Автор работы: Пользователь скрыл имя, 13 Ноября 2013 в 10:37, реферат
Электронный луч представляет собой остросфокусированный поток электронов, эмитованных катодом и ускоренных в вакууме разницей потенциалов между катодом и анодом. При торможении ускоренных электронов возле поверхности анода (изделия) их кинетическая энергия преобразуется в тепловую. Высокая концентрация энергии в анодном пятне, диаметр которого равен 0,01... 1,0 мм, позволяет получить сварные швы с минимальной зоной термического влияния и отношением глубины к ширине от 20 и более. Толщина свариваемого материалу при ЭЛС достигает 100 мм и более за один проход.
Электроннолучевая сварка (ЭЛС) 3
Лазерная сварка 3
Диффузионная сварка 5
Сварка трением 8
Электрошлаковая сварка 10
Сварка взрывом 12
Ультразвуковая сварка 13
Термитная сварка 14
Плазменная сварка 16
Холодная сварка 19
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
Белорусский государственный аграрный
технический университет
Кафедра «Технология металлов»
Реферат на тему: «Специальные способы сварки»
МИНСК 2011
Оглавление
Электроннолучевая сварка (ЭЛС)Сущность способа Электронный луч представляет собой остросфокусированный поток электронов, эмитованных катодом и ускоренных в вакууме разницей потенциалов между катодом и анодом. При торможении ускоренных электронов возле поверхности анода (изделия) их кинетическая энергия преобразуется в тепловую. Высокая концентрация энергии в анодном пятне, диаметр которого равен 0,01... 1,0 мм, позволяет получить сварные швы с минимальной зоной термического влияния и отношением глубины к ширине от 20 и более. Толщина свариваемого материалу при ЭЛС достигает 100 мм и более за один проход. Преимущества ЭЛС: - низкая погонная энергия (15... 20% от характерной для сварки под флюсом), незначительные деформации свариваемых кромок; - возможность
отклонения пучка электронов
при сварке с помощью - низкое содержание
вредных включений в вакууме,
что обуславливает высокое - улучшение
условий дегазации расплаву Недостатки ЭЛС: - высокий вакуум; - камеры. Основные параметры процесса ЭЛС: - ускоряющее напряжение Unp, кВ; - ток пучка I, мА, ток магнитной линзы Iм, мА; - скорость сварки, м/ч; - вакуум, мм. рт. ст. (1-101... 1-105) Установки для ЭЛС состоят из двух основных комплексов - электромеханического и энергетического. Лазерная сваркаЛазерное излучение - это высококонцентрированный источник нагрева. Мощность лазера превосходит традиционные сварочные источники, включая электронный луч. Одним из важных
преимуществ лазерного Источником
лазерного излучения служат оптические
квантовые генераторы. Это излучение
возникло в результате генерации
квантов света атомами Кристалл рубина обрабатывают до формы цилиндра, размеры которого определяют мощность излучения. После тщательного полирования торцы цилиндра покрывают слоем серебра для придания свойств зеркала. Рубиновый стержень размещают возле импульсной лампы, в середине зеркального цилиндра. При освещении рубина импульсной лампой, большинство атомов хрома поглощают фотоны и переходят в возбужденное состояние. Возбужденное состояние может спонтанно вернуться к нормальному состоянию, излучивши при этом фотон света. Вдоль оси рубинового стержня такой процесс проходит лавиноподобно, вследствие много кратного отбивания от торцов кристалла. Если интенсивность импульсной лампы превысит некоторый критический уровень, может проявляться эффект квантового усиления. При этом с полупрозрачного торца рубина выбрасывается короткий по времени существования интенсивный пучок света. Пучок - монохроматичный, то есть он имеет конкретную частоту, когерентный (связан с возбуждением, синфазный) и узконаправленный. Преимущества процесса лазерной сварки наиболее ярко выражены в сравнении с дуговой сваркой неплавящимся электродом. 1. Высокая концентрация энергии дает возможность получать ширину сварных швов в 2...5 раза меньше, с большим на порядок соотношением глубины провара к ширине шва, что дает возможность уменьшить деформацию деталей до 10 раз. 2. Острая фокусировка луча и возможность передачи его на значительные расстояния дает возможность сваривать в тяжелодоступных местах. 3. Высокие скорости нагрева и охлаждения содействуют уменьшению зоны термического влияния и снизить неблагоприятные изменения структуры и свойств металла в ней. В сравнении
с электроннолучевой сваркой, лазерная сварка не требует использования
вакуумных камер, что значительно сокращает
время на выполнение работ и снимает ограничение
габаритов изделий. Диффузионная сваркаСущность процесса Диффузионная
сварка материалов в твердом состоянии -
это способ получения монолитного соединения,
что образуется вследствие возникновения
связей на атомарном уровне, которые появляются
в результате приближения контактных
поверхностей за счет локальной пластической
деформации при повышенной температуре,
что обеспечивает взаимную диффузию в
поверхностных слоях соединяемых материалов. - образование физического контакта, которое происходит в результате пластической деформации микронеровностей на поверхности деталей при их сближении до расстояния молекулярного взаимодействия (физическая адсорбция); - активизация соединяемых
поверхностей, которая приводит
к химическому (валентному) взаимодействию,
которую еще называют - объемное взаимодействие
соединяемых материалов, которое
приводит к соединению в В своем составе установка
для диффузионной сварки имеет вакуумную
камеру 1 (рис. 22), в которой размещают
свариваемые детали 2. Детали разогреваются
системой нагревания 3 с рабочим
элементом 4. Нагревание осуществляют
энергией высокочастотного поля, тлеющим
разрядом, или другим способом. В камере
создается разряжение с помощью вакуумной
системы 5. Необходимое давление в зоне
контакта деталей создается системой
сжатия 6, например гидравлической.
Качество сварного соединения при диффузионной сварке обеспечивает относительно большое количество параметров. Основные такие: - чистота соединяемых поверхностей деталей, которую обеспечивают механическим и химическим, или другими способами очистки; - жесткость поверхности,
которую определяют способы - состав газовой среды в камере для сварки (вакуум, аргон, гелий, азот, водород, углеводороды, углекислый газ); - термический цикл сварки, который определяет скорость нагревания и охлаждения, максимальные температуры и т.д.; - давление на поверхности контакта деталей; - время сварки, которое определяет в основном ступень диффузионного массообмена на поверхностях деталей. Особенности процесса диффузионной сварки и сферы его применения Диффузионной сваркой
соединяют различные материалы с поверхностями
различной формы, площадью до 1м2.
К наиболее распространенным типам сварных
соединений относят плоское, цилиндрическое,
коническое, сферическое и криволинейное. В сравнении с обычными способами сварки и пайки соединения, сделанные диффузионным способом, имеют такие преимущества: - высокое качество соединения и сохранение им свойств, характерных для исходных мате риалов деталей; - стабильность качества соединения, благодаря автоматизации процесса, и малой зависимости от внешних воздействий; - низкий энергорасход и экологическая чистота; - возможность
соединения деталей из Сварка трениемСущность процесса Сущность способа
сварки трением заключается в
том, что две детали располагаются
соосно в зажимах машины, одна из
них закрепляется неподвижно, а вторая приводится
во вращение вокруг их общей оси. На поверхности взаимного контакта деталей, прижатых осевым усилием Р, возникают силы трения. Работа по преодолению этих сил при относительном вращении деталей преобразуется в тепло, которое выделяется на поверхности трения и вызывает их нагревание. После достижения необхо димой температуры (1000...1300 °С при сварке сталей) относительное перемещение дета лей должно быть по возможности максимально быстро остановлено. Нагревание при этом тоже останавливается, а усилие сжатия еще некоторое время прикладывается. Изменение тепловыделения во времени Учитывая, что произведение момента сил М на скорость вращения n имеет размерность мощности (N = kMn), то при постоянной скорости вращения кривая момента M(t) может рассматриваться как изменение мощности N. Изменение тепловыделения
во времени, которое отвечает изменению
момента М - до вольно сложно (рис. 26).
Процесс сварки трением разделяют на шесть фаз (рис . 26). В первой фазе (t1) происходит притирание поверхностей стержня. С увеличением частоты вращения момент трения покоя Мо уменьшается, идет процесс граничного трения, разрушаются пленки, контактируют и реформируются отдельные микровыступы, появляются первые зоны схватывания, начинается сухое трение. Во второй фазе (t2) возрастание момента (и мощности) трения отвечает резкому возрастанию количества взаимодействующих микровыступов. При этом возрастает температура и, соответственно, уменьшается прочность металла и сопротивление мостиков до де формации. Произведение этих двух функций обусловливает наличие максимума. MMAXI-Трение распространяется на всю поверхность. В Начале третьей фазы (t3) имеет место интенсивное макродеформирование поверхностей с вытеснением металла в грат и перемещением деталей в осевом направлении (осадка нагрева). Момент М стабилизируется, а температура достигает максимального значения. Четвертая фаза (t4 - квазистационарный процесс, характеризуется стабилизацией большинства параметров, пленки оксидов и инородных включений удалении в грат). Пятая фаза (t5) торможение. С уменьшением частоты вращения быстро возрастает коэффициент и момент трения, увеличивается мощность тепловыделения. При приближении частоты вращения к нулю, мощность тепловыделения резко падает, наступает полная остановка с быстрым образованием металлических связей, характерных для неразъемного сварного соединения. Шестая фаза
(t6) - проковка. Соединение
деформируют осевым усилием, величина
которого может равняться, или быть большей
от того, какое было при нагреве. |
|
Возможность нетрадиционного использования энергии взрыва для соединения металлов в твердой фазе была открыта еще в начале 60 годов минувшего столетия практически одновременно в России и США. В Волгоградском техническом университете за сравнительно короткий срок была создана научная школа сварки взрывом. При этой технологии соединение происходит за счет совместной пластической деформации в результате соударения, вызванного взрывом быстродвижущихся соединяемых частей. При этом кинетическая энергия движущихся деталей выполняет работу по совместной пластической деформации контактирующих слоев. Принципиальная схема сварки взрывом представлена на рисунке. Соединяемые детали, одна из которых неподвижна, располагают на некотором расстоянии (или под определенным углом) друг от друга. На подвижную заготовку кладут взрывчатое вещество с детонатором. При срабатывании детонатора происходит процесс разложения взрывчатого вещества, создавая давление, распространяющееся позади фронта детонации.
Схема сварки взрывом: 1-детонатор; 2-взрывчатое вещество; 3-всрхняя свариваемая деталь; 4-нижняя свариваемая деталь
В результате этого подвижная заготовка получает ускоренной движение, направленное в сторону неподвижной заготовки. Соударяясь, заготовки получают взаимную пластическую деформацию, необходимую для прочного соединения.
Процесс формирования прочного соединения при сварке взрывом имеет две стадии: образования физического контакта, при котором происходит сближение атомов соединяемых материалов, и их слабое химическое взаимодействие; активация контактных поверхностей с образованием активных центров, в результате чего реализуется схватывание металлов. Решающую роль в формировании сварного соединения играет пластическая деформация металла в околошовной зоне, распределяющаяся экспоненциально по толщине свариваемых заготовок и достигающая вблизи линии соединения сотен процентов. Благодаря интенсивной пластической деформации приконтактных слоев металла линия соединения свариваемых заготовок имеет волнообразный профиль.
Благодаря малому времени образования сварного соединения, недостаточному для протекания активных диффузионных процессов на межслойных границах, способ сварки взрывом обладает уникальными возможностями соединения не свариваемых обычными методами сплавов и металлов: титан + сталь; алюминий + сталь; магний + алюминий; алюминий + титан; цирконий + сталь и многие другие. Эта особенность, а также возможность изготавливать как плоские, площадью от нескольких квадратных сантиметров до десятков квадратных метров, так и криволинейные двух- и многослойные заготовки с высокими прочностными свойствами, открывает широкие перспективы перед сваркой взрывом.
Ультразвуковая сварка - неразъемное соединение, полученное совместным воздействием на свариваемые детали механических колебаний высокой частоты и сдавливающих усилий. Магнитострикционный эффект передается через трансформатор упругих колебаний 1, наконечник 2, представляющих собой вместе с рабочим инструментом 3 преобразователь, в результате чего на свариваемые детали 4 действуют силы колебательного характера, амплитуда которых составляет 20 - 40 мкм. В результате этого между свариваемыми деталями возникают силы трения, вызванные возвратно-поступательными движениями.
Это приводит к разрушению поверхностных пленок в зоне контакта, размягчению поверхностного слоя нагревающегося металла и пластической деформации, возникающей под действием сжимающих сил. В результате этого свариваемые детали сближаются настолько, что между ними возникают силы межатомного взаимодействия, формирующие прочное неразъемное соединение.
Ультразвуковую сварку применяют в случаях, когда нужно избежать большого нагрева химически активные материалы.
Ультразвуковая сварка: 1 -трансформатор упругих колебаний; 2-наконечник; 3-рабочий инструмент; 4-свариваемые детали.
Термитная сварка применяется в местах, где нет возможности выполнить электросварочные работы. К таким работам относят сваривание рельс железнодорожных линий, проводов связи, электрические кабели и т.д. Для этого промышленность выпускает термитные патроны (карандаши) и спички к ним. Принцип действия термитной сварки основан на создании температуры плавления при сгорании термитного патрона. Конструкция термитного карандаша.
Термитный карандаш: 1 -проволока;2-термит;3-затравка
Карандаш представляет
собой отрезок сварочной
Внутренние стенки гофра смазывают разделительным составом, состоящим из керосина (65% по массе) и стеарина или парафина (35% по массе). После высыхания разделительного состава в отверстия стенок вставляют отрезки проволоки необходимого диаметра и секции заполняют термитом, замешанном на клею. Как только термитная масса высохнет, карандаши вынимают и наносят головки из затравки. Во время сварки термитный карандаш вставляют в держатель, представляющий собой не что иное, как электродержатель.
Для хранения и транспортировки термитные карандаши (патроны) заворачивают в один слой парафиновой бумаги и складывают в полиэтиленовый пакет с заваренными торцами. Следует учитывать, что термитные патроны очень чувствительны к механическим и тепловым воздействиям, поэтому их хранение и транспортировка должны выполняться со всеми мерами предосторожности. Ни в коем случае нельзя хранить и транспортировать термитные патроны в одной упаковке со спичками. Запрещается хранение термитных патронов в помещениях с повышенной пожарной опасностью. При их транспортировке в кузове автомобиля не должно быть горючих и смазочных материалов и других сгораемых веществ. При погрузочно-разгрузочных работах тару с термитными патронами нельзя подвергать толчкам или бросать ее.
При проведении сварочных работ следует придерживаться мер безопасности. До начала сварочных работ следует побеспокоиться о противопожарных мерах, убрав из зоны сварки все воспламеняющиеся предметы и материалы. Зажигать термитные спички и поджигать термитные карандаши или патроны необходимо в защитных очках со светофильтрами.
После охлаждения термитной шашки до темного цвета шлак следует сбивать в направлении, обратном от себя, на заранее подготовленное место. Сгоревшие термитные шашки укладывают в специальный металлический ящик, предварительно установленный в месте сварочных работ. В процессе сварки следует избегать попадания воды, чтобы избежать взрыва и ожогов. Нельзя дотрагиваться рукой до термитного патрона, который горит, или поправлять его рукой.
Сущность способа.
Плазма - ионизированный газ, содержащий электрически заряженные
частицы и способный проводить ток. Ионизация газа происходит при его нагреве.
Степень ионизации тем выше, чем выше температура газа.
В центральной части сварочной дуги газ
нагрет до температур 5000-30000° С, имеет высокую
электропроводность, ярко светится и представляет
собой типичную плазму. Плазменную струю,
используемую для сварки и резки, получают
в специальных плазматронах, в которых
нагревание газа и его ионизация осуществляются
дуговым разрядом в специальных камерах.
Вдуваемый в камеру газ, сжимая столб
дуги в канале сопла плазматрона и охлаждая
его поверхностные слои, повышает температуру
столба. В результате струя проходящего
газа, нагреваясь до высоких температур,
ионизируется и приобретает свойства
плазмы. Увеличение при нагреве объема
газа в 50-100 и более раз приводит к истечению
плазмы со сверхзвуковыми скоростями.
Плазменная струя легко расплавляет любой
металл.
Дуговую плазменную струю для сварки
и резки получают по двум основным схемам.
При плазменной струе прямого действия
изделие включено в сварочную цепь дуги,
активные пятна которой располагаются
на вольфрамовом электроде и изделии.
При плазменной струе косвенного действия
активные пятна дуги находятся на вольфрамовом
электроде и внутренней или боковой поверхности
сопла. Плазмообразующий газ может служить
также и защитой расплавленного металла
от воздуха. В некоторых случаях для защиты
расплавленного металла используют подачу
отдельной струи специального, более дешевого
защитного газа. Газ, перемещающийся вдоль
стенок сопла, менее ионизирован и имеет
пониженную температуру. Благодаря этому
предупреждается расплавление сопла.
Однако большинство плазменных горелок
имеет дополнительное водяное охлаждение.
Дуговая плазменная струя - интенсивный
источник теплоты с широким диапазоном
технологических свойств. Ее можно использовать
для нагрева, сварки или резки как электропроводных
металлов, так и неэлектропроводных материалов,
таких как стекло, керамика и др. (плазменная
струя косвенного действия). Тепловая
эффективность дуговой плазменной струи
зависит от величины сварочного тока и
напряжения, состава, расхода и скорости
истечения плазмообразующего газа, расстояния
от сопла до поверхности изделия, скорости
перемещения горелки (скорости сварки
или резки) и т. д. Геометрическая форма
струи может быть также различной (квадратной,
круглой и т. д.) и определяться формой
выходного отверстий сопла.
Отличительные особенности плазменной сварки по сравнению с аналогами газовой, электродуговой в среде защитного газа, электроннолучевой и лазерной сваркой, процесс плазменной сварки имеет преимущества:
- высокая стабильность и устойчивость сжатой дуги, в том числе на малых токах, при увеличенной длине дуги, на любой полярности тока;
- высокая универсальность выбора режима;
- высокая концентрация тепловвода уменьшает объем расплавляемого основного и присадочного металла, уменьшает в ряде случаев количество дефектов в шве, снижает сварочные деформации;
- импульсные режимы плазменной сварки уменьшают перегрев изделия, опасность прожогов и сварочные деформации, улучшают структуру шва;
- ведение процесса плазменной сварки на постоянном токе обратной полярности повышает качество и стабильность свойств сварного шва за счет эффекта катодной очистки, проявляющегося в удалении оксидных и адсорбированных пленок со свариваемых поверхностей;
- возможность полной механизации и автоматизации технологического процесса;