Шестель, Л.А. Специальные методы сварки и пайка - файл n1.doc

приобрести
Шестель, Л.А. Специальные методы сварки и пайка
скачать (508.9 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc941kb.26.10.2010 15:15скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

1.7. Сварка прокаткой


Сварка прокаткой – высокопроизводительный процесс для получения биметаллов из однородных и разнородных металлов и сплавов для производства многослойных листов, полос, лент, фасонных профилей, прутков, проволок.

Соединение компонентов биметалла происходит при их совместной горячей или холодной пластической деформации, осуществляемой в прокатных станах в вакууме или на воздухе.

Исходной заготовкой для получения биметалла служит пакет, состоящий из двух различных слоев металла в виде слябов или пластин (рис. 1.13). Обычно применяют одинарные (рис. 1.13, а), двойные (рис. 1.13, б) или тройные
(рис. 1.13, в) пакеты. Надежное соединение слоев обеспечивается при
5–7-кратном обжатии, поэтому для получения биметаллического листа толщиной 25 мм исходная толщина пакета должна составлять не менее 250–300 мм.

Рис. 1.13. Конструкции пакетов для сварки прокаткой:

1 – основной слой; 2 – плакирующий слой; 3 – разделительный слой;

4 – технологическая планка; 5 – сварной шов

Ширина слябов, применяемых для основного слоя при произ­- водстве двухслойных коррозионно-стойких листов из стали, обычно составляет 700–1200 мм, а длина 1700–2500 мм.

Слябы основного слоя из углеродистой и низколегированной стали подвергают правке на прессе и механической обработке по свариваемым поверхностям с последующими обезжириванием, промывкой и сушкой. Одновременно подготавливают пластины плакирующего слоя.

Для уменьшения степени окисления поверхностей заготовок при их нагреве перед сваркой прокаткой пакеты герметизируют сварным швом по периметру, либо сварку прокаткой проводят в защитной атмосфере – в вакууме или инертном газе.

Для нагрева пакетов перед прокаткой используют нагревательные шахтные или камерные печи. Температура нагрева для пакетов из углеродистой и коррозионно-стойкой стали составляет 1200–1250 єС.

При получении биметаллических листов с покрытием из активных металлов (например, Ti) используют герметичную конструкцию пакета с размещенным внутри пакета пирофорным материалом, например церием, который при нагреве пакета сгорает и связывает кислород окружающей среды. Надежное соединение в процессе горячей прокатки легко окисляющихся металлов достигается при использовании вакуумных прокатных станов.

Пакеты прокатывают на обычных прокатных станах, используемых для получения однослойных листов аналогичных размеров.

Холодную сварку прокаткой применяют для получения двух- или трехслойных биметаллов, состоящих из стальной основы и плакирующих слоев из цветных металлов, например: сталь + латунь, сталь + медь, медь + алюминий, алюминий + титан, алюминий + сталь + алюминий и др. Для получения качественного соединения слоев в биметалле требуется значительная деформация при сварке прокаткой и соответствующей чистоты соединяемых поверхностей,
а также особенно важно отсутствие органических веществ.

При сварке прокаткой вначале происходит смятие микронеровностей и увеличение контактных поверхностей из-за значительной вытяжки, приводящей к утонению и частичному разрушению оксидных пленок. В отдельных местах контактирования между свариваемыми поверхностями образуются участки схватывания, между которыми остаются полости, содержащие газы. Возможность дальнейшего увеличения числа и площади участков схватывания определяется развитием процесса адсорбции остаточных газов металлом. При дополнительной пластической деформации по мере поглощения газа металлом участки схватывания расширяются, формируются зоны взаимодействия, граница соединения превращается в непрерывную межфазную границу.

Сварка осуществляется в условиях принудительного деформирования и малой длительности взаимодействия. Получение качественного соединения обеспечивается при условиях:

tв ? tсв ? tр ,

где tв – длительность взаимодействия, определяемая временем силового воздействия, вызывающего пластическую деформацию;

tсв – длительность схватывания контактных поверхностей по всей площади соединения;

tр – длительность релаксации напряжений в зоне контакта до уровня, при котором образующиеся межатомные связи не разрушаются.

Длительность tсв полного схватывания контактных поверхностей определяется временем их активации tа, так как атомы, достигая требуемого энергетического барьера, мгновенно образуют межатомные связи, т. е. tсв = tа. В случае, когда активным центром является дислокация с полем напряжений, длительность активации можно определить по выражению:

tа = L·b/(?·S),

где L – путь движения дислокации до барьера;

b – модуль вектора Бюргера;

? – скорость пластической деформации металла в зоне сварки;

S – площадь активного центра.

Основные регулируемые параметры сварки прокаткой: Т – температура заготовки перед сваркой; Д – диаметр валков; n – частота их вращения; ?h – величина обжатия. Производными этих параметров являются: длина дуги захвата l, скорость прокатки V, скорость деформации ? и температура в очаге деформации.

Изменением параметров Д, n, ?h и Т можно в широких пределах изменять значения tв, tсв, tр.

Сварка прокаткой осуществляется на прокатных станах.

1.8. Ультразвуковая сварка металлов


УЗК – это упругие деформации, распространяющиеся при возбуждении в какой-либо среде – газовой, жидкой или твёрдой, частота которых превышает частоту слышимых человеком звуков, их нижняя граница условно принята
16 кГц, верхняя – сотни МГц.

В жидких, газообразных средах могут распространяться лишь продольные волны, т. е. волны, направление распространения которых совпадает с направлением смещения элементарных объёмов. В твёрдых телах, наряду с продольными, появляются поперечные колебания, т. е. колебания, перпендикулярно направленные продольным УЗ-волнам.

Если волна излучается в бесконечность, то она называется бегущей, если же волна распространяется в теле конечной длины, то при условии кратности этой длины длине волны может возникнуть стоячая волна. Такая волна возникает в результате интерференции падающей и отражённой волн. При этом в точках, куда обе волны приходят в одинаковой фазе, их действия складываются, образуя пучность колебаний. В точках, где волны встречаются в противофазе, они компенсируют друг друга, образуя узел смещения.

Ультразвуковая сварка (УЗС) металлов – процесс получения неразъёмных соединений в твёрдой фазе, при которых создание ювинильных (сверхгладких) участков на свариваемых поверхностях и физический контакт между ними обеспечивается специальным инструментом при совместном действии на заготовки нормального сжимающего усилия и знакопеременных тангенциальных относительных смещений малой амплитуды. Эти смещения происходят с ультразвуковой частотой в плоскости «деталь-деталь» и вместе с нормальным усилием вызывают пластическое деформирование микронеровностей приповерхностного слоя металла и эвакуацию из зоны сварки загрязнений.

Типовая колебательная система (рис. 1.14) состоит из электромеханического преобразователя 1; волноводного звена – трансформатора или иначе концентратора колебательной скорости 2; акустической развязки системы от корпуса машины 3; излучателя ультразвука – сварочного наконечника 4 и опоры 5, на которой располагаются свариваемые детали 6.

Рис. 1.14. Типовые колебательные системы:

а – продольная; б – продольно-поперечная; в – продольная для сварки пластмасс
Широко известны колебательные системы с использованием резонирующих стержней 7 (рис. 1.14, б), работающих в режиме изгибных колебаний.

Прохождение колебаний через металл деталей сопровождается рассеиванием энергии за счёт внешнего трения (плоский источник тепла) и внутреннего трения в объёмах материала, находящегося между ультразвуковым инструментом и опорой, в условиях действия интенсивных УЗК после образования зон схватывания (гистерезисные потери, объёмных потерь тепла).

Это проявляется в повышении температуры в зоне контакта до 0,4–0,7
от температуры плавления металла.

Повышение температуры, в свою очередь, облегчает протекание пластической деформации, которая ускоряется благодаря снижению предела текучести материала при прохождении через него УЗК. Процесс пластических деформаций локализуется в приповерхностных слоях и сопровождается дроблением
и механическим выносом окисных плёнок и других загрязнений из зоны контакта.

Основными параметрами процесса являются: амплитуда А (мкм) рабочей части инструмента, сжимающее статическое усилие Р (кгс), время сварки ?с и частота УЗК – f (кГц).

Технологические схемы сварки. Существует целый ряд схем УЗС, отличающихся характером колебаний инструмента (продольные, изгибные, крутильные), способом передачи сжимающего усилия на заготовки, конструкцией опорного элемента.

Для точечной, шовной и контурной сварки металлов используют варианты с продольными и изгибающими колебаниями.

Воздействие УЗК может сочетаться с местным импульсным нагревом заготовок от отдельного источника тепла. При этом достигается возможность снижения амплитуды, усилия и времени пропускания ультразвука.

Технологические возможности. Номенклатура материалов, которые могут свариваться УЗС, достаточно обширна. Наиболее хорошо соединяются пластические металлы (серебро, медь, алюминий, никель, золото) как между собой, так и в сочетании с твёрдыми металлами. С увеличением твёрдости, свариваемость этим методом ухудшается. Металлические заготовки могут привариваться к стеклу, перемешиваться, образуя новый материал (кремний, германий).

УЗС могут свариваться тугоплавкие металлы: вольфрам, ниобий, тантал, цирконий, молибден, а также сталь со сталью через прослойку из алюминия.

Хорошо свариваются металлы, покрытые споем искусственного оксида, естественных окислов, лаковыми и полимерными покрытиями.

Основным видом соединения является нахлёсточное, с различным конструированием оформления его элементов. Сварку ведут одной или несколькими точками, непрерывным швом, по замкнутому контуру.

Диапазон свариваемых толщин ограничен толщиной верхней детали.
С повышением толщины металла необходимы УЗК большой амплитуды, что допустимо до необходимого предела, связанного с появлением усталостных трещин и образованием вмятин. Практически осуществляется сварка плоских элементов толщиной от 3–4 мкм до 0,5–1 мм. Толщина второй детали практически не ограничена.

Технология при ультразвуковой сварке не требует предварительной подготовки свариваемых поверхностей. Для повышения стабильности качества поверхности необходимо лишь обезжиривание растворителем. Определение оптимального соотношения параметров режима сварки на основе теоретических расчётов представляет собой очень трудную многофакторную задачу, поскольку процессы передачи энергии в сварочную зону, определяющие кинетику сварки, протекают в непрерывно меняющихся условиях пластического деформирования, трения соединяемых деталей между собой и инструментом.

Поэтому выбор значений параметров режима осуществляется экспериментально, на основании обработки результатов механических испытаний. Выполняется обычная последовательность подбора Р???А.

Значение параметров УЗС лежит в пределах Р = 0,03–200 кгс, А = 14–25 мм, f = 16–22 кГц, ? = 0,1–4 с.

При выборе этих значений для конкретного случая следует принимать во внимание следующее.

При малых значениях Р инструмент проскальзывает по детали – сварка невозможна, предельное увеличение Р приводит к значительной пластической деформации заготовок и делает невозможным соединение в плоскости
«деталь + деталь». С увеличением толщины верхней детали Р должно возрастать. Пропорционально ей необходимо увеличивать А.

При сварке хрупких металлов необходимо производить сварку на пониженной амплитуде, чтобы предотвратить появление усталостных трещин.

Длительность ультразвукового импульса ? выбирается пропорционально толщине металла, его твердости, а также мощности, подводимой к инструменту.

Оборудование для УЗС металлов. В настоящее время имеется весьма большой диапазон универсальных машин. Разработано много машин специального назначения на базе типовых, унифицированных узлов, колебательных систем, приводов давления систем управления, источников питания.

Наибольшее применение УЗС металлов нашла при сборке полупроводниковых металлов, интегральных схем и т. д.

Так, например, машина УЗС А-2 предназначена для сварки выводов проволоки 0,027–0,050 мм.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


1.7. Сварка прокаткой
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации