Практическая работа №9 Изучение оборудования для диффузионной и холодной сварки Тема 1 Диффузионная сварка и холодная сварка - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Изучение микроструктуры и распределения химических элементов по диффузионному... 1 29.67kb.
Практическая работа №6 Стыковая сварка сопротивлением и оплавлением... 1 96.45kb.
Курсовая работа по Технике и технологии в отрасли. Процессы сварки... 1 269.81kb.
Сварка пластин встык из низкоуглеродистой стали толщиной 3 мм вертикальными... 1 138.05kb.
Сварка пластин угловым соединением из Стали 10 толщиной 5 мм в нижнем... 1 65.81kb.
Ручная дуговая сварка 1 104.54kb.
Тема Автоматическая сварка и наплавка флюсом Тема 1 Сварка кольцевых... 1 32.61kb.
Лабораторная работа №7 Изучение оборудования для электроконтактной... 1 241.79kb.
Одноэлектродная сварка стыковых прямолинейных соединений пластин... 1 73.59kb.
Руководящий документ сварка и контроль качества сварных соединений... 9 2675.56kb.
Методическая разработка открытого урока. Тема урока: «Ручная дуговая... 1 62.4kb.
Секреты красок VII городская нпк младших школьников 1 171.94kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

Практическая работа №9 Изучение оборудования для диффузионной и холодной сварки Тема - страница №1/1

Лабораторно-практическая работа №9
Изучение оборудования для диффузионной и холодной сварки


Тема 7.1 Диффузионная сварка и холодная сварка



Цель работы: Изучение устройства оборудования и особенности диффузионной и холодной сварки
Задание:

  1. Изучение оборудования и особенности диффузионной сварки; составить таблицу технических параметров оборудования;

  2. Изучить оборудование и особенности холодной сварки; составить таблицу технических параметров оборудования;


Форма отчета: Таблицы с описанием
Теоретические основы:
Диффузионная сварка
Диффузионная сварка осуществляется за счёт взаимной диффузии атомов контактируемых частей при относительно длительном воздействии повышенных температур и незначительной пластической деформации. Сварку выполняют в вакууме, инертных газах или при ограничении доступа кислорода к соединительным поверхностям.

Поступление кислорода ограничивают обваркой зоны соединения по периметру сечения. Иногда используют жидкие среды из смеси солей с температурой плавления, близкой к Т с . Обычно сваривают в вакууме при Тс = 0,5…0,8 Тпл, tс = 60…1300 с, давлениях p c= 20Мпа и разряженных n = 1,33*10-3…1,33*10-5 Па. Поверхности отчищают от окислов, масла и других загрязнений; с уменьшением их шероховатости сварка облегчается. Часто поверхности подготавливают точением с 6-м классом шероховатости, при черновой обработке и шлифовании прочность соединения ниже, а Тс, pс , tс выше. Так, титан при tс =60 с качественно сваривается после токарной чистовой обработки и шлифовании соответственно с деформацией 4… 6 и 3…5% при pс = 15 Мпа и Тс = 1100…10000 С, а после полирования при Тс = 8000 С с деформацией 1…2%. Обезжиривание четырёххлористым углеродом предпочтительнее протирки ацетоном.




Прочность низкоуглеродистых сталей при Тс = const повышается с ростом pс (рис.1 а), однако при Тс >10000 С она начинает уменьшатся. Вместе с тем при повышении pс от 20 до 50 Мпа прочность повышается мало. Конструкционные стали, сваренные при Тс = 800 и 9000 С и pс 5 и10 Мпа не равно прочны исходному материалу и разрушаются по соединению. Повышение pс от 10 до 50 Мпа делает их равнопрочными с исчезновением границы раздела в микроструктуре. При 50 Мпа заметно снижение прочности. С повышением Тс от 1000 до 11000 С при 50 Мпа относительная деформация соединений близка к 4,5 и 16%, а при pс = 20 МПа – к 1,5… 2%. Такого рода зависимости справедливы и для других конструкционных материалов.

Повышение Тс от 900 до 10000 С увеличивается oв тем сильнее, чем больше tс(рис.1 б) и больше разряжение (рис. 1 в).С повышением Тс от 900 до 11000С при сварке титанового сплава Т5-1 ударная вязкость ан повышается на 10% , а относительное удлинение ∆l с 8,5 до 17%. При tС=7 мин с повышением pС выше 20 Мпа изменяется незначительно. Вместе с тем чрезмерное tС снижает в, ∆l и aН, а малые tС при низких TС из-за остаточных напряжений могут быть причиной разрыва образовавшихся связей.

Взаимодействие частиц деталей обеспечивается деформацией одного, обоих металлов или прокладок. Охлаждение под нагрузкой до 100…2000 С снижает удлинение с 13 до 7%, а до 600…10000 С - до нуля. Для практики наиболее часто используют разряжение 1,33*10-2…1,33*10-3 Па. Его выбирают с учетом склонности материала к окислению, отношения твердости металла и окислов и особенностей их поведения при нагреве в вакууме. Поверхностные слои металла из-за наличия дефектов и снижения критических напряжений сдвига деформируются быстрее, чем глубинные. Взаимодействию частиц также способствует возгонка окислов, их испарение и растворение в металле. В рассмотренных ранее режимах время сварки tС не включает потери на создание вакуума и откачку выделяющихся при нагреве газов.

Жаропрочные сплавы и тугоплавкие металлы из-за повышенной прочности сваривают при TС =0,7 TПЛ. Давление деформации при малых ее скоростях близко к Т материала при TС. На практике его выбирают несколько выше. В ряде случаев для жаропрочных и некоторых других материалов применяют свободные от окислов прокладки в виде фольги или гальванических покрытий, напыленных пленок или порошков, которые благодаря более низкому Т легко деформируются, обеспечивая требуемый физический контакт. Температуру при этом выбирают, исходя из создания условий для объемной диффузии. Так, например, сплав ВТ14 с БрХ08 соединяют через прослойки Мо и Ni толщиной 0,1 мм сразу после плазменного напыления в защитной среде.

Возможно применение и набора прокладок. Для низколегированных сталей благоприятны прокладки из меди и серебра, а для легированных – титан. Гомогенизирующий отжиг при 9000 С заметно изменяет структуру и свойства соединений в результате интенсивного диффузионного обмена в зоне контакта.

Для качественной сварки характерен плавный переход структур. Наличие переходного слоя и несплошностей указывает на нестабильность качества. При сварке однородных материалов процесс завершается образованием общих зерен, а разнородных – образованием новых фаз.

Механические свойства зависят от количества несплошностей, объединенных межзеренной границей. Полное устранение несплошностей за малое время сварки tС невозможно. Несплошности в зернах и на их границах резко снижают ударную вязкость. При постоянной нагрузке скорость деформации и рост прочности снижаются, а tС растет. Программирование давления, создание особых схем деформации, точное регулирование TС, ультразвуковые колебания, магнитные поля и другие ускоряют сварку. При сварке керамики и кварца через медь и алюминий микровыступы соединяемых поверхностей не деформируются и их рельеф полностью повторяется поверхностями прокладок.

Диффузионной сваркой соединяют однородные и разнородные металлы, неметаллы, а также многослойные металлы.

Для соединения керамики с металлом используют сплавы с добавками активных металлов, окислы которых имеют более высокую теплоту образования, чем окислы, образующие основу керамики.

Сплав ВК8 со сталью 20 соединяют через никелевую фольгу толщиной 0,1 мм. Металлокерамику TiB2 + 6% Мо и TiB2 + 20% Tic со сталью сваривают, используя для передачи давления емкость с толстостенной оболочкой, заполненную жидким при температурах сварки материалом.

Медная фольга из М1, М2, М3 для токоподводов сваривается в вакууме на машине МТВ-1601 при использовании графитовых электродов, давлении 13 Мпа и температуре 920…9600 С.

При диффузионной сварке детали помещают в камеру 6 (рис. 2), из которой вакуумными насосами 1 и 2 через маслоотражатель 3 и высоковакуумные затворы 5, 12 последовательно откачивается воздух. Детали 13 нагревают нагревателем 4 и сдавливают через промежуточный шток 7 усилием P, создаваемым гидроцилиндром 8, который питается от насоса 9 и управляется клапаном 10. Масло забирается насосом из бака 11.


Детали нагреваются введенным в камеру индуктором. При нагреве и сварке непрерывно удаляются образующиеся в камере газы. Для нагрева наряду с током высокой частоты используются вольфрамовые и графитовые (нагрев до 2500…30000 С), молибденовые и титановые (нагрев до 1360…23600 С) или нихромовые (нагрев до 10000 С) радиационные нагреватели, непосредственное протекание тока (электроконтактный нагрев), тлеющий разряд, инфракрасное излучение и др.

В настоящее время разработано большое количество разнообразных однопозиционных (и многопозиционных) установок с разными источниками нагрева.

Создана серийная универсальная машина МВД-301 мощностью 100 к Вт, предельным остаточным давлением воздуха 6,7*10-3 Па (5*10-5 тор), TН =15000 С, PС =30 кН и индукционным нагревом. Сварочная камера размером 420*420*420 мм рассчитана на диффузионную сварку деталей сечением до 3000 мм2 из однородный и разнородных металлов и их сплавов. Пневморычажный привод давления обеспечивает статическое, динамическое и циклическое нагружение. привод допускает перемещение деталей относительно индуктора с регулируемой скоростью без снятия давления, скорость изменения PС и TС и длительность пауз регулируются в широких пределах. Возможна сварка деталей пакетом и их термообработка или сварка нескольких соединений одной детали.

На базе машин МВД-10 созданы машины для сварки тонкостенных деталей в водороде, аргоне, гелии и других защитных газах, а также в вакууме до 10-1 тор. Вакуумная система обеспечивает требуемый вакуум и последующее заполнение камеры защитным газом. Создаются также установки для сварки крупногабаритных деталей с PС до 6500 к Н и объемом камеры 1 м3 для деталей размером 600*600*600 мм. Диффузионная сварка применяется во многих отраслях промышленности.


Холодная сварка
Холодная сварка осуществляется без внешнего нагрева соединяемых частей при значительной пластической деформации. Преимущественное течение металла в плоскости соединения, необходимое при сварке на воздухе, достигается вдавливанием в детали инструмента, их осадкой (с ограничением деформации около стыка) или сдвигом, совмещенным с осадкой. Осадку совмещают со срезанием грата или его надрезанием губками при образовании усиления в стыке (рис. 3, б) или без него (рис. 3, а). Инструмент 3 вдавливают с одной (рис. 3, в) или обеих сторон деталей 1, иногда после их предварительного сжатия пуансоном 2 (рис. 3, г). При растекании металла разрушаются и вытесняются из зоны соединения поверхностные пленки, сглаживаются микронеровности и создаются активные очаги взаимодействия частиц поверхностей.


Хрупкие пленки Ni и Cr толщиной 5 … 15 мкм, наносимые электролитически на Al или Cu, а так же некоторые искусственные оксиды, разрушаясь хрупко, облегчают взаимодействие частиц между поверхностями. Жировые пленки, растекаясь в плоскости соединения, затрудняют сварку. Толщина и тип покрытий в этой связи существенно влияют на качество соединений.

В глубоком вакууме требуемая степень деформации при Т=20º Cy, Sn, Pb, Cd снижается до 1,5; 2 и 5% соответственно, а при -196º С до 3, 10 и 26%.

Таким образом, повышение Т, нанесение хрупких пленок определенной толщины, разряжение воздуха и хорошая зачистка снижает требуемые степени деформации в зоне соединения.

Торцы перед стыковой сваркой торцуют, строгают, обрезают специальными ножницами или кусачками. Чем пластичнее металлы, ровнее и чище их поверхности, тем качественнее они свариваются. Детали обычно сваривают сразу после зачистки, не позднее 20 с. выдержка после зачистки щетками до 20 мин ведет к утолщению окисных пленок и колебаниям прочности с ее снижением в 2 … 3 раза. У Al критическая выдержка не превышает по расчетам ≈4 с. После никелирования пленка не растет и зачистки щетками не требуется. Порог схватывания уменьшается с уменьшением толщины, а разрушение становится более однородным с увеличением толщины пленки. При стыковой сварке критическая деформация определяется отношением прочностей отожженного и деформированного металла. В последнем случае требуемая деформация больше. Поэтому металлы лучше сваривать в отожженном состоянии. Для Al и Cu критическая деформация близка к 80 … 83%.

Свариваемость, следовательно, также зависит от прочностных характеристик металла и кинетики окисления после зачистки. Соединение формируется на участках симметрично разрушаемых поверхностных пленок. С увеличением степени деформации очаги схватывания растут и объединяются, а в прилегающем объеме снижаются напряжением, чем предупреждается разрыв образовавшихся связей. Чистые поверхности с окисленными, как правило, не свариваются.

У однородных пластичных металлов (Al, Cu) частицы поверхностей вступают во взаимодействие одновременно с началом деформации, а у разнородных твердых металлов - взаимодействие начинается позже.

Начальное схватывание проявляется у всех металлов, а качественная сварка у некоторых металлов требует столь сложных приемов, что становится нерациональной.

Хорошо свариваются металлы с гранецентрированной решеткой (алюминий, медь, серебро, платина, никель), труднее- металлы с кубической решеткой (α- железо, хром, молибден) и еще труднее- с гексагональной решеткой (цинк, бериллий), хотя титан с такой же решеткой сваривается удовлетворительно. Наиболее легко свариваются алюминий, медь и серебро, а также их некоторые сплавы. Перспективна сварка аустенитных сталей, титана и ниобия. Плохо сваривается углеродистая сталь. Для трудносвариваемых металлов используют прокладки из алюминия, меди, никеля и др.

С увеличением степени деформации пластичность исходного металла (в частности алюминия) снижается с 75 до 55 … 60%, а прочность σв повышается с 80 до 160 … 180 МПа.

Менее пластичные металлы (Fe, Ni и др.) сваривают при степенях деформации больших, чем это необходимо для разрушения окисных пленок. Замедленное снятие напряжений и повышение твердости металла соединения могут приводить к его разрушению.

Сварка вдавливанием осуществляется круглыми или прямоугольными пуансонами на деталях толщиной 0,2 … 15 мм. Глубина вдавливания h (степень деформации, %), влияющая на степень растекания металла в соединении зависит от материала деталей, состояния их поверхностей, формы пуансона и используемого оборудования. Ее обычно используют в качестве параметра, непосредственно связанного с толщиной деталей δ и состоянием поверхностей. Так, для качественной сварки из In при δ=1 мм, пуансоном d=5 мм после зачистки щеткой h=10%, после отжига h=35%, а после отжига и зачистки щеткой h=50%. Свинец после зачистки щебером сваривают при h=86%, а Cu, Fe и низкоуглеродистую сталь - при h=90; 81 и 84% соответственно.

При точечной сварке без зажатия прочность растет с увеличением вдавливания до 60 … 70% и давления для алюминия до 250 МПа и меди до 800 МПа. Повышение давления улучшает качество. Очаг сварки при зажатии дополнительным пуансоном 2 (см. рис. 3, г) деталей 1 больше d пуансона 3. Давление на опорные части при сварке алюминия толщиной 2 мм 110 … 120 МПа.

Сварка с предварительным зажатием по сравнению с обычной повышает прочность на 20%. Прочность у полос толщиной 1 … 5 мм растет с увеличением диаметра рабочего инструмента до 5 .. 6 мм, а при диаметре инструмента более 9 мм качество неудовлетворительно. Мягкие металлы сваривают круглым пуансоном, а нагартованную медь, алюминий и их сплавы- прямоугольным. Ширина пуансона b=(1 … 3) δ, его длина t=(2 … 3) b.

Площадь прижимов в 15 … 20 раз больше площади пуансона. Давление на пуансоне выбирается с учетом толщины деталей и требуемого качества.

Шины Cu + Cu при δ = 10+10,8+8 и 6+6 мм сваривают без дополнительного зажатия при h= 80% пуансонами d=12, 10 и 8 мм с прочностью (0,84…0,94)σв материала шины. Электрическое сопротивление соединений такое же как у целой шины. У наклепанного и отожженного Al h = 65 и 60 %(σв = 60 и 50 МПа), электротехнической Cu h = 70% (σ = 130МПа), у Pb h 98% (σ= 20МПа). С увеличением δ от 1 до 3 мм h увеличивается с 77,3 до 81% у Cu и с 79- до 80% у Ni. У разнородных материалов вдавливание выбирают по наиболее пластичному металлу.



Закрепление в заострённых и без заострения губках 2 стержни 1 с пластинами 3 сваривают при одностороннем (рис. 4, а) и двустороннем деформировании (рис. 4, б) пластин, зачищенных щеткой. Пластины Al при толщине δ = 10 мм сваривают со стержнем d = 10 мм при h =70%. Прочность соединений Cu стержней с пластинами из Al при обеих схемах 84…88 и 55…60% σв стержня. Уменьшается δ с 10 до 6 и 3 мм требуется увеличения h с 50 до 70…75 и 88…90%. Особо прочные алюминиевые сплавы свариваются плохо. Плакированный сплав Д16 в закаленном и отожженном состоянии удовлетворительно сваривается пуансонами 10*5 мм. Предварительное прижатие устраняется коробление деталей. Прочность на срез при h>86% достигает 0,78 σв основного металла. Ширина пуансона не должна быть более 1/7 ширины деталей. Сварка с продавливанием кромок одного из деталей через пуансон с установлением в нем второй деталью применяется при сварке бидонов. Герметичным швом роликами без выступов с раздавливанием кромок получают соединения δ= 0,50,5 мм, выдерживающие давление 0,12 МПа, 0,5+2мм-0,20МПа. Корпуса электронных приборов герметизируют односторонним вдавливанием пуансона с h=80%. Разнородными материалы сваривают при плоском пуансоне со стороны мягкого металла.

Стыковая сварка обеспечивает высокую прочность и достаточную пластичность соединения. Повторная осадка повышает качество соединения.

При повторной осадке суммарная величена деформации соединений алюминия меньше, чем при непрерывной осадке.

Основной схемой стыковой сварки является осадка в зажимах с заострёнными торцами, являющими скос 20-300 (а = 60-700, см.рис.3, а).В производственных условиях алюминий сваривают при pс = 260 МПа. Ориентировочно усилие pс выбирают из соотношения pс =pс/FσТ, где F- контактная площадь; σТ- предел текучести.

С повышением температуры pс уменьшается. Помимо pс режим определяется суммарной установочной длиной l1 +l2, степенью и схемой деформации и числом осадок. Продольный изгиб предупреждается при l1+l2 <3d(δ). Алюминий при осадке с медью укорачивается в 1,2…1,5 раза сильнее и требует большего припуска. У однородных металлов l1+l2 близка к d или δ, а у разнородных- обратно пропорционально их твердости. Например, при сварке прутков меди и алюминия она соответственно равна d+ 1.25 d.

Сваркой соединяют проволоку, стержни, кольца, трубы и различные сложные катаные и прессованные профили. Соединения наряду с высокой прочностью имеют хорошую электропроводность и герметичность.

Пластичность соединений такая же, как у наклепанного металла. Отжиг, обычно снижая прочность, повышает пластичность. алюминий отжигают при 100-2000 С, соединения из серебра и меди при 7000С и железо при 8000С. Если соединения недостаточно качественное, то отжиг также повышает прочность. Основными дефектами холодной сварки являются непровар, нарушение герметичности, отклонения в размерах и чрезмерное ослабление деталей при большом вдавливании.

Наиболее широко холодной сваркой соединяют медные провода, использую гудки с насечкой. При сварке проводов сечением 8,5 мм2 гудки не должны сходится ближе чем на 1,2 мм, а сечением 100мм2- на 1,7мм. Так как при одной осадке соединения хрупки, то делают две. Перед резкой на длине 200мм провод отмывают от грязи, жира и графита смоченной в бензине ветошью. Провода меди МФ сечением 100…150мм2 сваривают после зачистки металлической щеткой, травления в 25…30%-ном растворе азотной кислоты, нейтрализации в растворе питьевой соды и обезжиривания пламенем газовой горелки. Торцы при этом обрезаются перед сваркой по двухопорной схеме (рис.5). Сваривают на машинах с pс 4*105Н при двух осадках с l1 + 12 = 12 + 12 мм и 13 + 14 = 13 мм и увеличении сечения в стыке в 1,5 … 1,6 раза (утолщение, не уступающему целому металлу. При l1 = 12 = ударная долговечность равна целому проводу. Если d = 12 мм, то при 11 = 12 = 13 + 11 = 2d долговечность снижается, хотя прочносить соединения остается на уровне прочности провода. Предельна янесоосность по вертикали ограничивается 0,3 мм, а по горизонтали 0,5 мм. Проскальзывание при первой и второй осадке недопустимо.

Высокая пластичность окисных пленок свинца затрудняет его холодную сварку. Полосы сечения 500 х 8 мм встык сваривают с использованием зажимов, имеющих скос 450 на глубину рон, заканчивается скосом 300 . С увеличением степени деформации от 80 до 100 и 125% при сварке Рb +Pb угол загиба повышается от 35 до 60 и 180% . При деформации 130% соединения хрупки (угол загиба 300) .

Холодная сварка сдвигом не нашла широкого применения. Холодной сваркой соединяют выводы обмоток электродвигателей, герметизируют полупроводниковые приборы и их охладители, оконцовывают алюминиевые провода и шины медными наконечниками, приваривают флажки и сваривают емкости из алюминия. Холодную сварку производят на пневматических, гидравлических и пневмогидравлических машинах.

Машина МСХ-08 пневматическая с Рс = 8000 Н (8 кН), рассчитана на стыковую сварку Al при F = 0,5 … 7 мм2 , а также Cu и Al + Cu при F = 0,5 … 4 мм2.

Машина МСХ-5-3 пневматическая с Рос = 50 кН, рассчитана на стыковую сварку проводов Al при F = 2 … 30 мм2, а также Cu и Al + Cu при F = 2 … 20 мм2.

Машины МСХС-2005 и 1203 гидравлические с Рос = 50 кН и 12 кН, рассчитаны на стыковую сварку проводов из Al при F = 6 … 50 и 30 … 95 мм2.

Машина МСХС-802 гидравлическая с Рос = 80 кН, рассчитана на стыковую сварку проводов и шин из Al при F = 6 … 100 мм2, а также Cu и Al + Cu при F = 6 … 80 мм2.

В машинах МСХС-802, 2005 и 2003 автоматизированы обрезка встроенным резаком установленных вручную деталей по убирающемуся упору, точное задание 11 и 12, сварка с одной и двумя осадками, срезание гаранта и выталкивание проволоки из зажима. Это повышает производность и стабилизирует качество соеденеий. В машинах МСХС-12003 использован автоматный резак.

Машины МСХС-20-3 и 120-2 гидравлические с Рос = 200 кН и 1200 кН, рассчитаны на точечную стыковую сварку деталей из Al при F =20 … 200 и 100 … 1500 мм2 , а также Cu и Al + Cu при F =20 … 120 и 100 и 1000 мм2. Для точечной сварки можно использовать следующие машины:

Машина УТХС-10 пневматическая с Рс = 100 кН , рассчитана на точечную приварку флажков толщиной δ = 1,5 мм;

Машина МХСА=50-3 пневматическая с Рос = 1200 кН рассчитана на армирование точечной сварки деталей медными прокладками 60 х 60 мм.
Порядок выполнения задания:


  1. Изучить оборудование и особенности диффузионной сварки; составить таблицу технических параметров оборудования:

Таблица 1


Марка машины

w\кВт

Р, мПа(ост)

Тн,

Рс, кН

МТВ – 1601













МВД – 301
















  1. Изучить оборудование и особенности холодной сварки; составить таблицу технических параметров оборудования:

Таблица 2




Марка машины

Рос, кН

Fст,

Fал, м,

МСХС – 08










МСХС – 2005










МСХС – 802










МСХС – 20-3













  1. Ответить на вопросы:


Контрольные вопросы:


  1. Сущность диффузионной сварки, для чего необходим вакуум?

  2. Из чего состоят упаковки для диффузионной сварки?

  3. Сущность и область применения холодной сварки, ее виды?

  4. Из чего состоят машины для сварки?





Антисемит без евреев нуждается в самом необходимом. Геннадий Малкин
ещё >>