5.8. Ультразвуковая сварка
При ультразвуковой сварке используют ультразвуковые механические колебания и небольшие сжимающие усилия. Для получения колебаний используют магнитострикционный эффект, основанный на способности некоторых металлов и их сплавов преобразовывать электромагнитные колебания ультразвуковой частоты (15…100 кГц) в механические колебания той же частоты. Высокочастотные механические колебания и статические усилия сжатия способствуют разрушению оксидных пленок в месте контакта свариваемого изделия, а так же обеспечивают значительные пластические деформации. В результате получается прочное сварное соединение.
Рис. 7.21. Схема ультразвуковой сварки
Процесс заключается в том, что свариваемые изделия (5) размещают на опоре (6). Наконечник (4) рабочего инструмента (3) соединен с магнитострикционным преобразователем (1) через трансформатор (2) (рис. 7.21). Нормальная сжимающая сила Р создается моментом М в узле колебаний. Тонкие поверхностные слои металла нагреваются и под действием силы Р пластически деформируются.
В зависимости от того, какой металл сваривается и какой режим используется, температура нагрева находится в пределах 200…1200 °С.
Ультразвуковой сваркой можно получать точечные и шовные соединения из разных однородных и разнородных металлов и их сплавов толщиной 0,01…1 мм, а также сваривать разные неметаллические материалы (капрон, органическое стекло, хлорвинил и др.).
За счёт того, что ультразвук активно разрушает поверхностную пленку, можно получать качественные соединения окисленных поверхностей без их предварительной очистки.
Контрольные вопросы
Перечислите достоинства электронно-лучевой сварки.
Области применения электронно-лучевой сварки.
Область применения сварки взрывом.
Что является источником тепловой энергии при лазерной сварке?
Где используют сварку лазером?
Как проводится сварка сжатой дугой?
Основные способы сварки сжатой дугой.
Какие источники излучения применяют при сварке световым лучом?
В чем состоит сущность высокочастотной сварки?
Опишите технологию сварки труб с помощью индукционного нагрева.
За счёт чего получают неразъёмное соединение при ультразвуковой сварке?
Опишите технологический процесс ультразвуковой сварки.
Глава 6. Виды сварных соединений, разделка кромок
В зависимости от расположения в пространстве различают сварные соединения: нижние, вертикальные, горизонтальные, потолочные.
Рис. 7.22. Типы сварных соединений
Можно выделить такие типы сварных соединений согласно ГОСТ 5264-80: стыковые (рис. 7.22, а и б), нахлёсточные (в), угловые (г) и (д), тавровые (е). Соединения бывают односторонние и двусторонние, с отбортовкой кромок, со скосом кромок и без скоса. Например, на рисунке 7.22 изображены сварные соединения: стыковое двустороннее без скоса кромок (а), стыковое одностороннее со скосом кромок (б), нахлесточные двухстороннее без скоса кромок (в), угловое двухстороннее со скосом кромок (г), тавровое двухстороннее со скосом кромок (д).
При выборе типа сварного соединения руководствуются конструктивными соображениями, необходимостью обеспечить равномерность соединения с основным металлом, технологичностью. Чаще всего в сварных конструкциях встречаются стыковые соединения, которые обеспечивают высокую прочность при статических и динамических нагрузках. Их выполняют практически всеми видами сварки плавлением и давлением.
Рис. 7.23. Отбортовка кромок при толщине изделия 1,0…4,0 мм
В зависимости от толщины сварного соединения проводят соответствующую подготовку формы кромок:
- при толщине изделия до 3 мм зазор между свариваемыми изделиями должен быть в 2 раза больше толщины или для предотвращения прожога делают отбортовку кромок (рис. 7.23);
- при толщине изделия от 3 до 60 мм рекомендуется V- образный скос кромок (рис. 7.24);
Рис. 7.24. Разделка кромок при толщине изделия 3…60 мм
- при толщине изделия от 12 до 120 мм рекомендуется X - образный скос кромок (рис. 7.25).
Рис. 7.25. Скос кромок при толщине изделия 12…120 мм
Как видно, при определенных толщинах изделия можно подготовку кромок проводить по двум вариантам. При Х-образном скосе сваривают сначала с одной стороны, а затем переворачивают изделие и варят с другой стороны.
Такой способ сварки обеспечивает равномерный подогрев, который приводит к уменьшению коробления изделия.
Вариантом Х-образного соединения есть k-образное соединение, когда скос кромок проводят лишь с одной стороны (рис. 7.26).
Рис. 7.26. Скос при толщине изделия 12…120 мм
- при толщине изделия от 12 до 120 мм рекомендуется чашеобразный скос кромок для лучшего прогрева металла (рис. 7.27).
Рис. 7.27. Схема кромок при толщине изделия 12…120
Тавровые соединения широко применяют при изготовлении пространственных заготовок. Они выполняются всеми видами сварки плавлением. Сварку давлением для тавровых соединений применяют редко.
Нахлёсточные соединения применяют для сварки листовых заготовок. Эти соединения, выполненные сваркой плавлением, менее прочны по сравнению со стыковыми соединениями. Но они являются основным способом получения тонколистовых элементов при сварке давлением, контактной и шовной сварке.
Угловые соединения, как правило, выполняются в качестве связующих соединений. Они могут быть получены всеми видами сварки. Угловые соединения не предназначены для передачи рабочих усилий.
Контрольные вопросы
Как классифицируются сварные соединения по положению в пространстве?
Какие существуют типы сварных соединений?
Какие существуют способы подготовки кромок свариваемых изделий?