Зварюваність – це технологічна характеристика металу, яка визначає його придатність до утворення зварного поєднання. Вона буває двох видів: технологічна зварюваність (визначається для окремого сплаву способами і режимами зварювання) і фізична зварюваність (визначається процесами, що відбуваються у зоні сплавлення металів). Сплави, що зварюються, можуть мати однакові і різні хімічні склади і властивості. У першому випадку це однорідні за хімічним складом і властивостями сплави, а у другому – різнорідні. Взаємне розчинення і утворення зварного шву відбуваються при розплавленні однорідних металів та їх сплавів (сталі, міді тощо). Усі однорідні метали мають фізичну зварюваність.
Більш складним є поєднання різнорідних металів. Це пояснюється різністю їх фізичних та хімічних властивостей, а також атомної будови. Властивості різнорідних сплавів інколи не забезпечують протікання необхідних для зварювання фізико-хімічних процесів, тому ці метали не мають фізичної зварюваності.
В залежності від способів, що застосовуються для усунення причин, як і заважають отриманню тривкого поєднання, усі види зварювання (їх близько 70) підрозділяють натри основні групи:
1. Зварювання плавленням (зварювання у рідкому стані).
2. Зварювання плавленням і тиском (зварювання у рідко-твердому стані).
3. Зварювання тиском (зварювання у твердому стані).
У основі класифікації зварювання металів та їх сплавів лежать наступні ознаки:
1. Фізичні ознаки – виділяють три основні фізичні ознаки: вид енергії, яка вводиться, наявність тиску та вид носія енергії. В залежності від виду енергії, яка вводиться, зварювальні процеси поділяються на такі класи:
а) термічний – види зварювання, які здійснюються плавленням із застосуванням теплової енергії: дугове, плазмове, електронно-променеве, лазерне, електрошлакове, газове, високочастотне, термітне та ін.;
б) термомеханічний – види зварювання, які здійснюються із застосуванням теплової енергії і тиску: контактне, дифузійне, газопресове та ін.;
в) механічний - види зварювання, які здійснюються із застосуванням механічної енергії і тиску: ультразвукове, тертям, холодне, вибухом та ін.
2. Технічні ознаки – до них відносять такі види зварювання:
а) за способом захисту зони зварювання: зварювання на повітрі, у вакуумі, захисних газах, під флюсом, по флюсу, у піні і з комбінованим захистом;
б) за безперервністю процесу: безперервні та перервні види зварювання;
в) за ступенем механізації зварювання: ручні, механізовані, автоматизовані та автоматичні види зварювання.
3. Технологічні ознаки – класифікація зварювання за цими ознаками проводиться в залежності від форми зварного поєднання, роду і полярності струму, виду електроду, що плавиться чи не плавиться і т.д. Розрізняють газове, електрошлакове, електронно-променеве, дифузійне, ультразвукове, холодне та ін. види зварювання.
Електроерозійне зварювання (ЕЕЗ). Його сутність заключається у зміні форми, розмірів і властивостей заготівок шляхом їх поєднання і зняття при цьому припуску металів за рахунок керованого процесу електричної ерозії – тобто руйнування матеріалу електродів при електричному пробої міжелектродного проміжку. Процеси обробки заготівок за допомогою ЕЕЗ можна умовно поділити на три групи:
1. Задана форма деталі забезпечується тільки переміщенням електроінструменту. Так проводять ЕЕЗ із застосуванням зварювального дроту.
2. Отримання заданої форми забезпечується взаємним переміщенням електроінструменту і заготівки. Ці операції отримали менше розповсюдження.
Обробку за допомогою ЕЕЗ застосовують:
1) при заготівельних операціях – ЕЕЗ використовують для отримання заготівок із молібдену, вольфраму, нікелевих і титанових сплавів та інших ме6талів, що важко обробляються. Виготовлення заготовок із прокату виконують за допомогою електроінструментів, а виготовлення точних малогабаритних заготівок виконують за допомогою зварювального обладнання;
2) для формування робочих порожнин штампів, прес-форм. Штампи після обробки ЕЕЗ мають підвищену зносостійкість;
3) також ЕЕЗ застосовують при виготовленні деталей у електронній та авіаційній галузях.
Дифузійне зварювання відбувається у твердому стані внаслідок виникнення зв’язків на атомарному рівні, що з’являються у результаті максимального зближення контактних поверхонь за рахунок локальної пластичної деформації при підвищеній температурі, яка забезпечує взаємну дифузію у при поверхневих шарах матеріалів, що поєднуються. Деталі, які зварюються, здавлюють з невеликим зусиллям і нагрівають. Процес зварювання послідовно включає у себе виникнення і розвиструм фізичного контакту. Активацію контактних поверхонь, взаємодію атомів, у результаті чого між ними встановлюються зв’язки, що призводять до утворення монолітного поєднання.
До режимів дифузійного зварювання відносять:
1. Температуру нагрівання. Температуру зварювання зазвичай обирають підвищену, що сприяє збільшенню поверхні стикання деталей, а також прискоренню процесів очищення поверхонь від оксидів. Але якщо деталі тонкі, то температуру знижують, щоб уникнути їх деформації. А отримання необхідної тривкості досягається збільшенням тривалості нагрівання.
2. Питомий тиск при зварюванні – при дифузійному зварюванні він не повинен викликати помітних пластичних деформацій деталей.
3. Час витримки.
4. Середовище, в якому відбувається дифузійне зварювання – воно у значній мірі впливає на зварне поєднання, тому частіше всього воно відбувається у вакуумі, який має гарні захисні якості (в такому разі виключається окислення при зварюванні).
Переваги дифузійного зварювання визначаються відсутністю плавлення металу при зварюванні, незначними змінами властивостей основного металу, мінімальними остаточними напруженнями і деформаціями, більшим ступенем точності виготовлення вузлів і невеликою вірогідністю виникнення тріщин, можливістю зварювання різнорідних металів.
1.4 Нові види обробки матеріалів (електрофізичні, електрохімічні)
До фізико-хімічних методів обробки матеріалів (ФХО) відносять методи, які забезпечують знімання матеріалу, що обробляється в результаті фізико-хімічних процесів. За механізмом руйнування і знімання матеріалу всі фізико-хімічні процеси обробки розділять на три групи:
1. Електрофізичні методи обробки (ЕФО) засновані на принципі впливу теплового потоку на матеріали. Тобто при обробці використовуються теплові ефекти, які супроводжують протікання електричного струму, із створенням у зоні обробки високих щільностей теплової потужності. Основними видами ЕФО є:
1) Лазерна обробка – заснована на впливі на матеріал заготівки сфокусованого поліхроматичного (монохроматичного) випромінювання, яке викликає нагрівання, плавлення та (або) випарування матеріалу, який обробляється. Для цього виду ЕФО використовуються спеціальні установки, в якості робочого інструменту, такі як: газові або гелійнеонові лазери.
Лазерну обробку використовують для таких операцій:
– вирізання заготівок;
– нанесення маркування;
– локальне легування;
– пайка тощо.
2) Плазмова обробка – при її використанні відбуваються фізичні процеси, завдяки яким в результаті впливу низькотемпературної плазми виникають зміни складу, структури або фізичного стану матеріалу, який обробляється, що в свою чергу призводить до зміни форми чи геометричних розмірів заготівки. Для плазмової ЕФО в якості робочого інструменту також використовують спеціальні установки – плазмотрони (генератори низькотемпературної плазми).
Плазмову обробку застосовують для наступних операцій:
– закалювання;
– карбідізація;
– випал та модифікація поверхні матеріалу;
– плазмове напилення та наплавлення;
– глазурування тощо.
2. Електрохімічні методи обробки (ЕХО) – це один із сучасних методів виготовлення деталей із металів та сплавів з заданими формою, розмірами і якістю поверхні. Розрізняють такі види ЕХО:
1) Анодна ЕХО – відбувається в результаті анодного розчинення металу. Її доцільно застосовувати для важко оброблювальних механічними методами матеріалів. Цей процес відбувається за відсутністю контакту між заготовкою та інструментом, що робить його придатним і для обробки тонкостінних деталей, які легко деформуються при механічній обробці; а також деталей з крихкого матеріалу, що схильні до утворення тріщин і, внаслідок цього, погіршення експлуатаційних якостей деталей.
Перевагами анодної ЕХО можна вважати:
– практичну відсутність зносу інструменту;
– поліпшення якості поверхні деталі;
– підвищену точність обробки.
Суттєвим недоліком методу є те, що висока електропровідність розчинів електролітів призводить до низької локалізації процесу знімання металу і розчинення металу не тільки в призначеній зоні, а й у прилеглих до неї дільницях поверхні деталі.
2) Катодна ЕХО – характеризується процесом протікання електричного струму у електрохімічній системі, при цьому іони металу із розчину виділяються на катоді (катодом є форма). Після утворення на формі шару металу необхідної товщини копію відділяють від форми і отримують деталь.
Переваги катодної ЕХО:
– вона має високу точність відтворення геометричної форми моделі і точним копіюванням рельєфу поверхні;
– цей вид ЕХО дозволяє знизити трудомісткість виготовлення деталей в порівнянні з традиційними механічними методами обробки, скоротити чисельність робітників.
Суттєвим недоліком можна вважати те, що при проведенні процесу у стаціонарних гальванічних ваннах цей процес є вельми тривалим, до того ж за таких умов великою є можливість виникнення шорсткостей.