что это такое, и какие ее виды существуют

Согласно ГОСТ 2601-84 под сваркой вообще понимается процесс образования контакта элементов на атомном уровне, образующегося при нагревании или пластической деформации отдельных частей свариваемых изделий.

Из этого определения следует, что понятие сварки может относиться не только к металлам, но и к пластмассам, стеклу и другим неметаллам, а также к их производным.

Для более доступного понимания, что такое сварка давлением необходимо введение такой важной физической величины, как энергия активации. Она ответственна за перераспределение межатомных связей и формирование их на новом уровне.

Принцип сваривания

В процессе сваривания заготовок энергия активации расходуется либо на нагрев, что проявляется в виде оплавления места контакта, либо на его пластическую деформацию.

Согласно определению, в зависимости от вида энергии, используемой для объединения изделий на межатомном уровне, следует различать сварку плавлением от той же процедуры, осуществляемой под деформационным воздействием. Последний принцип используется в частности, когда проводится сварка труб под давлением.

Известные виды сварочных операций в основном различаются характером физико-химических процессов, происходящих непосредственно в контактной зоне.

В основу сварки плавлением заложен принцип её нагрева до определённого состояния, при котором происходит перемешивание двух стыкующихся частей с образованием общей жидкой массы (сварочной ванны).

По завершении сварочных процедур и охлаждения ванны образуется соединительный шов, получаемый непосредственно из расплава и лишь частично – за счёт применения особых присадок.

Источником местного нагрева в условиях классической сварки плавлением могут служить:

• электрическая дуга;
• пламя газовой горелки;
• химическая реакция, сопровождающаяся выделением большого количества тепла;
• энергия электронного происхождения;
• плазма или лазерное излучение.

Достаточно узкая полоска материала, образующаяся вдоль границы свариваемых частей или заготовок, называется зоной сплавления. Несмотря на малые размеры этого образования (оно измеряется в микронах), его влияние на качество сварного соединения достаточно велико.

Специфические черты

Принцип сварки давлением заключается в пластической деформации материала металла вдоль стыков свариваемых частей (отдельных участков трубопроводов, например). Такое механическое воздействие достигается за счёт значительных по величине статических, а в отдельных случаях и ударных нагрузок.

Для ускорения этого процесса сварка сопровождается местным нагревом, что способствует образованию более прочных связей между вступающими в непосредственный контакт частицами. Полоса материала с происходящими в её границах физическими процессами, называется зоной объединения.

В качестве источника тепла при сварке давлением под нагревом могут использоваться как специальные термические печи и электрический или индукционный ток, так и особые химические реакции или переменная электрическая дуга.

Картина протекания сварочного процесса под давлением с нагреванием зоны контакта существенно отличается от случая сварки плавлением.

Так, при сварке стыков давлением с частичным нагревом, места соединения сначала слегка оплавляются и только после этого пластически деформируются. Одновременно с этим некоторая часть деформированного материала вместе со шлаком выдавливается за границы стыка, образуя так называемый «грат».

Разновидности сварки давлением

Известны следующие виды сварки давлением:

• холодная;
• с использованием эффекта трения;
• ультразвуковая и кузнечная.

Контактную сварку (когда деталь разогревается электрическим током) также можно причислить к виду под давлением. Ее результат зависит во многом от усилия сжатия.

Она получила наибольшее распространение при соединении труб и деталей конструкций в машиностроении. Активно развиваются такие виды сварки под давлением, как диффузионная и соединение взрывом.

Холодная

Под «холодной» сваркой давлением понимается техника соединения частей и заготовок без расплава торцов (только за счёт их механического сжатия со значительным усилием).

При давлениях, значительно превышающих предельные значения для структуры любого металла, на его стыках начинает проявляться эффект текучести. Особо легко достигается он при условии, когда при нормальной температуре материал сам по себе достаточно пластичен.

Под воздействием давления сжатия в месте соединения осуществляется диффузия одного материала в другой с одновременным выделением определённого количества тепла. По завершении сварочного процесса соединённые таким образом детали постепенно охлаждаются.

В итоге образуются натуральные швы достаточно высокого качества, свободные от каких-либо нежелательных внутренних напряжений и остаточных явлений, наблюдаемых из-за перегрева металла. Указанный вид сварки применяется при необходимости соединения деталей из трудно сплавляемых материалов, содержащих титан, никель, медь и их сплавы.

Область возможного применения этой методики ограничена необходимостью привлечения к процессу сваривания довольно дорогого и сложного специального оборудования. Ещё одним недостатком метода холодной сварки давлением является его сравнительно низкая производительная эффективность.

С применением эффекта трения

Этот вид соединения частей материала реализуется за счёт использования теплоты, выделяющейся при динамическом (трущемся) соприкосновении свариваемых поверхностей.

Для достижения результата обрабатываемые заготовки фиксируются в зажимах специального механизма, один из которых во время операции остаётся неподвижен. Второй зажим в это время совершает контролируемые оператором вращательные и поступательные колебания.

В процессе сварки обрабатываемые заготовки сначала сжимаются за счёт осевого давления, после чего в работу включается специальный вращательный механизм. При достижении предельной температуры трения (порядка 980-1300 градусов) вращение заготовок останавливается, а их сжатие продолжается.

К преимуществам этой разновидности сварки давлением можно отнести простоту и надёжность, а также высокую производительность технологического процесса. Следует добавить невысокую энергоемкость и возможность соединения изделий из разнородных материалов.

Для реализации способа с эффектом трения промышленностью выпускаются специальные механизмы, способные сваривать и пластмассовые заготовки.

Метод широко применяется для соединения с трудом поддающихся сварке разнородных металлов. Примером могут служить варианты соединения давлением стали с алюминием или же аустенитных материалов с перлитными.

Ультразвуковая и кузнечная

Сварка с помощью ультразвука – ещё один способ сочленения давлением разнородных по составу материалов, находящихся в твёрдом состоянии. Наибольшей эффективностью отличается использование этого метода при сварке современных полимеров, изготавливаемых в виде листовых изделий.

С его помощью прекрасно соединяются практически все наименования самых распространённых полимерных материалов. С его помощью также могут осуществляться соединения изделий из искусственных кож, а также природных натуральных тканей, содержащих в своём составе синтетические волокна.

Особым спросом пользуется ультразвуковой способ сварки при необходимости соединения разнородных по структуре и термочувствительных материалов.

Кузнечная сварка давлением по своей сути не отличается от печного варианта и предполагает механическое ударное воздействие на материал предварительно разогретых до пластичного состояния заготовок.

Как сваривают сосуды

При изготовлении специальных сосудов и емкостей очень часто возникает необходимость в образовании не только прямолинейных, но и кольцевых или круговых стыковочных соединений.

Сварка сосудов организуется в связи с этим по особым методикам, учитывающим толщину стенок изделия и предусматривающим тщательное исполнение каждого рабочего шва.

Выполнить все условия, предъявляемые к соединению частей тонкостенных сосудов, удается лишь путём применения рассматриваемого метода, а именно – сварки под давлением. Для получения результата используются несложные приспособления и специальный инструмент, обеспечивающие равномерное прижатие кромок свариваемых тонкостенных изделий.

Сварочные операции под давлением обеспечивают достаточно эффективное неразъемное сочленение самых различных типов металлов (в том числе – и разнородных по своему составу). При этом качество получившегося сварного контакта, образуемого без применения классических сплавных технологий, во многом определяется тщательностью подготовки свариваемых плоскостей и поверхностей.

Помимо этого, оно в значительной мере зависит и от свойств используемых материалов, то есть от их способности подвергаться пластической деформации при воздействии предельных механических нагрузок.

Сварка давлением — виды и характеристика процесса

Сварка давлением основана на физических зависимостях интенсивности диффузионных процессов в металлах, которые происходят под силовыми воздействиями.

Высокая энергоемкость традиционных видов сварки металлов и сплавов вынуждает разрабатывать альтернативные способы неразъемного соединения деталей. К их числу относится сварка давлением. Она основана на известных физических зависимостях интенсивности диффузионных процессов в металлах, которые происходят под внешними силовыми воздействиями.

 Суть технологии пластической сварки

Суть диффузионных процессов изучается в материаловедении. Как известно, при длительном контакте двух физических тел, в приграничных зонах начинают происходить процессы взаимного внедрения атомов одного элемента в другой, одних материальных частиц — в смежные. При обычных условиях (комнатные температуры, отсутствие внешнего усилия) такие процессы происходят чрезвычайно медленно, и только в приконтактных слоях. Зато такие изменения — необратимы и характеризуются весьма высокой прочностью. Установлено, что при повышении температуры и, особенно, усилия соединения двух деталей, интенсивность взаимной диффузии резко возрастает. Главное же заключается в том, что в приграничной диффузионной зоне равномерность составляющих настолько велика, что физико-механические свойства металлов положительно выделяются своей равномерностью. Таким образом, привычного понятия «зона сварного шва» при такой диффузионной сварке практически не существует.

Сварка давлением основывается на положениях именно вышеуказанной теории диффузии. Схема процесса заключается в следующем. При обычной температуре (хотя имеются промышленные установки, которые функционируют и при отрицательных температурах, главное — чтобы при этом обеспечивалась необходимая подвижность атомов) производится направленное деформирование двух смежных поверхностей. При этом должно быть обеспечено как минимум плоское напряженно-деформированное состояние, при котором произойдет диффузионное внедрение части одного металла/сплава в другой.

Сварка давлением особо эффективна для деталей из алюминия, меди, свинца, а также нержавеющих сталей, которые содержат значительный процент легирующих элементов. В частности, при помощи сварки давлением алюминиевых сплавов можно значительно снизить трудоемкость получения соединения неразъемного соединения, поскольку обычная сварка алюминия возможна лишь под слоем флюса.

Обязательными условиями для качественной сварки металлов давлением являются:

1. Тщательная очистка места соединения от жировых и масляных пятен, окалины и прочих веществ со сложным химическим составом, которые не имеют ярко выраженной кристаллической структуры.
2. Постепенность нарастания усилия, вследствие чего вначале образуется деформация приконтактных слоев, а затем начинают происходить сами диффузионные процессы.
3. Равномерность внешних температурных условий, особенно для легкоплавких сплавов. При этом повышение внешней температуры не обязательно.
4. Склонность свариваемых таким образом металлов к образованию так называемых интерметаллидов — химических соединений одного металла с другим. Данное условие обеспечивается при наличии в составе стали хрома, кобальта, вольфрама и молибдена. Вместе с тем, никель интерметаллидов не образует, поэтому холодная пластическая сварка никеля с никелем малопрочна.

Таким образом, при наличии некоторых ограничений по химсоставу свариваемых деталей, сварка давлением отличается простотой технического решения и меньшими энергетическими затратами.

Последовательность образования соединения

По достижении определенного давления в приповерхностных слоях заготовок начинаются деформационные процессы. При этом изменяются (уменьшаются) размеры кристаллической решетки, а атомы переходят с одного энергетического уровня на другой, в результате чего их подвижность существенно возрастает. Образуются прочные химические связи. Чем больше в микроструктуре металла разнородных атомов, тем эти связи прочнее. Поэтому предел прочности соединенных таким образом деталей из нелегированной стали при тех же рабочих параметрах усилия и времени ниже, чем для легированных.

На качество сварки давлением влияют также:

1. Характер нарастания усилия: при вибрационной нагрузке прочность соединения возрастает, поскольку сообщаемая при этом атомам энергия заметно выше.
2. Степень деформации: для высокопластичных металлов и сплавов — алюминия, олова, свинца — производительность сварки увеличивается.
3. Температура: термомеханическая сварка давлением, основанная на одновременном воздействии давления и температуры, позволяет соединять таким образом даже высоколегированные стали, которые обычной сварке поддаются с трудом.

Вместе с тем на сварку давлением не влияют наличие металлических пленок, которые образуются, например, после поверхностного легирования деталей. Поэтому рассматриваемый процесс можно выполнять на завершающих операциях технологического процесса.

Сварочные процессы с применением давления выполняют по следующим схемам:

• Точечной, при которой силовой контакт соединяемых деталей выполняется не по всей поверхности их соприкосновения;
• Шовной, когда деформация происходит по всей линии контакта;
• Торцевой, когда деформирующее усилие прикладывается к стыку соединяемых изделий.

Последовательность всех вариантов выполнения примерно одинакова и состоит в следующем. Очищенные от загрязнений детали накладываются на рабочий стол встык или внахлестку между верхним (подвижным) и нижним (неподвижным) пуансонами оборудования. Иногда, с целью сохранения исходной геометрии стыка, на деталях выполняются технологические выступы, которые ликвидируются в процессе последующего деформирования пуансонами. Детали фиксируются при помощи механизма прижима. Устанавливается (в зависимости от прочностных параметров материала) требуемая глубина внедрения подвижного пуансона в металл. При включении привода перемещения пуансоны внедряются в металл с обеих сторон места соединения или стыка и выдерживаются некоторое время под давлением. С целью исключить коробление остальных частей соединения, его прижимают к опорной поверхности стола усилием, при котором создаются только упругие деформации.

Обязательным условием проведения качественной сварки давлением является наличие минимальных зазоров между пуансонами и направляющими их конструкциями, поскольку, в противном случае, металл может затекать в такие зазоры, снижая тем самым усилие деформирующего прижима. В результате кольцевая зона вокруг пуансонов может иметь пониженную прочность соединения.

Геометрия сварного стыка зависит только от формы пуансона. Таким образом можно получать различные фигурные соединения: звездочкой, крестом, ромбом и т.д.

Технология холодной пластической сварки проста, отличается высокой производительностью и многообразием конфигураций сварных стыков.

 Термокомпрессионная сварка

Распространенной разновидностью сварки давлением является термокомпрессионная сварка, при которой свариваемые изделия дополнительно еще и нагреваются. Нагрев сокращает стадию выдержки изделий под давлением, поскольку увеличивает подвижность атомов кристаллической решетки.

Термокомпрессия на практике реализуется так. Подлежащие соединению заготовки нагреваются в печи со сниженным процентным содержанием кислорода (еще более эффективен нагрев в среде инертных газов), после чего незамедлительно помещаются в рабочую зону сварочного приспособления. Дальнейшие переходы происходят так же, как и в вышеописанных случаях.

Термокомпрессионная сварка особенно эффективна в следующих случаях:

1. На производстве отсутствует производственное оборудование, кинематика действия которого не предполагает фазу выстоя пуансонов в крайнем рабочем положении.
2. Одновременно со сваркой требуется увеличить прочность стыка за счет проведения термомеханического упрочнения.
3. Для сварки алюминия. В обычных условиях на поверхности алюминия и большинства его сплавов быстро формируется окисная пленка, свойства которой затрудняют формирование качественного соединения.

Термомеханические виды сварки более распространены для соединения массивных деталей, для чего требуется повышенная прочность мест стыка.

Для термокомпрессионной сварки в качестве основного производственного оборудования часто используют однопозиционные горячештамповочные автоматы. Эти машины имеют встроенный индукционный нагреватель, а потому потери температуры при переносе заготовок из печи к рабочей зоне отсутствуют.

В остальных случаях сварка давлением выполняется либо на кривошипно-коленных, либо на гидравлических прессах. Первые используются при соединении высокопластичных металлов, вторые — для более прочных. В качестве инструментальной оснастки используются модернизированные штампы, в которых отсутствует матрица, зато предусмотрен прижим вокруг всей зоны соединения.

Для рассмотренной технологии неразъемных соединений не требуется специализированного оборудования и инструмента, а процессы легко поддаются механизации.

Сварка под давлением: виды и сущность, особенности

В настоящее время существует много разных методов сваривания, которые используются в разных сферах производства. Каждый из них помогает получить качественное соединение разных конструкций, которые могут применять в производственных и бытовых условиях.

К новому методу относится сварка давлением. В основу данной технологии легли физические зависимости интенсивности диффузионных процессов в металлах, которые проявляются при оказании силовых влияний извне.

Особенности сваривания

Во время сваривания металлических изделий объем энергии активации может расходоваться на нагревание, а это проявляется в виде оплавления области контакта, или же на его пластическое деформирование.

При долгом контактировании двух физических тел, в приграничных областях начинается развитие взаимного внедрения атомов одного компонента в другой. При обычных условиях, к примеру, при комнатной температуре, при отсутствии внешних усилий, данные процессы осуществляются не так быстро. Данные изменения имеют необратимый характер, высокую прочность.

Обратите внимание! При повышении температурных показателей и усилия соединения двух заготовок, показатели интенсивности взаимной диффузии резко увеличивается. А в приграничной области наблюдается высокая равномерность составляющих, именно это вызывает выделение равномерности физико-химических свойств металлической основы.

Сущность сварки давлением основывается именно на теории диффузии. При обычных температурных показателях происходит направленная деформация в двух поверхностях, которые находятся в смежном отношении. Но во время этого процесса обязательно должно обеспечиваться плоское напряженно-деформированное состояние, во время которого будет производиться диффузионное введение одного металла или сплава в другой.

Виды

Выделяют следующие основные виды сварки давлением:

1. Холодная. Во время этого метода используется техника сваривания частей и заготовок без расплавления торцевых зон.
2. С использованием эффекта трения. Сварка под давлением при помощи этого способа осуществляется с применением теплоты, которая выделяется во время динамического соприкосновения свариваемых поверхностей.
3. Ультразвуковая и кузнечная. Сварочный процесс под давлением с использованием ультразвука является эффективным методом сочленения давлением разнородных металлов, которые находятся в твердом состоянии. Кузнечная сварка практически ничем не отличается от печного метода, во время нее осуществляется механическое ударное воздействие на материал.

Важные условия

Чтобы сварка труб и других металлических изделий под давлением была качественной и правильной во время нее стоит соблюдать следующие важные условия:

• область будущего сваривания необходимо тщательно почистить от жировых и масляных пятен, оскалины, других элементов со сложным химическим составом;
• нарастание усилия должно быть постепенным, в результате которого сначала должна образоваться деформация прикатных слоев, а уже после этого начинаются диффузионные процессы;
• внешние условия должны обладать равномерным температурным режимом;
• для сваривания водопроводных труб из оцинкованной стали рекомендуется использовать самозащитную проволоку с диаметром от 0,8 до 1,2 мм;
• если применяется сварка полуавтоматом с флюсом, то дополнительно необходимо применять удлиненный мундштук и воронку.

Важно! Обязательно при проведении сварочного процесса нужно применять средства для индивидуальной защиты. Чтобы защитить глаза стоит использовать специальную сварочную маску.

Сварка с использованием давления является специальной технологией, которая основывается на теории диффузии. Она прекрасно подходит для сваривания разных металлических конструкций, разнородных металлов и сплавов. Она может производиться разными способами, каждый из которых может обладать отличительными особенностями, но все они производятся с применением давления.

Интересное видео

Виды сварки и их краткая характеристика: классификация и определение

В промышленности, строительстве и при ремонте используются различные способы стыковки деталей конструкций. Наибольшее распространение получили разнообразные виды сварки, которыми скрепляют не только однотипные и разнородные металлы, но также стекло, пластик, керамику. Популярность технологии объясняется высокой прочностью и надежностью соединений.

Определение процесса сварки

Независимо от вида, сваркой называют технологию создания неразъемных соединений путем нагрева, деформирования или комбинированием обоих методов. Сущность сварки заключается в том, что под действием внешнего источника энергии (тепла, давления) между соединяемыми материалами образуются прочные связи на межатомном уровне. После кристаллизации в процессе остывания на стыке образуется сварочный шов. В зависимости от вида материала и условий проведения работы, это локальный или общий нагрев и деформирование стыкуемых поверхностей.

Классификация видов сварки

В зависимости от критериев, классификацию способов сварки выполняют по виду защиты расплавленного металла от кислорода воздуха, способу управления процессом, материалу и т. д. Также учитываются технологические особенности проведения сварочных работ. По способу воздействия на детали выделены три основных вида сварки:

1. Механическую проводят внешним давлением, под действием которого поверхности деформируются, что приводит к плотному соединению.
2. Термическую выполняют с применением дополнительных материалов, которые расплавляются теплом от источника энергии. Жидкий металл заполняет промежуток между заготовками, после остывания образуется прочное соединение.
3. При термомеханических (комбинированных) видах сварки детали подвергаются совместному воздействию тепла и давления. Для повышения пластичности детали предварительно нагревают, затем сжимают.

Термический класс сварки

Эти способы сварки выполняются с образованием сварочной ванны из расплавленного металла деталей и электрода или присадочного материала.

Дуговая

Тепло для локального плавления металла заготовок выделяется при горении электрической дуги между электродом и заготовками. Для зажигания кратковременно касаются электродом поверхности, затем отводят на расстояние 2 — 5 мм. Чем короче дуга, тем выше ее температура.

Схема дуговой сварки

Для соединения деталей используют следующие методы сварки:

• ручную, когда все манипуляции с электродом выполняет сварщик;
• полуавтоматическую с подачей электродной проволоки механизмом, установленным в аппарате;
• автоматическую, когда процесс выполняется по заданному алгоритму без вмешательства человека.

Дуговой вид выполняется плавящимися и неплавящимися угольными или вольфрамовыми электродами с введением присадочной проволоки в рабочую зону. Для защиты расплавленного металла от соприкосновения с воздухом механизированные способы проводят под флюсом или в среде инертного газа.

Газовая

В отличие от дугового вида при газовой сварке нагрев и охлаждение материала происходит более медленно. Поэтому этим методом проще сваривать тонкостенную сталь, цветные металлы, проводить наплавку. Независимость от электроэнергии позволяет работать в полевых условиях.

Схема газовой сварки

Стык нагревается факелом горелки, который образуется при сгорании в чистом кислороде ацетилена, пропана, водорода, паров бензина или керосина. Шов формируется за счет плавления присадочного материала. Для сварочных работ чаще используют ацетилен, температура пламени которого доходит до 3100⁰C. Похожая по принципу работы плазменная сварка выполняется струей ионизированного газа с температурой больше 10000⁰C.

Лучевая

Технология основана на плавлении материала деталей световым лучом лазера или потоком электронов, создаваемого электронной пушкой. Оба метода применяются преимущественно в радиоэлектронной отрасли для соединения и крепления микроэлементов. Чтобы луч не рассеивался, электронно-лучевая сварка проводится в вакуумной камере.

Лазерная сварка позволяет накладывать швы с высокой точностью. При этом, практически не нагреваются прилегающие поверхности, что исключает деформирование даже очень тонкого материала. Для работы в труднодоступных местах изменяют направление луча призмами. Процесс рекомендуется проводить в среде инертного газа.

Термитная

Для сварки этого вида используют порошкообразную смесь (термит), состоящую из алюминия, магния, окислов железа. При сгорании образуется тепло, которое расплавляет кромки заготовок. Расплавленный термит смешивается с металлом деталей, после кристаллизации образуется соединение.

Принцип термитной сварки

Для запуска процесса термит дистанционно поджигают пиропатроном, электрическим разрядом, бикфордовым шнуром. Температура горения смеси достигает 2700⁰C, которой достаточно для сварки металлов распространенных видов. Термитным способом ремонтируют крупногабаритное оборудование, рельсы, сращивают провода на линиях электропередачи.

Электрошлаковая

Эта разновидность термической сварки применяется для соединения стали толщиной от 5 см до 3 м. Заготовки устанавливают вертикально, зазор между ними с обеих сторон закрывают подвижными ползунами из меди с водяным охлаждением. Снизу на поддон насыпают слой флюса, под которым зажигают дугу.

Электрошлаковая сварка

После расплавления флюса образовавшийся шлак становится электропроводным. Дуга гаснет, но проходящего через шлак тока хватает для плавления новых порций флюса, электрода и кромок. По мере остывания расплава в сварочной ванне ползуны постепенно передвигаются выше. Этим способом соединяют заготовки за один проход независимо от их толщины без образования трещин.

Термомеханический класс сварки

Комбинированными видами соединяют небольшие детали, если другими способами невозможно создать качественный шов. К термомеханическому классу относят следующие виды сварки:

• кузнечную;
• контактную;
• диффузионную.

Кузнечная

Этим способом соединяли железные заготовки задолго до изобретения современных классов сварки. Заготовки нагревают в горне, кладут одна на другую, скрепляют ударами молота. Механизированный подвид, когда заготовки сдавливаются прессом, называют прессовой сваркой.

Принцип кузнечной сварки

Качество соединения зависит от опытности мастера. Перечень металлов, которые можно сваривать этим методом, ограничен видами с хорошей пластичностью. Из-за малой производительности и низкой надежности соединения кузнечный вид сварки применяется редко.

Контактная

Металл нагревают током, проходящим через место соприкосновения заготовок, затем сжимают или осаживают. Этот вид легко автоматизируется, поэтому широко используется на предприятиях машиностроительной отрасли в составе роботизированных комплексов.

В зависимости от решаемых задач контактный вид сварки выполняют как:

1. Точечную, зажимая детали между электродами. После подачи тока в месте сдавливания образуется точечное соединение.
2. Стыковую с нагревом всей площади соприкосновения.
3. Рельефную с предварительным нанесением выступов (рельефов) на соединяемые плоскости. После подачи тока рельефы деформируются, поверхность выравнивается.
4. Шовную, когда детали соединяют внахлест роликовыми электродами.

Диффузионная

Технология основана на взаимном проникновении (диффузии) атомов материалов, если их плотно прижать один к другому. При нагреве скорость обмена частицами увеличивается. Сварку проводят в вакуумной камере или среде инертного газа. Детали сжимают с усилием не меньше 20 МПа, поверхностные слои нагревают электротоком до температуры близкой к точке плавления. Для надежного сцепления заготовки оставляют в этом положении на некоторое время, не отключая ток.

Механический класс сварки

Эти виды сварки выполняют за счет энергии трения, взрыва, давления, ультразвука. При их воздействии выделяется тепло, достаточное для плавления материала.

Трением

Технология входит в список перспективных разработок. Одну из соединяемых заготовок крепят неподвижно, другая, прижатая к ней, вращается. Подробная классификация сварки трением включает следующие подвиды:

1. С перемешиванием выполняется на оборудовании, оснащенном инструментом вращения с двумя элементами ― основанием (бурт) и наконечником (пин). Соединение создается методом выдавливания с последующим перемешиванием.
2. Радиальной стыкуют трубы, помещая вращающееся кольцо между торцами.
3. Штифтовой заделывают небольшие сквозные повреждения. На месте дырки просверливают круглое отверстие, в которое вставляют вращающийся штифт из такого же металла что и основной.
4. Линейная выполняется без вращения. Заготовки трут одна о другую пока не начнут плавиться стыкуемые поверхности, затем повышают усилие сдавливания.
5. При инерционном виде сварки заготовки двигают за счет энергии предварительно раскрученного маховика.

Метод сварки трением с перемешиванием

Холодная

В основу технологии заложен принцип сжатия деталей пуансонами с усилием 1 — 3 ГПа. Точечную сварку проводят стержнями, шовную роликами. Пуансон вдавливают в заготовку до образования пластической деформации, что способствует появлению межатомных связей и созданию соединения между деталями. Сварку выполняют простым сжатием или со сдвигом деталей после сдавливания. Прочность соединения зависит от качества подготовки места стыка, степени сжатия, характера воздействия (вибрационное либо статичное).

Разновидности холодной сварки металлов

При соединении встык величину деформации ограничивают размером выступающих из зажимов частей заготовок. Чтобы предотвратить коробление листов при соединении внахлест, их закрепляют прижимами. После пластической деформации металл становится тверже, поэтому прочность шва выше, чем у заготовок.

Холодный вид соединения применяют для работы с алюминием, медью, цинком, серебром и другими металлами с низкой температурой плавления.

Взрывом

Для сварки этим способом над стационарной заготовкой под углом 3 — 10⁰ или параллельно с зазором 2 — 10 мм устанавливают подвижную (метаемую) деталь. На верхнюю пластину помещают равномерный слой взрывчатки с детонатором. Чтобы предотвратить боковой разлет металла, площадь подвижной заготовки делают больше чем у нижней.

После подрыва подвижная деталь под действием ударной волны с большой скоростью ударяется о нижнюю пластину. В месте соприкосновения образуется давление, значительно превышающее прочность металлов, при котором материал начинает течь как жидкость. В результате поверхности одновременно деформируются, создавая соединение. Длительность процесса не превышает миллионных долей секунды, поэтому диффузия происходит только в поверхностных слоях.

Несмотря на то, что до сих пор не разработана детальная методика этого вида, сварка взрывом получила широкое применение в промышленности для стыковки разнородных материалов. Таким способом получают биметаллические соединения, детали и заготовки больших размеров, наносят плакирующие слои толщиной до 45 мм.

Ультразвуковая

Такой вид сварки проводится преобразователем ультразвуковых волн в механические колебания в сочетании с небольшим давлением. При воздействии на поверхность сначала за счет сухого трения разрушается оксидная пленка, затем плавится материал. Поэтому нет необходимости в тщательной подготовке стыка. Для повышения прочности шва детали предварительно подогревают.

Помимо металлов, в том числе тугоплавких, этим видом соединяют пластик, кожу, ткани. Также доступно сваривание стекла и керамики с металлом, фольги толщиной 0,001 мм. При необходимости детали можно сваривать с металлической или пластмассовой прослойкой между ними.

В сварочном деле постоянно что-то меняется, улучшается, дорабатывается. Поэтому для повышения мастерства полезно знакомиться с новинками и тестировать на практике. Какие-то из них пригодятся профессиональным сварщикам, другие для домашних работ.

Виды сварки давлением

Разновидности сварки давлением

Согласно ГОСТ 2601-84 под сваркой вообще понимается процесс образования контакта элементов на атомном уровне, образующегося при нагревании или пластической деформации отдельных частей свариваемых изделий. Из этого определения следует, что понятие сварки может относиться не только к металлам, но и к пластмассам, стеклу и другим неметаллам, а также к их производным. Для более доступного понимания, что такое сварка давлением необходимо введение такой важной физической величины, как энергия активации. Она ответственна за перераспределение межатомных связей и формирование их на новом уровне.

Принцип сваривания

В процессе сваривания заготовок энергия активации расходуется либо на нагрев, что проявляется в виде оплавления места контакта, либо на его пластическую деформацию. Согласно определению, в зависимости от вида энергии, используемой для объединения изделий на межатомном уровне, следует различать сварку плавлением от той же процедуры, осуществляемой под деформационным воздействием. Последний принцип используется в частности, когда проводится сварка труб под давлением.

Известные виды сварочных операций в основном различаются характером физико-химических процессов, происходящих непосредственно в контактной зоне. В основу сварки плавлением заложен принцип её нагрева до определённого состояния, при котором происходит перемешивание двух стыкующихся частей с образованием общей жидкой массы (сварочной ванны).

По завершении сварочных процедур и охлаждения ванны образуется соединительный шов, получаемый непосредственно из расплава и лишь частично – за счёт применения особых присадок.

Источником местного нагрева в условиях классической сварки плавлением могут служить:

• электрическая дуга;
• пламя газовой горелки;
• химическая реакция, сопровождающаяся выделением большого количества тепла;
• энергия электронного происхождения;
• плазма или лазерное излучение.

Достаточно узкая полоска материала, образующаяся вдоль границы свариваемых частей или заготовок, называется зоной сплавления. Несмотря на малые размеры этого образования (оно измеряется в микронах), его влияние на качество сварного соединения достаточно велико.

Специфические черты

Принцип сварки давлением заключается в пластической деформации материала металла вдоль стыков свариваемых частей (отдельных участков трубопроводов, например). Такое механическое воздействие достигается за счёт значительных по величине статических, а в отдельных случаях и ударных нагрузок.

Для ускорения этого процесса сварка сопровождается местным нагревом, что способствует образованию более прочных связей между вступающими в непосредственный контакт частицами. Полоса материала с происходящими в её границах физическими процессами, называется зоной объединения.

В качестве источника тепла при сварке давлением под нагревом могут использоваться как специальные термические печи и электрический или индукционный ток, так и особые химические реакции или переменная электрическая дуга.

Обратите внимание! Картина протекания сварочного процесса под давлением с нагреванием зоны контакта существенно отличается от случая сварки плавлением.

Так, при сварке стыков давлением с частичным нагревом, места соединения сначала слегка оплавляются и только после этого пластически деформируются. Одновременно с этим некоторая часть деформированного материала вместе со шлаком выдавливается за границы стыка, образуя так называемый «грат».

Известны следующие виды сварки давлением:

• холодная;
• с использованием эффекта трения;
• ультразвуковая и кузнечная.

Контактную сварку (когда деталь разогревается электрическим током) также можно причислить к виду под давлением. Ее результат зависит во многом от усилия сжатия. Она получила наибольшее распространение при соединении труб и деталей конструкций в машиностроении. Активно развиваются такие виды сварки под давлением, как диффузионная и соединение взрывом.

Холодная

Под «холодной» сваркой давлением понимается техника соединения частей и заготовок без расплава торцов (только за счёт их механического сжатия со значительным усилием). При давлениях, значительно превышающих предельные значения для структуры любого металла, на его стыках начинает проявляться эффект текучести. Особо легко достигается он при условии, когда при нормальной температуре материал сам по себе достаточно пластичен.

Под воздействием давления сжатия в месте соединения осуществляется диффузия одного материала в другой с одновременным выделением определённого количества тепла. По завершении сварочного процесса соединённые таким образом детали постепенно охлаждаются. В итоге образуются натуральные швы достаточно высокого качества, свободные от каких-либо нежелательных внутренних напряжений и остаточных явлений, наблюдаемых из-за перегрева металла. Указанный вид сварки применяется при необходимости соединения деталей из трудно сплавляемых материалов, содержащих титан, никель, медь и их сплавы.

Область возможного применения этой методики ограничена необходимостью привлечения к процессу сваривания довольно дорогого и сложного специального оборудования. Ещё одним недостатком метода холодной сварки давлением является его сравнительно низкая производительная эффективность.

С применением эффекта трения

Этот вид соединения частей материала реализуется за счёт использования теплоты, выделяющейся при динамическом (трущемся) соприкосновении свариваемых поверхностей. Для достижения результата обрабатываемые заготовки фиксируются в зажимах специального механизма, один из которых во время операции остаётся неподвижен. Второй зажим в это время совершает контролируемые оператором вращательные и поступательные колебания.

В процессе сварки обрабатываемые заготовки сначала сжимаются за счёт осевого давления, после чего в работу включается специальный вращательный механизм. При достижении предельной температуры трения (порядка 980-1300 градусов) вращение заготовок останавливается, а их сжатие продолжается.

К преимуществам этой разновидности сварки давлением можно отнести простоту и надёжность, а также высокую производительность технологического процесса. Следует добавить невысокую энергоемкость и возможность соединения изделий из разнородных материалов.

Для реализации способа с эффектом трения промышленностью выпускаются специальные механизмы, способные сваривать и пластмассовые заготовки.

Метод широко применяется для соединения с трудом поддающихся сварке разнородных металлов. Примером могут служить варианты соединения давлением стали с алюминием или же аустенитных материалов с перлитными.

Ультразвуковая и кузнечная

Сварка с помощью ультразвука – ещё один способ сочленения давлением разнородных по составу материалов, находящихся в твёрдом состоянии. Наибольшей эффективностью отличается использование этого метода при сварке современных полимеров, изготавливаемых в виде листовых изделий. С его помощью прекрасно соединяются практически все наименования самых распространённых полимерных материалов. С его помощью также могут осуществляться соединения изделий из искусственных кож, а также природных натуральных тканей, содержащих в своём составе синтетические волокна.

Важно! Особым спросом пользуется ультразвуковой способ сварки при необходимости соединения разнородных по структуре и термочувствительных материалов.

Кузнечная сварка давлением по своей сути не отличается от печного варианта и предполагает механическое ударное воздействие на материал предварительно разогретых до пластичного состояния заготовок.

Как сваривают сосуды

При изготовлении специальных сосудов и емкостей очень часто возникает необходимость в образовании не только прямолинейных, но и кольцевых или круговых стыковочных соединений. Сварка сосудов организуется в связи с этим по особым методикам, учитывающим толщину стенок изделия и предусматривающим тщательное исполнение каждого рабочего шва.

Выполнить все условия, предъявляемые к соединению част

Основные виды сварки давлением — Студопедия.Нет

 

Контактная сварка. При контактной сварке металл нагревается проходящим через место сварки электрическим током. После достижения необходимой температуры к свариваемым деталям прикладывается прижимающее усилие.

Контактная электросварка легко поддаётся автоматизации и широко применяется в серийном и массовом производстве для соединения деталей из сталей различных марок и сплавов цветных металлов. Чаще используют три вида контактной сварки: стыковую, точечную и роликовую.

При стыковой сварке соединение свариваемых металлических изделий происходит по всей поверхности их соприкосновения. Сварку производят на сварочных машинах ручного или автоматического действия. Прочность сварного шва не уступает прочности основного металла, и поэтому применяют её для ответственных соединений.

При точечной сварке изделия свариваются в отдельных точках. Свариваемые детали собираются внахлёстку и зажимают между медными электродами, по которым пропускается ток большой силы. Вследствие большого сопротивления место контакта свариваемых частей нагревается , причём внутренние слои нагреваются до расплавления, а внешние до пластического состояния. После выключения тока и снятия давления образуется литая сварная точка. Точечную сварку широко применяют в массовом и крупносерийном производстве, например, при кузовов легковых автомобилей.

Роликовую (шовную) сварку осуществляют по линии качения плоских роликов. При прохождении тока через ролики в месте соприкосновения свариваемых частей выделяется тепло, за счёт которого и происходит образования сплошного шва. В процессе роликовой сварки листовые заготовки соединяются внахлёстку. Как и при точечной сварке, внутренние слои нагреваются до расплавления. Роликовой сваркой соединяют листы из коррозионностойкой хромоникелевой стали, латуни, бронзы, алюминиевых сплавов(присадочный материал).  толщиной до 1,5 мм.

Ультразвуковая сварка. При ультразвуковой сварке используется давление, нагрев и взаимное трение свариваемых поверхностей. Подлежащие сварке поверхности обезжиривают, сжимают в месте сварки и затем к ним с помощью специального инструмента подводят ультразвуковые колебания частотой 15…70 кГц. Вследствие трения одной поверхности о другую в плоскости контакта выделяется тепло, металл под действием сжимающего усилия пластически деформируется и при сближении поверхностей на расстояние действия межатомных сил между ними возникает прочная связь.

Сварка выполняется на специальных установках, продолжительность сварки 1…3 секунды. Прочность ультразвуковой сварки не ниже прочности точечной контактной сварки. Применяют ультразвуковую сварку в микроэлектронике и приборостроении при монтаже интегральных схем, герметизации приборов, в авиационной промышленности.

Сварка трением. При этом методе сварки для нагрева деталей используется превращение механической энергии трения в тепловую. Свариваемые детали приводят в соприкосновение, одну из них вращают. Выделяющееся при трении тепло нагревает торцы до пластического состояния, вращение прекращают, заготовки прижимают, детали свариваются. Сварное соединение образуется за счёт возникновения молекулярных связей между свариваемыми поверхностями. Неровности и оксидные плёнки, мешающие возникновению этих связей, разрушаются в результате трения и удаляются в радиальном направлении.

Сварка трением позволяет соединять не только однородные, но и разнородные металлы и сплавы с разными свойствами, например медь со сталью, алюминий с медью, титан с алюминием и др. Этот вид сварки достаточно экономичен, затраты энергии на него в 5…10 раз ниже, чем при контактной сварке. Этим методом чаще всего сваривают цилиндрические заготовки.

Холодная сварка. Этот вид сварки осуществляется давлением без нагрева, путём пластического деформирования металлов в местах сварки. Применяют для соединения металлов, обладающих достаточной пластичностью, при комнатной температуре, например алюминия, меди, серебра, цинка, никеля и их сплавов. Прочное, неразъёмное соединение образуется при сближении свариваемых поверхностей на расстояние, соизмеримое с параметрами их кристаллических решёток в результате образования металлических связей между поверхностями при приложении больших давлений. Толщина свариваемых деталей составляет 0,2…15 мм. Прикладываемое давление зависит от вида и толщины свариваемых деталей и колеблется от 150 до 1000 МПа. Холодная сварка высокопроизводительна и легко поддаётся автоматизации.

Контроль качества свариваемых соединений и конструкций производится разрушающими и неразрушающими методами. К разрушающим методам относят технологические пробы, механические испытания на твёрдость, ударную вязкость, изгиб, металлографические исследования, химический анализ, испытания на свариваемость, коррозионные испытания. К неразрушающим – гидравлические и пневматические испытания на плотность и прочность сосудов и резервуаров, трубопроводов, испытания керосином, магнитная, рентгено- и гамма дефектоскопия, ультразвуковой метод.

Сварка под давлением — что это?

Сварка деталей под давлением — процедура соединения поверхностных слоев отдельных элементов конструкции. В процессе соединения активно осуществляется диффузия частиц, в результате которой граница раздела полностью исчезает, а через нее прорастают кристаллы.

Подобная методика в приборостроительной, машиностроительной сфере сегодня выполняется несколькими способами, выбор которых зависит от свариваемых материалов, предъявляемых к ним требований. В машиностроительном комплексе получила широкое распространение контактная сварка, используемая для производства разнообразных стальных изделий. Нагревание производится электротоком, пропускаемым через зону сваривания кромок отдельных металлических элементов. Необходимое давление для данной процедуры создается с помощью электродов, через которые и подается ток, или при помощи специализированных механизмов.

Сварочная технология в строительной, приборостроительной и машиностроительной деятельности — это ключевая технология выполнения неразъемных соединений отдельных элементов конструкций из любых марок стали, меди, чугуна, бронзы, латуни, сплавов алюминия, прочих металлов. Также достаточно распространена сегодня сварка сосудов.

Разновидности технологии

На сегодняшний день существуют такие техники сварочных соединений:

• диффузионная;
• термокомпрессионная;
• ультразвуковая;
• трением;
• индукционная;
• клинопрессовая;
• сварка взрывам;
• магнитно-импульсная.

Все перечисленные способы выполняются в холодной фазе. Но это еще не весь список методов сваривания металлов, так как ученые-физики постоянно открывают новые интересные факты, в результате чего технологии постоянно развиваются и можно ожидать появление в скором будущем новейших и более эффективных методик сварочного соединения металлических конструкций.

Нельзя предполагать, что материалы по всей площади и массе находятся в холодном состоянии, так как сварная зона постоянно прогревается. Но температура самого изделия остается практически неизменной.

Суть сварки под давлением

Суть сваривания заготовок под давлением ацетилена заключается в пластичной деформации металла по краям соединяемых элементов конструкции, которая происходит за счет ударной, статической нагрузки. Для ускорения процесса пластической деформации металла сварку давлением чаще всего осуществляют с дополнительным нагреванием. Процесс деформации вызывает трение кромок соединяемых материалов, что значительно ускоряет между ними процедуру межатомных связей. Участок формирования межатомной связи элементов конструкции при их сваривании давлением — это и есть зона соединения.

При сварке под давлением с дополнительным нагреванием материала в качестве источника тепловой энергии могут быть: индукционный ток, электроток, печь, химическая реакция, вращающаяся дуга электрическая, прочие источники. Техника сваривания деталей из металла давлением с дополнительным нагреванием может и несколько отличаться. К примеру, при контактной стыковой сварке плавлением соединяемые края деталей обязательно сначала оплавляются, после чего происходит их пластическая деформация. В данном случае часть деформированного металла вместе с частью загрязнений выводятся на поверхность, формируя грат.

Распределение в сварной зоне по сечению соединения деформаций осуществляется неравномерно. В результате этого у металлических частиц в сварной зоне происходит скольжение. Такой процесс приводит к образованию повышенных механических характеристик сварочных соединений.

Преимущества технологии

В чем же преимущества сварки металлов давлением ацетилена и кислорода перед традиционной технологией сваривания металлических конструкций?

• Отсутствие необходимости в применении дополнительных расходных материалов, например флюсов, которые облегчают сварочные работы.
• Методика подходит для выполнения неразъемных соединений практически всех видов металлов, сплавов.
• Некоторые пластичные материалы, алюминий можно соединять без дополнительного прогревания участка контакта соединяемых элементов.

Контактная сварка давлением

Согласно статистическим данным строительства, наибольшей популярностью сегодня пользуется контактная сварка под давлением, на качество которой оказывают влияние такие характеристики:

• пластичность материала соединяемых элементов;
• качество предварительной подготовки поверхностей соединяемых деталей;
• правильное расположение свариваемых элементов конструкции относительно друг друга;
• применение дополнительных защитных составов, предупреждающих проявление на металле тугоплавких оксидов.

При правильном выполнении сваривания деталей под давлением на участках соединения должны быть заметны небольшие утолщения материала.