Зварювання лазером.

За концентрацією нагріву металу перевершує усі відомі способи. Метод характеризують: простота фокусування променя, можливість зварювання на повітря, в захисній атмосфері і в вакуумі без якихось якісних змін зварюваного металу. Можливість точного дозування енергії дозволяє зварювати мікро з'єднання.

Промінь лазеру є невидимим, це може бути небезпечним, тому до нього додається промінь видимого спектру.

Промінь лазера може виконувати зварку деталей, що розташовані за скляною перегородкою.

Більшість зварюваних металів відбивають промінь лазеру, що є небезпечним і також зменшує кількість потрапляючого на метал тепла. Але цієї проблеми можна уникнути, використовуючи достатньо потужний промінь для випарювання поверхні металу, що набагато знижує його відбиваючу властивість.

Способи зварювання тиском.

Контактне зварювання (мал. 29.1).

Найрозпоширеніший спосіб зварювання тиском. Виникнення з'єднання деталей досягається завдяки нагріву їх струмом і пластичному деформуванню металу в місті контакту. Опір зварювального ланцюга R складається з опору нагріваємих участків деталі R_д, контактного опору з'єднуваних деталей R_к і контактного опору між електродами і деталями R_ел.

Оскільки опори різних ланок зварювального ланцюга неоднакові, то і виділяєма ними теплота різна. Максимальний опір має місце контакту зварювальних деталей і тут виділяється максимальна кількість теплоти, тому метал в цьому місті швидше нагрівається до необхідної температури.

В практиці зварювального виробництва використовують наступні види контактного зварювання:

• с

  

  тикове зварювання. З'єднання відбувається по всій поверхні контакту зварюваних елементів виробу. Стикове зварювання з розігрівом кромок деталей до пластичного стану називають зварюванням опором, а при розігріві кромок деталей до оплавлення – зварюванням оплавленням.

При зварюванні опором (мал. 29.2) деталі, затиснуті в електродах машини, стискують невеликим зусиллям, що забезпечує утворення фізичного контакту зварюваних поверхонь. Потім вмикають струм, метал розігрівається до пластичного стану і виконується осадка, що супроводжується пластичною деформацією і утворенням активних центрів взаємодії. В результаті виникає з'єднання. Місце з'єднання після зварювання має потовщення, яке виникає в результаті пластичного деформування металу стику.

Зварювання опором використовують для деталей малого перетину (діаметром до 20 мм), тому що при зварюванні стрижнем більшого діаметру їх перетин нагрівається нерівномірно. При зварюванні опором потрібна ретельна підготовка зварюваних поверхонь (шліфування) для забезпечення найбільш щільного прилягання. Для підвищення якості зварювання стики поверхонь захищають (обдувають) аргоном, гелієм тощо або природним газом. Найкращі результати виникають при зварюванні в вакуумі.

Зварювання оплавленням використовують для елементів з малим периметром (коло, квадрат) і великим периметром (тонкостінні труби, листи тощо).

В процесі оплавлення деталі зближуються з постійною або змінною швидкістю при ввімкнутому зварювальному струмі. В момент зближення торців деталей (а). що стискуються невеликим зусиллям, процес починаються з розплавлення одиничних мікро- і макровиступів (б). По мірі того, як деталі продовжують зближення, число таких контактів зростає (в) і закінчується, коли обидві торцеві поверхні будуть покриті тонким і рівномірним шаром рідкого металу. Розплавлений метал разом з окислами і іншими забрудненнями витискається зі стику, утворюючи грат (д). В результаті пластичного деформування металу стику утворюється зварне з'єднання. Оплавлення – швидкоплинний процес, який триває, в залежності від площі перетину деталі, 0,5 – 3 с.

Переваги порівняно зі зварюванням опором: більш висока якість з'єднання; поверхні деталей не шліфуються; зварюються деталі з перетином складної форми, а також деталі з різними перетинами; легко зварюються різнорідні метали.

• 

  точкове зварювання. Деталі розміщують між електродами внапусток і стискують з зусиллям Р між двома мідними електродами (мал. 29.6). При протіканні струму крізь мідні електроди і зварюванні деталі відбувається дуже швидкий нагрів металу деталей. При цьому внутрішні шари деталей нагріваються швидше зовнішніх. Це відбувається тому, що контактний опір між електродом і деталлю менший за контактний опір між деталями. Крім того, електроди мають водяне охолодження. Нагрів металу закінчується утворенням ядра, метал якого знаходиться у рідко пластичному стані. Після цього струм вимикають і тиск знімають. За час паузи між виключенням струму і зняттям тиску метал встигає затвердіти.

Для отримання з'єднання високої якості необхідно, щоб перед зварюванням поверхні деталей були добре очищені і суворо дотримувались параметри технологічного режиму (тиск, величина і час протікання струму).

Точкове зварювання застосовують пари виготовленні виробів з низько вуглецевих, вуглецевих, низьколегованих конструкційних сталей, корозійностійких сталей, алюмінію, міді і їх сплавів. Товщина зварюваних металів у середньому становить 0,5 – 6 мм. Точкове зварювання широко застосовують для виготовлення штампозварних конструкцій (мал. 29.9).

• шовне зварювання. Процес відбувається аналогічно точковому зварюванню, але електроди являють собою ролики, що обертаються. При пропусканні струму утворюється суцільний герметичний шов.

Шовне зварювання використовують в масовому виробництві при виготовленні різноманітних сосудів. Товщина зварюваних листів в середньому може бути 0,3 – 3 мм. Типи зварних з'єднань, що виконані шовним зварюванням, подібні до точкових (мал.29.9).

• зварювання тертям (мал.19.18).

Різновид зварювання тиском. Використовується теплота, що виникає в результаті тертя між поверхнями деталей. Одночасно з нагріванням при терті виникає абразивний ефект, що сприяє взаємному очищенню і більш тісному їх зближенню. Після виключення механізму обертання відбувається пластична деформація металу стика з утворенням зварного з'єднання. Таке зварювання забезпечує високу якість зварного з'єднання, дозволяє зварювати різні метали і сплаві, має високу продуктивність, легко піддається автоматизації і потребує у 5 – 10 разів менше електроенергії порівняно з контактним зварюванням. Зварювання тертям використовують в інструментальному виробництві для виготовлення свердел, мітчиків, фрез і іншого інструменту. В цьому випадку ріжучі частини з сталі Р18, Р9, Р6М5 приварюють до хвостовика з більш дешевої сталі 45 або 40Х. В машинобудуванні цим способом зварюють ступінчасті вали, вісі, пуансони, штоки з поршнями, приварюють головки до подовжених болтів тощо.

• зварювання вибухом. З'єднання утворюється в результаті удару швидко рухающихся поверхонь. При ударі пластин між ними утворюється кумулятивна (направлена) струмина, дія якої виражається в тому, що вона руйнує на своєму шляху і виносить зі з'єднуваних поверхонь окисні плівки і інші поверхневі забруднення. При цьому відбувається взаємне переміщення поверхонь і утворюється зварне з'єднання. Цей спосіб зварювання можна використовувати при виготовленні заготовок для прокатки біметалів, плакірування поверхонь конструкційних сталей металами і сплавами з особливими хімічними і механічними властивостями.

Пайка.

Пайкою називають процес з'єднання металів і сплавів в твердому стані завдяки металічному зв'язку, що утворюється за допомогою припою, що має температуру плавлення нижче температури плавлення основного металу. Припій має властивість змочувати і розчиняти метал з'єднуваних деталей і утворювати з ним інтерметалічні (хімічні) з'єднання.

Порівняно зі зварюванням пайка має деякі переваги. Часто пайка більш економічна. Вона не викликає суттєвих змін хімічного складу і механічних якостей деталей. Остаточні деформації в паяних з'єднаннях менші, що суттєво впливає на точність. Пайкою з'єднують однорідні і різнорідні метали і сплави.

Зазвичай пайку виконують з використанням припоїв, але у випадках, коли метали з'єднуваних деталей утворюють легкоплавкі евтектики, немає необхідності використовувати припої.

Існуючі способи пайки розділяють на 5 груп: особливо легкоплавкі (до 145 ⁰С), легкоплавкі (145 – 450 ⁰С), середньо плавкі (450 – 1100 ⁰С), високо плавкі (1100 – 1850 ⁰С), тугоплавкі (біль за 1850 ⁰С). Вибір способу плавки залежить від того, яка міцність з'єднання повинна бути забезпечена.

Припої. Маркування. ПОС-61, ПОС-40, ПОС-18. П-припой, О-олово, С-свинець, цифра-максимальний вміст олова у %.

Флюси при паянні призначаються для розчинення і видалення окислів з поверхонь деталей, а також для поліпшення змочуванності і розтікання припою.

Способи нагрівання різноманітні: газовими пальниками, в печах, зануренням виробів у ванни з розплавленими солями або припоєм, електроконтактний, індукційний, кварцовими лампами тощо.

Паяні з'єднання успішно використовуються при виготовленні важливих виробів в авіаційній, радіотехнічній, автомобільній і інших галузях промисловості.