Строение металлов (стр. 24 из 48)

Штамповке вытяжке обычно предшествует штамповка вырубка для получения контурной плоской заготовки.

Как штамповка вытяжка, так и вырубка чрезвычайно производительные процессы ( до нескольких сот заготовок в минуту). Поэтому они применяются в серийном и массовом производстве.

Штамповкой вытяжкой получают детали кузова автомобиля, металлическую посуду, боеприпасы, консервные банки и многое другое.

Применение их в мелкосерийном и индивидуальном производстве экономически не целесообразно в связи со значительными затратами на подготовку производства (стоимость штампов).

Л Е К Ц И Я № 11

4 СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ НЕРАЗЪЕМНЫХ

СОЕДИНЕНИЙ

4.1. Получение неразъемных соединений сваркой

Неразъемным называется соединение, при разборке которого целостность одной из деталей нарушается и ее нельзя повторно использовать в сборочной единице.

Сварка металлов - это технологический процесс получения неразьемных соединений за счет создания межатомных связей.

Межатомные связи между частями заготовок могут быть получены в результате совместной кристаллизации после расплавления определенных зон соединяемых частей, за счет местной пластической деформации и при взаимной диффузии атомов соединяемых частей.

В зависимости от температуры нагрева соединяемых частей заготовки, различают сварку плавлением и термомеханическую сварку.

Сварка применяется для создания сложных по форме заготовок и деталей, при больших габаритах изделий, при необходимости электрического контакта между частями изделия. Практическое применение сварка нашла во всех отраслях промышленности: машиностроении, судостроении, приборостроении, строительстве и т. д. (табл.4.1)

Таблица 4.1

Технико-экономические показатели некоторых распространенных

способов сварки плавлением

Способ сварки	Свариваемые металлы и область применения	Мощность источника энергии и его параметры	Расход газа	Производительность
Электродуговая ручная	Сталь низкоуглеродистая. В строительстве, судостроении, машиностроении.	5...18кВт U = 5...60 В I = 100...300А	нет	1.. .12 м/час
Электродуговая автоматическая под флюсом	Сталь. В машиностроении, в судостроении	5...50кВт	нет	25.80 м/час
Аргонодуговая ручная	Алюминиевые сплавы, нержавеющие стали. В машиностроении и судостроении	5...10кВт	180. 540 л/час	8.30 м/час
Аргонодуговая автоматическая	То же	5...15кВт	1000 - 2000 л/час	20.30 м/час
Газовая ручная	Сталь, медные сплавы. В строительстве, при ремонте в полевых условиях, в ювелир. деле	нет	60. 360 л/час	4.8 м/час

4.2. Сварка плавлением

Основная проблема при сварке плавлением - обеспечить расплавление локальных зон соединяемых частей при сохранении формы и свойств материала основной (большей) части заготовок.

Для обеспечения этого условия необходим мощный локальный источник нагрева, в качестве которого может выступать электрическая дуга, плазменная струя, лазерный луч и поток электронов.

4.2.1. Электродуговая сварка

Разработана русскими учеными Бенардосом Н.Н., Петровым В.В. Применяется в двух видах: сварка неплавящимся электродом и сварка плавящимся электродом (рис.4.1).

Сварка плавлением обычно возможна только в тех случаях, когда

свариваемые металлы образуют при расплавлении единую сварочную ванну, т. е. растворяются друг в друге в жидком состоянии. Поэтому применяется для сварки однородных металлов. Такая сварка применяется в основном в индивидуальном производстве, при ремонте и сварке малоуглеродистых сталей в полевых условиях.

а б

Рис. 4.1. Схема сварки неплавящимся (а) и плавящимся (б) электродами

4.2.2. Автоматическая сварка под слоем флюса (рис.4.2)

Этот вид сварки позволяет значительно увеличить мощность сварочной дуги, что позволяет за один проход сваривать стальные листы толщиной до 25мм. Горение дуги под слоем флюса позволяет защитить свариваемый металл от окисления. Такая сварка может быть полностью автоматизирована. При этом перемещение сварочной дуги (всего аппарата относительно заготовки, перемещение проволоки в зону дуги) обеспечивается специальными следящими системами.

Применяется при сварке стальных конструкций (корпуса химических агрегатов, цистерны, корпуса судов и т.д.).

Система сбора

нерасплавленного флюса

Барабан со сварочной

проволокой

Флюс

U

I

Бункер Электрическая Сварной шов

с флюсолм дуга

Рис. 4.2. Схема автоматической сварки под слоем флюса

Установка движется относительно детали со скоростью образования сварного шва. Проволока, являющаяся плавящимся электродом, подается со скоростью ее плавления, таким образом, чтобы длина электрической дуги оставалась постоянной.

4.2.3. Электродуговая сварка в защитном газе (рис.4.3)

Эта сварка применяется в тех случаях, когда свариваемые металлы очень активны химически и при высокой температуре интенсивно взаимодействуют с кислородом воздуха (окисляются или даже сгорают). К таким металлам относятся сплавы на основе алюминия, титана и ряда других, редко применяемых в технике.

При этом виде сварки поток защитного газа должен омывать нагретые участки сварного шва и зону горения сварочной дуги, так как в ней непосредственно происходит плавление присадочной проволоки, выполненной из того же, что и свариваемые заготовки, материала.

В качестве защитных применяются обычно инертные газы (аргон, гелий). При сварке стали высокой эффективностью в качестве защитного обладает углекислый газ.

Расход защитного газа существенно удорожает получение сварных конструкций этим методом.

Такой вид сварки широко применяется в судостроении, машиностроении, аэрокосмической промышленности.

Подача

присадочного

материала

Поток защитного

газа (Ar, He, CO₂)

Свариваемые детали

Рис. 4.3. Электродуговая сварка в среде защитнтго газа

4.2.4. Газовая сварка (рис.4.4)

Расплавить металл в зоне сварного шва можно не только электрической дугой, но и пламенем, образующимся при сгорании некоторых газов в кислороде. Так при горении в кислороде водорода, ацетилена и ряда других, реже используемых газов, температура пламени превышает 3000°С.

Однако пламя является менее концентрированным источником энергии, поэтому таким методом можно сваривать только тонкие заготовки (< 5мм). Применяется такая сварка весьма ограниченно: в полевых условиях, где отсутствуют источники электрического тока, в строительстве (сварка трубопроводов в труднодоступных местах) и т. д.

Рис. 4.4. Газовая сварка

Кислород и ацетилен обычно поступают из баллонов, которые транспортируются к месту сварки.

Применение современных концентрированных источников тепловой энергии позволило разработать новые виды сварки, электроннолучевую и лазерную (рис.4.5), отличающиеся локальностью воздействия на обрабатываемый материал, позволяющие сваривать зачастую разнородные металлы с высокой производительностью. При этом зона расплавления может быть значительно меньше, что повышает качество соединения.

Применяются данные виды сварки в аэрокосмической, судостроительной промышленности, в атомном и общем машиностроении.

Электронная пушка

Поток

электронов ОКГ

Фокусирующая

– оптика

+

Зона

сварки

Вакуум

Свариваемые части

заготовки

а

Свариваемые части б

заготовки

в

Рис. 4.5. Схема электронно-лучевой (а), лазерной (б) сварки и виды

сварных швов при рпазличных видах сварки (в)

4.2.5. Термомеханическая сварка.

Самым древнейшим способом соединения стальных заготовок является кузнечная сварка (рис. 4.6), при которой заготовки при высокой температуре совместно проковываются, разделяющая их пленка окислов железа разрушается, а в результате пластической деформации кристаллы металла из различных частей заготовки сближаются и происходит их соединение.

Рис. 4.6. Схема кузнечной (термомеханической) сварки

Электроконтактные виды сварки (рис.4.7) основаны на нагреве зоны контакта двух частей заготовки в зоне их стыка при их механическом сдавливании. Процесс может быть реализован, если электрическое сопротивление контакта заготовок превышает сопротивление всей электрической цепи. Тогда в зоне контакта будет выделяться тепловая мощность W = I ² ∙ R_k

где I - величина электрического тока в цепи;

R_k - сопротивление контакта.

а б в

Рис. 4.7. Виды электроконтактной сварки