Сварка взрывом и трением. Схемы процесса, преимущества, недостатки и область применения
Сварка взрывом и трением относятся к видам сварки давлением и близки к холодной сварке.
Сваркой взрывом называют соединение металлов с образованием металлических связей под действием взрыва в результате быстрой (высокоскоростного соударения) пластической деформации, осуществляемой с помощью энергии взрывчатых веществ либо других источников энергии с большой удельной мощностью. Принципиальная схема сварки взрывом показана на рисунке 3.13. На поверхность привариваемой (метаемой) детали 3 равномерным слоем распределяется взрывчатое вещество 5, расположенной неподвижной детали (основание 1) на заданном расстоянии h, (тол, гексаген и т.п.) толщиной Н. На нижнем крае метаемой детали располагают детонатор 6. Под действием продуктов взрыва 10 метаемая пластина (облицовка) приобретает скорость порядка несколько сот метров в секунду. При таких скоростях, в зоне соударения металл соединяемых деталей течет подобно жидкости и сливается в одно целое, образуя монолитное соединение. Таким образом, взрыв распространяется в направлении стрелки и происходит как бы выстрел листом 3 в плиту 1. Процесс длится тысячные доли секунды.
Энергию взрыва стали использовать в промышленности прежде всего при обработке металлов. Именно исследования и работы по широкому внедрению в промышленность штамповки взрывом способствовали появлению сварки взрывом.
В нефтехимическом машиностроении этот способ сварки является весьма перспективным для получения биметаллических заготовок, получения многослойных материалов и плакирования крупногабаритных изделий (например, к листу из углеродистой стали, никеля, титана, меди, алюминия и др.). Сварка взрывом происходит в течение микросекунд, т.е. практически мгновенно, что предотвращает образование хрупких интерметаллидных прослоек при сварке разнородных материалов. С помощью сварки взрывом выполняют сварки биметаллических цилиндрических заготовок переменного диаметра, наружную облицовку цилиндрических тел кольцевым зарядом, приварку труб к трубным решеткам и др.
а – до начала; б – в процессе взрыва; 1 – жесткое основание; 2 – неподвижная деталь; 3 – метаемая деталь; 4 и 7 – прокладки; 5 – заряд; 6 – детонатор;
8 – кумулятивная струя; 9 – детонационная волна; 10 – продукты горения ВВ
Рисунок 3.13 – Схема сварки взрывом
Сварка трением выполняется с нагревом металла в зоне соединения до температуры, близкой к температуры плавления, за счет теплоты, выделяющейся при трении поверхностей свариваемых деталей. Помимо нагрева металла, трение способствует разрушению поверхностных пленок окислов, а совместное действие нормальных (от осевой силы сжатия) и тангенциальных напряжений при трении облегчает пластическую деформацию в зоне соединения. Схема процесса показана на рисунок 3.14.
Частота вращения детали составляет 500...1500 мин–1. Вследствие трения торцы деталей быстро разогреваются и через относительно короткое время происходит их оплавление, автоматически выключается фрикционная муфта, прекращая вращение шпинделя; затем производится осевая осадка деталей.
Способ весьма экономичен и обладает высоким к.п.д. Потребляемая мощность составляет 15...20 Вт/мм2, а затраты электроэнергии в 7...10 раз меньше, чем при контактной стыковой сварке. Сварка выполняется на специальных машинах, в зажимах которых закрепляют свариваемые детали. Эти машины, либо полуавтоматы с минимальным использованием ручного труда, либо автоматы, работа которых протекает вовсе без участия человека. При сварке трением отсутствуют вредные выделения.
Обычно сварка трением применяется при изготовлении деталей, имеющих форму тел вращения сплошного или трубчатого сечения. Способ позволяет сваривать не только однородные, но и разнородные металлы (например, алюминий с медью, алюминий со сталью, медь со сталью и др.). Особенно эффективна сварка заготовок металлорежущего инструмента. Сверл, метчиков, резцов и другого инструмента из углеродистой и быстрорежущей стали.
а – обычная; 6 – инерционная; 1 – тормоз; 2 – захват; 3 – маховик; 4 – муфта сцепления; 5 – неподвижная деталь; 6 – вращающаяся деталь
Рисунок 3.14 – Схема сварки трением
К недостаткам сварки трением следует отнести ограничение ее применения формой и размерами сечения диаметром менее 6 мм и более 20 мм нецелесообразно.