22.1 Сварка давлением

Сущность получения неразъемного сварного соединения двух металлических заготовок в твердом состоянии состоит в сближении идеально чистых соединяемых поверхностей на расстояния , при которых возникают межатомные силы притяжения.

При достижении таких рас­стояний возможен процесс образования металлических связей, т.е. появление кол­лективных электронов двух соединяемых поверхностей и их взаимодействие с по­ложительно заряженными ионами кри­сталлических решеток.

Строение и состояние реальной по­верхности соединяемых заготовок харак­теризуются наличием большого количест­ва дефектов, неровностей и загрязнений.

Поверхность любого, даже тщательно от­полированного твердого тела всегда вол­ниста, шероховата и имеет множество микроскопических выступов, высота каж­дого из которых, однако, на несколько порядков больше, чем расстояния, необ­ходимые для возникновения сил меж­атомного взаимодействия.

Кроме того, наружную поверхность ме­талла характеризуют наличие некомпен­сированных металлических связей и боль­шое количество дефектов кристаллическо­го строения, что способствует ее активному взаимодействию с внешней средой и при­водит к быстрому окислению и осаждению на поверхности жидкости и газов.

Практически после любой обработки поверхность мгновенно покрывается тон­кой пленкой оксидов, а также слоем ад­сорбированных молекул воды и жировых веществ. Толщина этого слоя составляет 100...200 молекул, и удалить его полно­стью не удается, так как этому препятст­вует возникшая между слоем и поверхно­стью электрическая связь. Следовательно, даже если создать идеально плоские со­единяемые поверхности, при их сближе­нии соединение не может возникнуть из-за слоя оксидов и масляных пленок, адсор­бированных примесей.

Получить прочное неразъемное соеди­нение двух поверхностей в твердом со­стоянии можно при условии удаления за­грязняющих пленок и осуществления за­тем плотного контакта по всей соединяе­мой плоскости. Практически при сварке в твердом состоянии этого достигают при приложении к свариваемым заготовкам давления, величина которого должна быть достаточной для смятия всех неровностей в соединяемом сечении.

В начальный момент сближения в точ­ках касания разрушается слой осажденных на поверхности примесей и появляются "островки" металлических соединений.

При возрастании давления площадь кон­тактирования поверхностей (сближения до расстояний начала действий межатомных сил притяжения) увеличивается. Вследст­вие большой плотности контакта соеди­няемые поверхности не сообщаются с ат­мосферой, поэтому новые оксидные и жи­ровые пленки не образуются, а имевшиеся до этого частично выдавливаются из зоны соединения наружу, частично диффунди­руют в глубь металла и не препятствуют образованию металлических связей.

Необходимым условием получения качествен­ного соединения в твердом состоянии яв­ляются хорошая очистка и подгонка по­верхностей и наличие сдвиговых пластич­ных деформаций в зоне соединения в мо­мент сварки.

22.2 Холодная сварка

Холодную сварку выполняют без на­грева при обычных и даже пониженных температурах.

Физическая сущность про­цесса заключается в сближении сваривае­мых поверхностей до образования метал­лических связей между ними. В результа­те сдавливания заготовок в месте соеди­нения происходит совместная пластиче­ская деформация, сопровождающаяся раз­рушением пленок оксидов, которые уда­ляются из зоны контакта при течении ме­талла. Образовавшиеся совершенно чис­тые поверхности обеспечивают прочное соединение.

Холодной сваркой выполняют точеч­ные, шовные и стыковые соединения. На рис. 22.1, а представлена схема точечной сварки.

Предварительно зачищенные и обезжиренные поверхности 2 свариваемых заготовок 1 сдавливают пуансонами 3, имеющими рабочие выступы 4, высота которых составляет 0,7...0,8 толщины свариваемого металла. Сила сжатия долж­на обеспечить полное проникание высту­пов в свариваемые заготовки. Контур сва­риваемых точек может быть различным и зависит от формы выступающей части пуансона (рис. 22.1, б).

Рис. 22.1 – Схема холодной точечной сварки и виды свариваемых точек: 1 – свариваемая заготовка; 2 – поверхность заготовки; 3, 5 – пуансоны; 6 – корпус

Для холодной шовной сварки приме­няют специальные ролики. Непрерывное соединение может быть также получено путем сдавливания одновременно по всей длине соединения или путем прокатыва­ния ролика. Швы, образующие замкнутый контур небольшой длины в виде кольца, прямоугольника и т.п., получают контур­ной сваркой. На рис. 22.1, в приведена схема сварки полых деталей по контуру.

Пуан­соны 5 строго центрируются с помощью корпуса 6.

Холодной сваркой соединяют металлы и сплавы толщиной 0,2...15 мм.

Необхо­димое давление на металл зависит от со­става и толщины свариваемого материала и в среднем составляет 150...1000 МПа.

Холодной сваркой сваривают однородные или неоднородные металлы и сплавы, об­ладающие высокой пластичностью при нормальной температуре.

В недостаточно пластичных металлах при больших де­формациях при сварке могут образовы­ваться трещины.

Высокопрочные металлы и сплавы холодной сваркой не сваривают, так как для этого требуются очень боль­шие давления, которые практически труд­но осуществить.

Хорошо свариваются сплавы алюминия, кадмия, свинца, меди, никеля, золота, серебра, цинка.

К преимуществам этого способа отно­сятся малый расход энергии, незначитель­ное изменение свойств металла в зоне сварного соединения, высокая производи­тельность, возможность автоматизации.

К недостаткам способа следует отнести относительно ограниченное количество сплавов, обладающих необходимой пла­стичностью ( ), а также снижение несущей способности сварных соединений из-за глубоких вмятин на поверхности, оставляемых пуансонами.

Для соединения холодной точечной сваркой могут быть использованы любые прессы (винтовые, гидравлические, ры­чажные, эксцентриковые), кроме того, применяются специализированные уста­новки для стыковой холодной сварки.