5.2. Сварка взрывом
Сварка взрывом основана использовании сил направленного взрыва. Схема сварки взрывом представлена на рисунке 7.16.
Рис. 7.16. Схема сварки взрывом
Свариваемые поверхности двух заготовок 3 и 4 (пластина), одна из которых неподвижная и служит основанием, размещают под углом α на расстоянии h0 = 2…3 мм. На заготовку (3) укладывают взрывчатое вещество (2) толщиной Н, а сбоку устанавливают детонатор (1). Давление, которое имеет место во время взрыва, дает импульс расположенной под зарядом пластине. Детонация взрывчатого вещества происходит с большой скоростью.
Поверхности пластин сближаются на расстояние межатомных сил взаимодействия, и происходит сварка. При таком способе сварки прочность сварных соединений выше прочности материалов, которые свариваются.
Этот вид сварки применяется для соединения практически любых разнородных металлов и сплавов, для получения биметаллов.
5.3. Лазерная сварка
При лазерной сварке источником тепловой энергии служит мощный световой луч, генерируемый лазером. Лазерный луч, благодаря возможности его фокусировки в точку диаметром в несколько микрометров, обеспечивает высокую концентрацию энергии, сравнимую только с электронным лучом. Лазерная сварка осуществляется либо на воздухе, либо в среде защитных газов: Ar, Не, СO2 и др. Лазерный луч, так же как и электронный, легко отклоняется, транспортируется с помощью оптической системы.
Благодаря высокой концентрации энергии лазерного излучения в процессе сварки обеспечивается малый объем расплавленного металла, незначительные размеры пятна нагрева, высокие скорости нагрева и охлаждения металла шва и околошовной зоны. Эти особенности теплового воздействия предопределяют минимальные деформации сварных конструкций. Лазерная сварка осуществляется в широком диапазоне режимов, обеспечивающих высокопроизводительный процесс соединения различных материалов толщиной от нескольких микрометров до десятков миллиметров.
Качество металла сварных соединений, выполненных непрерывным лазерным излучением, по сравнению с традиционными видами сварки очень высокое. Как правило, в этом случае механические свойства металла шва превосходят свойства основного металла в исходном состоянии. Повышение механических характеристик сварных изделий связано с получением мелкозернистой структуры переплавленного металла и металлургической очисткой и дегазацией.
Применяется для сварки сталей, латуни, титана, золота, серебра, алюминиевых сплавов и т.д. При изготовлении крупногабаритных конструкций малой жесткости или с труднодоступными швами, а также при необходимости соединения трудно свариваемых, в том числе разнородных материалов, лазерная сварка может оказаться единственным процессом, обеспечивающим качественные сварные соединения.
5.4. Сварка сжатой дугой
При сварке сжатой дугой - плазменной сварке и резке - в качестве источника нагрева используется электрическая дуга, столб которой принудительно сжат потоком плазмообразующего газа в канале плазменной горелки для повышения концентрации его тепловой энергии на обрабатываемом изделии. При обычной дуговой сварке дуга горит свободно между электродом и изделием. Однако если при помощи каких-либо приемов не дать возможность дуге занять ее естественный объем, а сжать ее, то температура дуги значительно повышается.
Рис. 7.17. Сварка сжатой дугой
Основным инструментом при плазменной сварке и резке является плазмотрон (рис. 7.17). В устройствах такого типа рабочий газ (аргон, гелий, водород) подается в разрядную камеру с корпусом (1), внутри которой горит мощная дуга между вольфрамовым (гафниевым, циркониевым) электродом (2) (катодом) и изделием (4) (анодом). За счет теплообмена с дугой газ нагревается, ионизируется и истекает через выходное отверстие камеры (сопло) в виде плазменной струи (3), используемой в качестве источника нагрева. Плазмой принято считать частично или полностью ионизированный газ. Плазма газового разряда в зависимости от состава среды характеризуется температурами более 2000 до 50000 °С.
По характеру возбуждения и горения дуги различают два основных способа сварки: дугой прямого действия и дугой косвенного действия. При сварке дугой прямого действия изделие включено в сварочную цепь дуги, активные пятна которой располагаются на неплавящемся электроде (2) и изделии (4) (рис. 7.17, а). При сварке сжатой дугой косвенного действия дуга возбуждается и горит между неплавящимся электродом (2) и металлическим корпусом (1) (рис. 7.17, б). Сварку можно выполнять на переменном или постоянном токе прямой полярности. На практике в основном сварку производят на постоянном токе прямой полярности дугой прямого действия. В зависимости от толщины свариваемого металла этот способ сварки подразделяется на три вида: микроплазменная сварка (металл толщиной 0,1 — 1 мм), плазменная сварка плавлением (металл толщиной 1—3 мм) и плазменная сварка со сквозным проплавлением (металл толщиной свыше 3 мм).
Плазменной дугой сваривают углеродистые и нержавеющие стали, тугоплавкие и цветные металлы, а также неметаллические материалы. Например, можно сваривать нержавеющие стали и алюминиевые сплавы толщиной 10 мм.
Особенно широкое применение находит микроплазменная сварка для соединения листов толщиной 0,025…0,8 мм из углеродистой и нержавеющей стали, меди, никелевых сплавов, титана, молибдена, тантала, вольфрама, золота в самолетостроении, атомной, газовой, электронной, медицинской и других отраслях промышленности при изготовлении сильфонов, миниатюрных трубопроводов, полупроводниковых приборов и многих других изделий.