Yoga-mgn.ru

Строительный журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Холодная сварка алюминия и меди в электротехнике

Технологические процессы при применении алюминия в электротехнике

Вопросы, связанные с процессами сварки и пайки, имеют серьезное значение при использовании алюминия и алюминиевых сплавов в электротехнике.

Холодная сварка давлением

Одним из наиболее перспективных методов неразъемного соединения алюминия и алюминиевых сплавов является холодная сварка давлением. Холодная сварка давлением осуществляется без нагрева и даже при отрицательных температурах.

Методом холодной сварки возможно получить соединения алюминия и алюминиевых сплавов, меди, никеля, свинца и других металлов. Возможность соединения разнородных металлов (меди и алюминия) методом холодной сварки представляет особый интерес.

В связи с актуальностью задачи по замене меди алюминием возникает необходимость производить оконцевание выводов алюминиевых токопроводящих деталей медью, а холодная сварка — это единственный метод, с помощью которого возможно соединение меди и алюминия.

Холодная сварка является высокопроизводительным методом. С использованием ее можно осуществлять многоточечные соединения: одним ходом пресса может быть сварен узел с большим количеством сварных точек.

Известны четыре основные гипотезы механизма холодной сварки: пленочная, рекристаллизационная, диффузионная и энергетическая: Однако несмотря на довольно широкое применение холодной сварки физическая сущность ее еще не может считаться выясненной, а разработка теории процесса все еще отстает от его практического использования. Из перечисленных гипотез наиболее достоверной является энергетическая, согласно которой для проявления схватывания (сроднения ) необходимо, чтобы энергия атомов поднялась выше какого-то уровня для данного металла, который называют порогом схватывания.

Достижение этого порога осуществляется при совместном пластическом деформировании металлов.

Для проведения холодной сварки необходимо соответствующим образом подготовить свариваемые поверхности — очистить их от органических пленок. Наилучшие результаты дает механическая очистка, так как она наиболее полно освобождает поверхность детали. Подготовку детали при сварке внахлестку лучше всего производить вращающейся стальной щеткой, а при сварке встык (проводов)— обрезкой концов специальным инструментом.

Подготовку алюминиевых деталей можно производить прокаливанием при температуре 350—400° С в воздушной среде. При этом достигается полное выжигание находящихся на поверхности деталей органических пленок.

Подготовленные к сварке механическими способами (или прокаливанием) детали не должны загрязняться. Даже незначительные загрязнения (отпечатки пальцев) приведут к некачественной сварке.

При холодной сварке внахлестку известны несколько схем сварки: точечная сварка без предварительного зажатия деталей, точечная сварка с предварительным зажатием деталей, тачечная сварка с односторонним деформированием, шовная холодная сварка и др. Та или иная схема может быть применена в. зависимости от вида деталей и конструкции.

При стыковой холодной сварке соединяемые детали закрепляются в специальных зажимах (рис. 4-1), которые расположены соосно, а торцы свободных, выпущенных из зажимов концов деталей прижаты один к другому. При осевой осадке эти выглядывающие концы подвергаются пластической деформации, в результате чего образуется цельнометаллическое сварное соединение.

При сварке встык деталей из однородного металла выходящие из зажимных губок концы проводов деформируются симметрично. Однако при сварке разнородных деталей характер деформации изменяется из-за различной твердости металлов.

По данным сварку меди с алюминием лучше производить с двойной осадкой. Алюминиевый конец должен быть в 1,2—1,5 раза больше, чем медный конец.

Холодная сварка проводниковых алюминиевых сплавов АЕ-1 и АЕ-2 производилась как между собой, так и с медью и алюминием.

В табл. 4-1 показаны результаты измерения удельного электрического сопротивления этих сплавов после холодной сварки в зависимости от расстояния до сварного шва. Указанные данные свидетельствуют о том, что по мере удаления от сварного шва величина удельного электрического сопротивления уменьшается. В целом значение удельного электрического сопротивления при сварке сплавов с медью приблизительно представляет собой

Среднюю арифметическую величину удельных электрических сопротивлений исходных материалов.

При сварке сплавов значения удельного электрического сопротивления практически соответствуют исходному .

В табл. 4-2 представлены результаты испытания механической прочности сплавив АЕ-1 и АЕ-2 после холодной сварки.

Предел прочности сварных соединений практически не изменился от исходных значений прочности сплавов при сварке их между собой (табл. 4-2).

Предел прочности сварных соединений сплавов с медью соответствует приближенно среднему арифметическому значению исходных величин. Разрыв, как правило, происходит вне зоны сварки.

Образцы стыковой сварки меди с алюминием были испытаны в условиях вибрации. Крепление образцов производилось копсольно . Выступавшие на 150 мм концы образцов сильно ужесточали условия испытания, так как их колебания при вибрации создавали дополнительные отрывающие усилия, действующие на сварной шов. Каждый образец испытывался в течение 200 ч, амплитуда стола стенда 1 мм, частота 50 гц . Испытания показали, что ни у одного образца никаких признаков разрушения сварного шва не было.

При практическом использований сварки алюминиевых проводниковых сплавов с медью следует учесть, что нагрев (уже сваренных материалов сплав — медь) выше определенной температуры делает их хрупкими и непрочными.

Нагрев сварных соединений до температуры 250—275° С может производиться неограниченно долго, так как он не приводит к увеличению хрупкости соединения.

Холодная сварка

Холодная сварка — способ соединения деталей при комнатной (и даже отрицательной) температуре, без нагрева внешними источниками. Сварка осуществляется с помощью специальных устройств, вызывающих одновременную направленную деформацию предварительно очищенных поверхностей и нарастающее напряженное состояние, при котором образуется монолитное высокопрочное соединение. Холодной сваркой можно соединять, например, алюминий, медь, свинец, цинк, никель, серебро, кадмий, железо. Особенно велико преимущество холодной сварки перед другими способами сварки при соединении разнородных металлов, чувствительных к нагреву или образующих интерметаллиды.

Холодная сварка — сложный процесс, протекающий только в условиях пластической деформации. Без пластической деформации в обычных атмосферных условиях, даже прилагая любые удельные сжимающие давления к соединяемым заготовкам, практически невозможно получить полноценное монолитное соединение. Роль деформации при холодной сварке заключается в предельном утонении или удалении слоя оксидов, в сближении свариваемых поверхностей до расстояния, соизмеримого с параметром кристаллической решетки, а также в повышении энергетического уровня поверхностных атомов, обеспечивающем возможность образования химических связей.

Качество сварного соединения определяется исходным состоянием контактных поверхностей, давлением (усилием сжатия) и степенью деформации при сварке. Оно также зависит от схемы деформации и способа приложения давления (статического, вибрационного). В зависимости от схемы пластической деформации заготовок сварка может быть точечной, шовной и стыковой.

Точечная сварка — наиболее простой и распространенный способ холодной сварки. Её применение рационально для соединения алюминия, алюминия с медью, армирования алюминия медью. Ею можно заменить трудоемкую клепку и .

При холодной точечной сварке (рис. 3.44, а) зачищенные детали 1 устанавливают внахлестку между пуансонами 3, имеющими рабочую часть 2 и опорную поверхность 4. При вдавливании пуансонов сжимающим усилием Р происходит деформация заготовок и формирование сварного соединения. Опорная поверхность пуансонов создает дополнительное напряженное состояние в конечный момент сварки, ограничивает глубину погружения пуансонов в металл и уменьшает коробление изделия.

Прочность точек может быть повышена на 10–20% при сварке по схеме (рис. 3.45, а).

Свариваемые детали 1 предварительно сжимаются прижимами 2 или одновременно с вдавливанием пуансона 3. Наличие зоны обжатия вокруг вдавливаемого пуансона уменьшает коробление детали, повышает напряженное состояние в зоне сварки, что приводит к периферийному провару за площадью отпечатка пуансона. Но при этом возникают технические затруднения, связанные с созданием двух высоких давлений на малой поверхности и устранением затекания металла между пуансоном и прижимом. Этот способ позволяет сваривать малопластичные материалы.

Рис. 3.44. Схема холодной точечной сварки (а), геометрия сварного соединения (б) и формы пуансонов (в)

Рис. 3.45. Схема (а) и приспособление (б) для холодной точечной сварки с предварительным обжатием

Ввиду простоты способа точечной холодной сварки специальные машины для её выполнения большого развития не получили. Сварку успешно выполняют на самых различных серийных прессах с применением кондукторов, надежно фиксирующих свариваемые заготовки, чтобы исключить их коробление (рис. 3.45, б).

На рис. 3.46 (а) показана установка холодной сварки давлением, разработанная в Институте сварки (Россия). С помощью данной установки успешно соединяют алюминий с медью в электротехнике, энергетике, цветной металлургии; соединяют также медные контакты проводов, изготавливают кольца из меди и алюминия (рис. 3.46, б).

Шовная (роликовая) сварка характеризуется непрерывностью монолитного соединения. По механической схеме эта сварка аналогична холодной сварке прямоугольными пуансонами (рис. 3.47).

Рис. 3.46. Установка для холодной сварки (а) и примеры сваренных деталей (б)

Собранные заготовки 1 устанавливаются между роликами 2 и сжимаются ими до полного погружения рабочих выступов 3 в металл. Затем ролики приводятся во вращение. Перемещая изделие и последовательно внедряясь рабочими выступами в металл, они вызывают его интенсивную деформацию, в результате которой образуется непрерывное монолитное соединение — шов. Шовная сварка бывает двусторонняя, односторонняя и несимметричная. Двусторонняя сварка выполняется одинаковыми роликами. При односторонней сварке один ролик имеет выступ, высота которого равна сумме выступов при двусторонней сварке, а второй является опорным, без рабочего выступа. При несимметричной сварке ролики имеют различные по размерам, а иногда и по форме рабочие выступы.

Читать еще:  Универсальный шаблон сварщика: принцип работы с УШС-2

Односторонняя роликовая сварка чаще применяется для сварки разнородных металлов, сильно отличающихся твердостью. Рабочая часть ролика вдавливается в более твердый металл. Такая сварка при прочих равных условиях обеспечивает более прочные швы и при сварке однородных металлов.

При роликовой сварке металл свободно течет вдоль оси шва, что затрудняет создание достаточного напряженного состояния металла в зоне соединения. Поэтому для достижения провара требуется большая пластическая деформация (на 2–6%), чем при точечной сварке. Напряженное состояние в зоне роликовой сварки можно повысить, увеличивая диаметр роликов. Обычно диаметр ролика близок к 50δ, ширина рабочего выступа (1–1,5)δ, высота (0,8–0,9)δ, а ширина опорной части ролика, ограничивающая деформации, в 2–3 раза больше ширины рабочего выступа. Роликовая сварка алюминия толщиной 1,0 мм при свариваемости 27% выполняется со скоростью до 8–12 м/мин.

Для роликовой сварки применяются металлорежущие станки, например фрезерные; при сварке тонких пластичных металлов — ручные настольные станки.

Рис. 3.47. Схема холодной шовной сварки:
1 — детали; 2 — ролики; 3 — выступы

Одна из первых схем холодной стыковой сварки металлов, которая не потеряла практического значения до сих пор, приведена на рис. 3.48. Эта схема разработана К. К. Хреновым и Г. П. Сахацким. В корпусе 1 имеются гнездо для неподвижного конусного зажима 2 и направляющие для подвижного корпуса 3, в котором также расположен конусный зажим. После предварительной зачистки торцов детали 4 устанавливают в зажимы 2, которые имеют формирующие части с режущими кромками 5 и упором 6. Осадочное усилие прикладывается к ползуну 3, при его перемещении сжимаются торцы деталей и зажимаются с помощью конусов. В процессе осадки углубления 7 заполняются металлом раньше, чем встречаются опорные части 6. Поэтому, когда встречаются опорные части, в зоне сварки создается достаточное напряженное состояние. В стыке происходит провар, а остаток вытекающего металла отрезается кромками 5. В зависимости от расположения режущих кромок соединение может быть с усилением или без усиления.

Схема стыковой сварки, предложенная С. Б. Айбиндером, приведена на рис. 3.48, б.

Ультразвуковая, холодная и диффузионная сварка

Ультразвуковая сварка

При ультразвуковой сварке соединение образуется под воздействием механических колебаний высокой частоты и усилия сдавливания. Механизм процесса отчасти аналогичен сварке трением.

Свариваются ультразвуком чаще всего тонкие листы (0,05—0,6 мм) в отдельных точках или сплошным швом, как при точечной и шовной контактной сварке. Принцип ультразвуковой сварки заключается в том что, соединяемые листы сдавливаются пуансоном (роликами), к которому от магнито-стрикционного генератора поступают ультразвуковые колебания. Под действием ультразвуковых колебаний вблизи места сварки в металле возникают сдвиговые деформации, которые разрушают окисные поверхностные пленки, затрудняющие образование соединения, и обнажают «чистые», только что образовавшиеся — ювенильные поверхности металла. Атомы таких поверхностей имеют свободные связи, с помощью которых они могут вступать во взаимосвязь с атомами поверхности другого твердого тела и образовывать сварное соединение. В процессе ультразвуковой сварки наблюдается местный разогрев контакта между свариваемыми деталями, что способствует образованию связей между поверхностями свариваемых деталей. Металл не нагревается до плавления, и сварка происходит в твердом состоянии.

Ультразвуковой сваркой свариваются различные металлы, пластмассы, полиэтиленовые и другие пленки.

При ультразвуковой сварке металлов основными, определяющими факторами являются нагрев, уменьшающий твердость и повышающий пластичность металла, и давление, создающее пластическую деформацию и способствующее тесному сближению атомов соединяемых частей. Использование нагрева и давления хорошо выражено в «классическом» способе прессовой сварки. При усилении нагрева до расплавления металла можно не прилагать давление, например, в случае дуговой или газовой сварки.

Холодная сварка

Возможен и противоположный крайний случай, когда значительное повышение давления сделает ненужным нагрев металла и он будет свариваться на холоде. Такой способ, получивший название холодной сварки , как показывает опыт, осуществим не только при комнатной температуре, но и при температуре жидкого азота (около —190° С). Для холодной сварки необходимо сблизить поверхностные атомы соединяемых частей до очень малых расстояний, или, говоря упрощенно, привести их в соприкосновение. При этом силы межатомного взаимодействия создают монолитное соединение, столь же прочное, как и цельный металл.

Осуществлению холодной сварки препятствуют жировые и окисные пленки на поверхности металла, в особенности мономолекулярная пленка из адсорбированных газовых молекул. Жировые и окисные пленки легко удаляются обычными способами очистки; пленку адсорбированных газов удалить очень трудно, так как после очистки она восстанавливается на воздухе за миллиардные доли секунды. Сохранить чистую поверхность на сколько-нибудь продолжительное время можно, лишь производя очистку в высоком вакууме, не ниже 10

8 мм рт. ст. Подобный прием слишком сложен, и вместо него, чтобы произвести холодную сварку, прибегают к значительной пластической деформации, заставляя металл течь вдоль поверхности раздела. При этом смывается и удаляется наружный слой и обнажаются ювенильные поверхности, немедленно срастающиеся в одно целое при сжатии достаточно высоким давлением.

По форме получаемых соединений при холодной сварке различают, аналогично контактной сварке, стыковую, точечную и шовную, или роликовую холодную сварку. Пока что метод холодной сварки находится в стадии перехода от лабораторных исследований к промышленному применению. Из обычных металлов лучше всего сваривается этим способом алюминий, удовлетворительно — медь, никель, серебро. Место после холодной сварки всегда прочнее основного металла, так как образуется значительный наклеп в зоне сварки. Холодная сварка применяется в электротехнике для соединения проводов, а также при производстве различных изделий из алюминия и его сплавов.

Этот метод имеет некоторые принципиальные преимущества, еще слабо используемые промышленностью. Скорость холодной сварки может достичь такой величины, что значительные объемы работ будут теоретически выполнимы за малую долю секунды. Данный способ бездиффузионный, поэтому при сварке разнородных металлов не образуется переходной зоны с хрупкими интерметаллическими соединениями, что в ряде случаев имеет важное практическое значение.

Некоторые преимущества холодной сварки реализует сварка взрывом, особенно удобная для соединения значительных поверхностей, например для получения двухслойного металла из двух различных листов. Листы укладываются один на другой, на верхнем равномерно размещается по поверхности заряд взрывчатки, который подрывается с одного конца запалом. Взрывная волна распространяется по поверхности листа и создает огромные давления. Поверхности в несколько квадратных метров соединяются за тысячные доли секунды. Этот способ начинает внедряться в промышленность.

Диффузионная сварка

Своеобразным по своим физическим основам способом является диффузионная сварка. Диффузия в металлах часто играет существенную роль при сварке — иногда положительную, повышая прочность соединения, иногда отрицательную, способствуя образованию хрупких соединений и т. д.

Принцип диффузионной сварки заключается в том что с повышением температуры и времени нагрева ускоряется диффузия и увеличивается количество продиффундировавшего материала. Диффузия практически не наблюдается лишь при холодной сварке, наибольшего же развития она достигает при некоторых видах прессовой сварки.

Давление сминает неровности сопрягаемых поверхностей и обеспечивает плотное их прилегание. Затем начинается интенсивная диффузия с переходом атомов через поверхность раздела и образованием прочного соединения. Процесс диффузионной сварки заканчивается через 5 — 20 минут после достижения необходимой температуры.

Диффузионная сварка позволяет соединять многие трудно свариваемые металлы и некоторые неметаллические материалы. С помощью диффузионной сварки, например, прочно сварить сталь с графитом или алундом (окись алюминия). По признаку одновременного использования нагрева и давления диффузионная сварка близка к прессовой. Недостатком ее является сложность аппаратуры и процесса, а также большая длительность последнего, связанная с медленностью диффузии в твердых телах.

Виды сварки металлов

плазменную струю, представляющую собой поток сильно ионизированного газа, состоящего из электронов, ионов, а также электрически нейтральных атомов и молекул.

Сжатая дуга является высококонцентрированным источником тепла, удельная мощность которого равна около 500 квт/см 2 . Длина струи плазмы, выходящей из сопла, может достигать 300 мм. При соприкосновении плазменной струи с металлом происходит

превращение ионов в атомы, сопровождающееся выделением дополнительного количества теплоты, используемой для плавления металла. Для защиты сварочной ванны используют плазмообразующий аргон, азот, водород и их смеси. Для сварки, наплавки и резки сжатой дугой в большинстве случаев применяют постоянный ток; минус подключается к электроду, а плюс — к основному металлу. При плазменной сварке алюминия и его сплавов используется переменный ток.

Читать еще:  Сварка под флюсом: присадочные материалы и флюсы

Сжатой дугой сваривают различные металлы (в том числе тугоплавкие и легкоокисляемые), неметаллы и их сочетания, осуществляется наплавка проволокой и порошками. Особенно широкое применение сжатая дуга получила для резки алюминия, алюминиево-магниевых сплавов, меди и ее сплавов, нержавеющих, легированных и углеродистых сталей, резки многослойных нержавеющих высокопрочных сталей, жаропрочных и тугоплавких материалов.

Электроннолучевая сварка. При этом способе плавление основного металла осуществляется электронами, движущимися в вакууме со скоростью до 165 000 км/сек. При ударе электронов о поверхность металла энергия их движения (кинетическая энергия) превращается в теплоту, которая плавит металл. Сварка производится в камере, в которой создан вакуум путем откачки воздуха до остаточного давления 1 . 10 -4 —1 . 10 -6 мм рт. ст. Вакуум необходим для того, чтобы энергия электронов не расходовалась на ионизацию газа в камере и для получения металла шва без газовых включений.

Схема электроннолучевой сварки показана на рис. 11. Свариваемая деталь 6 через загрузочный люк помещается в вакуумную камеру 10, имеющую стеклянное окно 9 для наблюдения за

процессом сварки и патрубок 8, через который из камеры вакуумнасосом откачивается воздух. Подвижный стол 7 служит для перемещения детали 6 относительно сварочного электронного луча. Над камерой расположено устройство 12, называемое электронной пушкой, создающей электронный луч. Электроны испускаются катодом 1 пушки, нагреваемым через вольфрамовую спираль током накала 30—100 ма, поступающим от низковольтного трансформатора 13.

В установках малой мощности катодом является вольфрамовая или танталовая спираль, а при большей мощности — применяют металлокерамические катоды, изготовленные из гексаборида лантана (LaB6), которые способны излучать много электронов. Катод окружен фокусирующим электродом 2, создающим электронное облако. На расстоянии 3—10 мм от катода установлен анод 3, включенный в цепь выпрямленного тока напряжения от 10 до 60 кв, поступающего от источника питания 14. Это напряжение ускоряет электроны и увеличивает их количество. Электромагнитная линза 4 служит для фокусировки луча 5, прошедшего через диафрагму 11. В электронной пушке предусмотрены также электромагнитные катушки для регулировки настройки (юстировки) и отклонения электронного луча (на схеме не показанные).

В зависимости от конструкции сварочной установки сварка производится или перемещением детали относительно неподвижного луча, или перемещением электронной пушки, или перемещением с помощью отклоняющих устройств самого луча вдоль неподвижных кромок. Диаметр электронного луча можно получить от 0,3 до 3 мм. Скорость сварки в зависимости от толщины и вида материала может изменяться в пределах от 0,1 до 200 м/ч. Для сварки крупных деталей строят вакуумные камеры диаметром до 1,2 м и длиной до 8,5 м. Применяют также портативные, перемещающиеся по шву камеры, создающие местный вакуум над участком сварки. Современные сварочные установки позволяют сваривать металл от 0,013 до 70 мм толщиной. Вследствие высокой концентрации энергии в луче получается глубокий (кинжальный) провар и узкая околошовная зона. В результате этого, а также благодаря низкому содержанию газов в металле шва качество сварки получается очень высоким. Электроннолучевую сварку применяют при сварке жаропрочных и высокопрочных сталей и сплавов на основе титана и алюминия, сварки молибдена, тантала, ниобия, вольфрама, циркония, никеля, бериллия, меди, алюминия и др. Для точной обработки и сварки микродеталей (например, в микроэлектронике и других областях) используются высоковольтные электронные пушки с ускоряющим напряжением до 150 кв, токе пучка от 0,3 до 20 ма, дающие на изделии очень тонкий пучок диаметром от 0,01 до 0,1 мм. При этом обеспечивается высокая удельная мощность в пятне на изделии, достигающая 2000 квт/мм 2 . Работа на высоковольтных установках требует особой защиты персонала от радиоизлучения.

Электроннолучевая сварка используется в авиа- и ракетостроении, ядерной энергетике, радиоэлектронике, точном машиностроении и приборостроении. Этот способ перспективен для соединения металлоконструкций в условиях космического пространства: ремонтной сварке, постройке орбитальных станций, устранении их повреждений и других подобных работах. При этом используется естественный вакуум и питание аппаратуры от солнечной энергии.

Лазерная сварка. Схема лазерной сварки показана на рис. 12. В установку входит стержень 3 из активного материала

(например, искусственного рубина) и импульсная ксеноновая лампа накачки /, которые размещены в зеркальной полости осветителя 4. При разряде высоковольтной батареи конденсаторов лампа дает импульсные вспышки света, который возбуждает содержащиеся в рубине атомы хрома. При определенном уровне энергии возбуждения эти атомы, отражаясь от зеркал 2, частично выходят через полупрозрачное нижнее зеркало наружу, образуя тонкий пучок интенсивного красного света, собираемого линзой 5 и фокусируемого на свариваемой детали 7. Наблюдение за процессом сварки ведется через микроскоп 6. Длительность импульса излучения составляет около 10 тысячных долей секунды (10 мсек). Плотность потока тепла на детали очень высока и составляет до 1 . 10 9 вт/см 2 . Размер пятна в месте нагрева 80—500 мк (микрон). Лазерным световым лучом можно сваривать в атмосфере, в защитных газах, в вакууме (в том числе в запаянных стеклянных сосудах, из которых выкачан воздух, т. е. вести сварку через стеклянную стенку). Толщина свариваемых металлов достигает 0,5 мм. Применяют соединения встык, внахлестку, втавр, угловые, приваривают тонкие детали к толстым и т. п. Этот способ применяется в микроэлектронике для сварки проволок и плоских выводов толщиной 0,05—0,5 мм. Им сваривают никель, медь, золото,

ковар (железоникелькобальтовый сплав), нержавеющую сталь, тантал, медь с танталом и др. Лазерным световым лучом, например, можно приваривать никелевую фольгу толщиной 50 мк к напыленному на стекло слою из алюминия, хрома, меди или золота. Для лазерной сварки выпускаются отечественные установки СУ-1, К-3М, УА-2, УЛ-20 мощностью от 1 до 5 квт. В новейших конструкциях лазеров непрерывного действия вместо рубина применяется иттриевоалюминиевый гранат с примесью неодима, дающий длину волны светового излучения 1,06 мк, при максимальной мощности 183 вт. Используется также газовая активная среда в виде смеси из углекислого газа, азота и гелия, дающая длину волны 10,6 мк. Современные лазеры в месте сварки обеспечивают концентрацию тепла, примерно равную плотности тепла при сварке электронным лучом.

Сварка трением (рис. 13, а). Впервые разработана в нашей стране. Сварка осуществляется за счет тепла, выделяющегося при взаимном трении торцов свариваемых стержней и последующего сжатия их осадочным давлением. При сварке стали торцы нагреваются до 1200° С.

Для вращения и сжатия деталей применяют специальные станки, по механической схеме напоминающие токарные. Данным способом сваривают режущий инструмент и стержни круглого сечения из стали, чугуна, латуни, меди и алюминия диаметром 10—70 мм, а также трубы наружного диаметра до 160 мм и толщиной стенки до 15 мм.

Прессовая («холодная») сварка. Прессовая сварка давлением (рис. 13,6) осуществляется за счет сближения молекул металла в твердом состоянии при глубокой пластической деформации его в месте сварки. Деформация разрушает пленку окислов, препятствующую свариванию. Этим способом сваривают детали из достаточно пластичных металлов: алюминия, меди, свинца, цинка, титана, никеля и др., а также разнородные металлы, например алюминий с медью, свинцом, медь с никелем, латунью, нержавеющей сталью и др.

Применяются способы точечной, стыковой и роликовой холодной сварки. Особенно широкое применение прессовая сварка получила для соединения проводов и шин в электротехнике. Стыковой прессовой сваркой сваривают алюминиевые шины сечением до 700 мм 2 , медные до 250 мм 2 , медные с алюминиевыми до

Автор: Администрация Общая оценка статьи: Опубликовано: 2011.05.31 Обновлено: 2020.03.04

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Эффективность и области применения холодной сварки

Холодная сварка обладает рядом особенностей, которые за­метно отличают ее от всех остальных видов сварки.

Наиболее важной отличительной особенностью холодной сварки является отсутствие нагрева соединяемых металлов, что позволя­

ло ет сваривать термически разупрочняемые металлы без снижения механических свойств металла вблизи зоны сварного шва; свари­вать электрические провода, имеющие изоляционные покрытия, либо без удаления последних (в случае эмалированных покры­тий), либо при удалении на небольшом участке длины провода (в других случаях); вести процесс сварки в огне — и взрывоопасных средах; герметизировать корпуса приборов, банки, контейнеры, ампулы и другие емкости, нагрев которых недопустим.

Другими достоинствами холодной сварки являются малая энер­гоемкость процесса, гигиеничность, высокая производительность, простота процесса и оборудования, возможность механизации и автоматизации процесса.

Оборудование для холодной сварки значительно проще в экс­плуатации любых машин и установок для дуговой, контактной, электронно-лучевой, плазменной, лазерной и других видов сварки.

Читать еще:  Основные отличия Электродов ано и уони.

Как показал многолетний опыт внедрения холодной сварки, ее успешно осуществляют операторы-сварщики невысокой ква­лификации. По сравнению со всеми остальными видами сварки, а также пайкой холодная сварка наиболее экономичная. При ее осу­ществлении отсутствуют газовые выделения, брызги расплавлен­ного металла, световое излучение, шум. Качество сварки не зави­сит от скорости приложения внешнего усилия, поэтому процесс можно вести быстро. Это открывает возможности создания высо­копроизводительного оборудования. Основные параметры холод­ной сварки легко программируются, что позволяет создавать ма­шины-полуавтоматы и автоматы, пригодные для работы в авто­матических линиях. Прочность зоны сварного соединения увели­чивается за счет наклепа металла в процессе пластической дефор­мации. Например, при стыковой сварке прочность доброкачествен­но сваренного стыка при растяжении всегда выше прочности ос­новного металла.

Переходное электрическое сопротивление в соединении прак­тически отсутствует, что обеспечивает стойкость и надежность контакта между сваренными металлами.

При холодной сварке надежно соединяют разноименные ме­таллы, например алюминий с медью, без образования в стыке хрупкой интерметаллидной прослойки, присущей соединениям этих металлов, полученных сваркой с нагревом. Замена одних де­талей, подлежащих холодной сварке, другими требует, как пра­вило, переналадки оборудования и замены оснастки.

В связи с указанными особенностями холодную сварку наибо­лее рационально применять в крупносерийном или массовом про­изводстве однотипных деталей.

Наиболее широкое применение холодная сварка находит в элек­тротехнике. С ее помощью соединяют алюминиевые детали с мед­ными, обеспечивая надежный электрический контакт в разъем­

ных соединениях выводов электротехнических изделий. Это по­зволяет заменить и широких масштабах дефицитную медь алюми­нием в качестве токопроводящего материала без снижения каче­ства и срока службы изделий.

Холодную сварку применяют при изготовлении обмоток элек­трических машин и трансформаторов. Соединение концов бухт проводов с ее помощью позволяет вести непрерывную намотку катушек без отходов провода. На кабелънък. заводах холодной свар­кой соединяют концы заготовок, что обеспечивает непрерывную работу волочильного стана, или проводов после волочения для безотходной намотки катушек.

Замена холодной сваркой применяемых в настоящее время тех­нологических процессов изготовления некоторых электротехни­ческих изделий обеспечивает значительную экономию дефицит­ного цветного металла. Например, при изготовлении коллектор­ных пластин электрических двигателей замена штамповки холод­ной сваркой позволяет сократить отходы меди почти в 10 раз. Хо­лодная сварка дает возможность создавать новые конструкции элек­тротехнических изделий с повышенными технико-экономически­ми показателями.

В радиотехнике и радиоэлектронике холодную сварку исполь­зуют главным образом для герметизации корпусов полупроводни­ковых приборов из цветных металлов и сплавов (меди, алюми­ния, ковара). Сварку производят на высокопроизводительных ма­шинах-полуавтоматах. С помощью холодной сварки осуществляют также герметичную заделку штенгелей (трубок-отводов), через которые откачивают воздух из сосудов для получения в последних разрежения.

В цветной металлург™ холодную сварку применяют в электро­литическом производстве цинка, никеля и других металлов. Ис­пользуют надежность холодной сварки при соединении разных пар металлов. Так, например, к катодным штангам, изготовлен­ным из алюминия или титана, приваривают медные контактные пластины, обеспечивающие надежный разъемный контакт с под­водящими магистральными медными шинами. Соединения рабо­тают в химически агрессивных средах, поэтому к ним предъявля­ют повышенные требования. Опыт показал, что холодная сварка обеспечивает выполнение этих требований.

В различных отраслях промышленности выпускают посуду, бач­ки, молочные фляги и другие изделия из алюминия. Для изготов­ления таких изделий применяемую в настоящее время клепку ус­пешно заменяют холодной сваркой. Последняя обеспечивает бо­лее высокое качество соединений и экономию материалов, а так­же повышает производительность труда и улучшает внешний вид изделий. Многолетний опыт предприятий показывает, что в про­изводстве изделий из алюминия холодную сварку можно считать лучшим методом неразъемного соединения многочисленных де­талей и сварных узлов.

На электрифицированном железнодорожном, городском и про­мышленном транспорте холодная сварка является единственным пригодным для практики способом неразъемного соединения мед­ных контактных (троллейных) проводов, позволяет освободиться от латунных и стальных зажимов и клемм, применяемых для со­единения проводов, сэкономить большое количество металла, а также значительно улучшить условия работы электрифицирован­ного транспорта.

Наиболее широкое применение холодная сварка контактных проводов находит на промышленном транспорте предприятий черной металлургии, например рудников, где ведут добычу руды открытым способом. В остальных областях промышленности хо­лодная сварка пока не нашла заметного применения.

1. В чем состоит физическая сущность холодной сварки?

2. Нужна ли подготовка деталей под холодную сварку?

3. Какой величины достигает вынужденная деформация при холод­ной сварке?

4. Происходит ли пластическая деформация при холодной сварке?

5. Допускается ли травление и обезжиривание как способы подготов­ки деталей под холодную сварку?

6. Каковы разновидности холодной сварки?

7. Что входит в состав оборудования для холодной сварки?

8. Как подготавливают поверхности под холодную сварку?

9. Какие металлы хорошо свариваются в холодном состоянии?

Холодная сварка для металла

Высокопрочное соединение деталей является возможным даже при комнатной температуре без предварительного нагрева поверхностей – эта технология называется холодная сварка для металла.

Преимущества холодной сварки для металла

Холодной сварке отдают предпочтение, когда выполнять сварку с нагревом материалов считается нецелесообразным с экономической или физической точки зрения.

Это характерно преимущественно для следующих случаев:

  • существует риск возникновения высоких внутренних напряжений;
  • изделия имеют очень большие габаритные размеры;
  • существует риск коробления.

Характерные особенности технологии холодной сварки металла

Для осуществления холодной сварки используются специальные устройства, способные вызывать направленную деформацию заранее подготовленных поверхностей и нарастающее напряженное состояние. В результате получается высокопрочное монолитное соединение.

Причем методика подходит для соединения самых разнообразных металлов – с ее помощью можно «сваривать» алюминий, кадмий, цинк, железо, серебро, никель, медь, свинец.

Холодная сварка подходит даже для работы с материалами, которым противопоказан нагрев до высоких температур, и с металлами разных видов, которые требуется соединить между собой.

Принцип холодной сварки для металла подразумевает соединение деталей внахлест. Причем их скрепление осуществляется за счет вдавливания в материал пуансонов (с какой-то одной или сразу с двух сторон). Соединения могут иметь вид отдельных точек, расположенных на фиксированном расстоянии друг от друга, или цельного шва.

Технология позволяет «сваривать» практически любые, даже малопластичные материалы.

Шовная (роликовая) холодная сварка металла

Это одна из разновидностей холодной сварки. Методика подразумевает монолитное соединение заготовок за счет воздействия на них роликов, которые располагаются с двух сторон и обеспечивают полное погружение в металл рабочих выступов.

Ролики вращаются, изделие перемещается, а рабочие выступы обеспечивают равномерную деформацию и соединение материала. За счет этого образуется непрерывный монолитный шов.

Выполнять роликовую сварку можно на металлорежущих фрезерных или на специальных ручных станках. Все зависит от того, с какими материалами вы работаете.

Причем наибольшее распространение технология получила:

  • В процессах массового производства одинаковых металлических деталей;
  • В различных отраслях электротехники (ведь она позволяет сочетать алюминиевые детали с медными).

Холодная сварка металла с помощью специальной клей-пасты

В быту и строительстве холодная сварка для металла может осуществляться также за счет использования пастообразного клея-шпаклевки, в состав которого входит значительное количество стального порошка.

Средство обладает очень высоким показателем адгезии и подходит для работы с различными типами материалов. С его помощью можно соединять не только металлические, но также пластиковые, деревянные, керамические и другие изделия.

Основными преимуществами методики являются:

  1. Стойкость соединений к внешнему механическому воздействию.
  2. Стойкость соединений к агрессивному воздействию химических сред.
  3. Простота применения.
  4. Универсальность. С помощью специальной клей-пасты для холодной сварки можно ремонтировать детали автомобиля, трубы водоснабжения, мебель, сантехнику и многое другое.
  5. Высокая прочность соединений.
  6. Способность вещества увеличиваться в размерах. Это позволяет использовать клей-пасту для закупорки отверстий, возникающих вследствие повреждения тех или иных материалов.

Однако холодная сварка с помощью клей-пасты подходит для применения лишь в ограниченных масштабах. На производстве данная технология не используется. Здесь находит применение высокопроизводительное, эффективное и надежное оборудование для создания монолитных соединений.

Технологии холодной сварки для металла на выставке

Если вы заинтересованы в выборе именно таких аппаратов холодной сварки или в получении подробной достоверной информации о них, не забудьте заглянуть в ЦВК «Экспоцентр», когда там будет проходить выставка «Металлообработка».

Это грандиозное событие, имеющее международное значение, участниками которого станут многие специализированные организации.

Принимая участие в выставке, можно получить очень много важной и интересной информации об оборудовании, инструментах и оснастке для металлообработки, завести полезные знакомства, сделать выгодные приобретения. А получить электронный билет для ее посещения каждый желающий может уже сейчас.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector