давлением до 98 Мн/м2 (10 кГ/мм2). Затем один из стержней вращают со скоростью до 3000 об/мин. Благодаря трению на торцовых поверхностях стержней происходит выделение тепла, достаточного для того, чтобы в течение нескольких секунд обеспечить нагрев до сварочной температуры. Затем вращение стержня прекращается и за счет давления происходит образование сварного соединения.
Сварку трением можно выполнять на обычных токарных, сверлильных или фрезерных станках при условии получения необходимого числа оборотов свариваемых деталей. Однако повышенная вибрация в сочетании с применением значительных осевых усилий приводит к слишком быстрому износу станков. Целесообразнее пользоваться машинами, специально спроектированными для производства сварки трением.
Процесс сварки трением экономичен и производителен. Например, для сварки стальных стержней диаметром 40 мм мощность контактной стыковой машины должна быть не менее 200 кв-а, а для сварки трением достаточна мощность в 15 кв-а при одной и той же продолжительности сварки (около 20 сек).
Процесс сварки трением легко поддается автоматизации и программному управлению. Кроме того, он с одинаковым успехом может быть применен не только для сварки металлов, но и различных пластических неметаллических материалов.
В настоящее время этот способ сварки используется при изготовлении заготовок для режущих инструментов, составных пуансонов для пробивки отверстий, приварке шпилек и др.
Упругие колебания с частотой более 16—20 тыс. гц, называемые ультразвуковыми, могут быть применены для получения прочных соединений различных металлов и пластических неметаллических материалов.
Можно осуществлять точечную или роликовую сварки при совместном воздействии ультразвуковых колебаний и небольших сжимающих усилий.
Для преобразования электрического тока в механические колебания заданной частоты применяют магнитострикционные преобразователи, которые через специальный волновод и рабочий наконечник передают колебания к месту сварки. Преобразователи питаются током от высокочастотных генераторов с плавным регулированием.
Сущность процесса ультразвуковой сварки заключается в том, что приложение колебаний к одной из соединяемых деталей вызывает разрушение окисных пленок и нагрев на соприкасающихся поверхностях. С ростом нагрева увеличивается пластичность металла, а под влиянием давления происходит перемещение нагретых поверхностей относительно друг друга, что и приводит к образованию общих для обеих деталей кристаллов, т. е. получению сварного соединения.
Для получения доброкачественных соединений при сварке ультразвуком необходима особо тщательная очистка поверхности деталей. При наличии окисных пленок, хотя и разрушающихся под действием ультразвуковых колебаний, не удается гарантировать высокого качества соединений.
В сравнении с контактной сваркой ультразвуковые колебания имеют следующие достоинства: возможность сварки деталей неограниченно малой толщины, ничтожный нагрев деталей, применение небольших усилий при сдавливании и небольшая мощность машин.
Так, например, если для сварки точками алюминиевых листов толщиной в 1 мм нужна машина мощностью не менее 100 кв-а, то при ультразвуковой сварке достаточна мощность не более 2,5 кв-а.
Сварка с помощью ультразвука применяется для соединения как однородных, так и разнородных материалов малых толщин, т. е. в тех случаях, когда совершенно недопустима большая пластическая деформация.
По технике выполнения сварка токами высокой частоты (т. в. ч.) аналогична контактной сварке, но отличается более высокой производительностью и экономичностью. В настоящее время нагрев т. в. ч. применяется главным образом при сварке продольных сты ковых швов труб.
Сварка стыковых соединений т. в. ч. может быть выполнена путем последовательного нагревания токами, индуктированными в кромках деталей, или при одновременном нагреве по всей длит стыка, который достигается за счет непосредственного пропускания тока вдоль свариваемых кромок.
Последовательная сварка применяется при изготовлении газоводопроводных труб диаметром 50—75 мм с толщиной стенки 5 мм. Одновременная сварка также применяется при сваривании продольных стыков труб, но большого диаметра и с толщиной стенок до 8—12 мм.
При выполнении последовательной сварки т. в. ч. нагрев кромок осуществляется индукторами или током проводимости по схемам, представленным на рис. 2, а, б. Хорошие результаты дает сварка т. в. ч. двумя индукторами, из которых один обеспечивает предварительный подогрев, а другой доводит нагрев до сварочной температуры.
Рис. 2. Схемы сварки продольных швов труб токами высокой частоты:
а — схема последовательной сварки при нагреве петлевым индуктором; б — то же, при нагреве током проводимости; в — схема одновременной сварки при нагреве током проводимости с применением обратной шины; а, б —варианты расположения обратных шин
Для осуществления продольного шва труб большого диаметра был предложен способ одновременной сварки, заключающийся в том, что кромки заформованной трубы нагреваются сразу на всей своей длине током, непосредственно протекающим по ним.
При этом способе ток от генератора высокой частоты подводится одновременно к обеим кромкам у торца трубной заготовки (рис. 2, в), течет по ним к другому торцу и оттуда возвращается к источнику питания по медной шине, окруженной магнитопроводом из трансформаторной стали.
Так как токи в кромках заготовки и обратной шине текут во взаимно противоположных направлениях, то вследствие эффекта близости происходит концентрирование тока в части металла, обращенной к шине. По достижении сварочной температуры на кромках заготовки ток выключают и прикладывают усилие осадки.
Возможны различные варианты расположения обратных шин. Наиболее энергично протекает нагрев при расположении шины непосредственно в зазоре между кромками заготовки (рис. 2, г), но тем не менее этот вариант не рекомендуется, так как в этом случае происходит значительное окисление кромок, обусловленное увеличением времени между моментами окончания нагрева и производством осадки.
Более успешно протекает процесс сварки при использовании двух обратных шин, расположенных по обеим сторонам стыка (рис. 2, д). При одновременной сварке продольного стыка трубных заготовок из малоуглеродистой стали толщиной 10 мм наилучшие результаты были получены при токе с частотой 2500 гц, удельной мощности около 200 кв-а/м и удельном усилии осадки 40—50 Мн/м2 (4-5 кГ/мм2).
Продолжительность нагрева кромок стыка до 1400° С при этих условиях составила 15—20 сек. При выполнении сварки продольного шва трубы длиной 12 м с толщиной стенки 10 мм на специальной шовно-стыковой контактной машине (трубосварочном стане) затрачивается 1 мин, но при очень большой мощности установки, достигающей 12 000 кв-а.
Одним из важнейших достоинств сварки т. в. ч. является то, что она дает возможность изготавливать прямошовные трубы из горячекатаной неочищенной ленты со скоростью, которая ограничивается только величиной скорости формования трубной заготовки, так как при высокой частоте тока опасность образования непроваров полностью исключается. Не менее важно и то, что применение т. в. ч. позволяет выполнять сварку труб из различных легированных сталей, легких сплавов и т. п.