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

1.9. Магнитно-импульсная сварка


Магнитно-импульсная сварка основана на использовании сил электромеханического взаимодействия между вихревыми токами, наведенными в стенках обрабатываемой детали при пересечении их силовыми магнитными линиями импульсного магнитного поля, и самим магнитным потоком. При этом электрическая энергия непосредственно преобразуется в механическую, и импульс давления магнитного поля действует на заготовку без участия какой-либо передающей среды. Принципиальная схема представлена на рис. 1.15.

Коммутирующее устройство 2 выключается при подаче поджигающего импульса на вспомогательный электрод и вызывает разряд батареи высоковольтных конденсаторов 3 на индуктор 4.

При разрядке батареи конденсаторов в зазоре между индуктором и заготовкой возникает сильное магнитное поле, индуктирующее в этой заготовке ток. Взаимодействие тока индуктора с индуктированным током в заготовке приводит к возникновению сил отталкивания между индуктором и деталью, вследствие чего деталь 5 с большой скоростью перемещается от индуктора в направлении неподвижной детали 6. При соударении в зоне контакта развиваются высокие давления, и образуется сварное соединение.

Рис. 1.15. Принципиальная схема магнитно-импульсной сварки:
1 – зарядное устройство (высоковольтный трансформатор и выпрямитель);
2 – коммутирующее устройство; 3 – батарея высоковольтных конденсаторов;
4 – индуктор; 5, 6 – свариваемые детали; 7 – основание-опора
При магнитно-импульсной сварке давление на метаемый элемент передается мгновенно – со скоростью распространения магнитного поля, и движение сообщается не отдельным участком как при сварке взрывом, а всей метаемой детали. Для обеспечения последовательного перемещения зоны контакта при сварке детали устанавливают под углом друг к другу. Соединение, как и при сварке взрывом, образуется в результате косого соударения свариваемых поверхностей. При этом создаются условия для очистки свариваемых поверхностей от оксидов, загрязнений кумулятивной средой и для интенсивной пластической деформации поверхностей металла с образованием металлических
связей.

Образование сварного соединения возможно и между параллельно расположенными поверхностями. При этом, вследствие рассеяния магнитного поля, на концах индуктора распределение давления вдоль образующей метаемого элемента неравномерное – меньше к краям и больше в средней части (рис. 1.16).


Рис. 1.16. Действующие силы в процессе магнитно-импульсной сварки
В результате плоское соударение переходит в косое, распространяющееся, в общем случае, в двух противоположных направлениях от зоны начального контакта.

Существуют три основные схемы магнитно-импульсной сварки:

1. Обжатие трубчатых заготовок с использованием индуктора, охватывающего заготовку.



2. Раздача трубчатых заготовок с использованием индуктора, помещенного внутрь заготовки.



3. По схеме рис. 1.15.

Для предотвращения деформации тонкостенных элементов в процессе сварки внутрь трубы вставляют металлическую оправку, удаляемую после сварки.

Процесс сварки можно регулировать изменением скорости соударения V, скорости движения фронта контакта V? и угла соударения поверхностей ?.

2. ГРУППА СПЕЦИАЛЬНЫХ МЕТОДОВ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

2.1. Электронно-лучевая сварка


Сущность способа заключается в использовании энергии электронов, движущихся с высокими скоростями в вакууме, для нагрева и расплавления кромок заготовок, подлежащих сварке, так как при бомбардировке электронами поверхности металла подавляющая часть кинетической энергии электронов превращается в теплоту, которая и используется для расплавления металла.
При этом температура достигает 5000–6000 єС.

Металл заготовок в месте фокусировки луча расплавляется, образуется сварочная ванна, а после ее кристаллизации формируется сварной шов.
Электронный луч создается в специальном устройстве, так называемой электронной пушке (рис. 2.1), при этом диаметр пятна электронного луча составляет 0,01–1,2 мм.

1

2


3


4


5


Рис. 2.1. Схема электронно-лучевой пушки:

1 – катод с прикатодным электродом; 2 – ускоряющийся электрод (анод);

3 – фокусирующая магнитная линза; 4 – отклоняющая система; 5 – изделие
К полюсам сварочной установки (аноду и катоду) подводится высокое напряжение (25–120 кВ) постоянного тока силой 35–1000 мА.

Сварка электронным лучем возможна только в случае, если в сварочной камере имеется вакуум 10–4 мм рт. ст. (133·10–4 Н/м2).

При падении вакуума ниже указанного значения могут возникнуть дуговые разряды с корпусом пушки, электронный луч расфокусируется, что исключает возможность сварки.

Скорость сварки определяется скоростью перемещения заготовки в камере под неподвижным пятном луча или отклонением луча с помощью отклоняющих систем. Наблюдение за процессом сварки осуществляется через иллюминаторы или с помощью телевизионных систем.

Все процессы сварки, включая загрузку и выгрузку, особенно крупногабаритных деталей – механизированы и автоматизированы. Основным элементом сварочных установок является пушка (рис. 2.1), служащая для генерации свободных электронов, формирования их в пучок и значительного ускорения.

Пушки бывают длиннофокусные, в которых электроны разгоняются на участке между катодом и анодом с фокусным расстоянием 300–500 мм. В этом случае изделие не является элементом электрической цепи, т. е. возможна обработка неэлектропроводных материалов.

В короткофокусных (с расстоянием 30–40 мм) пушках анодом является само изделие. Эти пушки имеют меньшие размеры, помещаются внутри камеры (вакуумной). В них свариваются электропроводные материалы.

Отечественная промышленность выпускает ЭЛУ средней мощности типа А 306-05 с ускоряющим напряжением до 25 кВ и силой тока луча до 120 мА.

Области применения. Способ можно применять для сварки практически всех материалов, в том числе и разнородных (например, Ме с керамикой).

Использование высококонцентрированного источника энергии для сварки позволяет достигать малую зону термического влияния, что значительно уменьшает возможность деформации сварных конструкций, особенно крупногабаритных. Высокая концентрация тепловой энергии позволяет сваривать заготовки толщиной до 200 мм за один проход, при этом обеспечивается достаточно высокая производительность (до 100 м/ч) и малая ширина шва от 1 до 5 мм и, соответственно, малая зона термического влияния.

С помощью электронного луча можно прошивать отверстия малого диаметра (диаметром, меньше человеческого волоса), прорезать узкие пазы, разрезать на части заготовки, особенно из драгоценных металлов, а также неметаллов. Края реза получаются ровные и чистые, а структура смежных слоев остается неизменной.

2.2. Сварка лазерным лучом


Сущность процесса заключается в том, что для сварки и других видов
обработки применяют световые лучи с высокой плотностью энергии
пятна = 0,25–0,05 мм), которые излучаются с помощью оптических квантовых генераторов (рис. 2.2). В основу принципа работы оптического квантового генератора и усилителя положено индуцированное излучение, которое связано с поглощением электромагнитных волн или фотонов атомными системами.
При поглощении фотона его энергия передается атому, который переходит в возбужденное квантовое состояние. Через некоторый промежуток времени атом может спонтанно излучать эту энергию в виде фотона и возвращаться в исходное состояние. Пока атом находится в возбужденном состоянии, его можно побудить испустить фотон под воздействием внешнего фотона – падающей волны, энергия которого в точности равна энергии фотона, испускаемого при спонтанном излучении. Такое излучение называется индуцированным. В результате падающая волна усиливается волной, излучаемой возбужденным атомом. Важным в этом процессе является то, что испускаемая волна в точности совпадает по фазе с той, под действием которой она возникла. Это явление используется в квантовых генераторах. Они преобразуют электрическую, световую, тепловую, химическую энергию в монохроматическое когерентное излучение электромагнитных волн ультрафиолетового видимого и инфракрасного диапазона.

Рис. 2.2. Оптический квантовый генератор
Плотность энергии в фокусе может достигать 5·103кг/мм2 при диаметре пятна 0,01–0,05 мм.

Рубин – искусственный минерал – окись Al, в котором небольшое число атомов Al замещено атомами хрома. В бледно-розовом рубине 0,05%Cr.

Рубиновый стерженек помещают вблизи электронной лампы-вспышки или специальной индукционной катушки, являющейся источником широкополосного света для оптической накачки.

Квантовые генераторы преобразуют электрическую, световую, тепловую или химическую энергию в монохроматическое, когерентное (согласованное во времени, т. е. между фазами имеется неизменное соотношение) излучение.

Излучателями могут быть твердые тела (рубин, гранат с эрбием), жидкости (например, раствор окиси ниодима), газы (водород, азот, углекислый газ).

Работает лазер в импульсном и непрерывном режимах.

Для осуществления сварки необходимо, чтобы импульсы имели максимальную длительность при минимальных интервалах. КПД лазера на бледно-розовом рубине составляет до 0,2 %.

Существующие сварочные лазеры позволяют получать частоту повторения импульсов от 1 до 100 в мин.

Сварка лазером выгодно отличается от ЭЛС, так как выполняется в любой среде и на открытом воздухе.

Область применения. Высокая плотность энергии лазерного луча позволяет нагревать практически все металлы до кипения.

На практике мощность импульсов при сварке нужно ограничивать, так как испарение металла шва из сварочной ванны может снизить качество сварного соединения. В настоящее время накоплен достаточный практический опыт по сварке тонколистовых материалов (см. табл. 2.1).

Таблица 2.1

Параметры режимов сварки стыковых соединений лазером на СО2

Металл

Толщина,

мм

Ширина шва,

мм

Скорость,

мм/с

Мощность,

Вт

Нерж. сталь

0,125

0,45

50

250

0,25

0,7

37

250

Никель

0,125

0,45

15

250

Титан

0,125

0,37

35

250

0,45



15

500


На мощных установках на СО2 можно сваривать стальные заготовки толщиной до 10–15 мм.

Однако лазером можно сваривать и очень тонкие элементы (спирали, полукольца, диаметром несколько десятков микрометра).

Широкое применение лазерная сварка находит в радиоэлектронике, например, при сварке контактов проводников на микроплатах.

Можно сваривать различные композиции металлов – золото + кремний, серебро + латунь, медь + алюминий и т. д.

Лазером можно производить резку, прошивку отверстий в любых материалах толщиной от 0,5 до 10 мм методом прямого испарения. Место реза высокого качества по чистоте и точности и может выполняться в любых пространственных положениях.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


1.9. Магнитно-импульсная сварка
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации