Холодне зварювання

План

1. сутність холодного зварювання.

2. підготовка поверхонь перед зварюванням.

3. види холодного зварювання.

4. формування зварного з’єднання.

5. сфера застосування та переваги холодного зварювання.

1. Сутність холодного зварювання.

Холодне зварювання здійснюється без зовнішнього нагрівання при нормальних і навіть при від’ємних значеннях температури.

Фізична суть процесу полягає в зближенні поверхонь, що зварюються до отримання металевих зв’язків між ними та відповідно в отриманні міцних з’єднань.

Таке зближення досягається сумісною пластичною деформацією. Велике зусилля забезпечує розрив плівки окислів на поверхнях, що зварюються, та наявність чистих поверхонь металу. Сумісна пластична деформація припадає на коротку мить зближення один з одним об’ємів кристалітів, розташованих перед стиканням шарів металу.

При холодному зварюванні поверхні, що необхідно зварити, спеціально гартуються.

Холодним зварюванням виконують точкове, шовні та стикові зварювання.

2. Підготовка поверхонь перед зварюванням.

Відомо, що жирові плівки при розтіканні в площині з’єднання затрудняють, а іноді і унеможливлюють зварювання. Тому їх перед зварюванням видаляють:

а) розчинниками;

б) прокалюванням.

Окисли зачищають сталевою щіткою, що обертається зі швидкістю 1500…3000 об/хв.

Торці перед стиковим холодним зварюванням торцюють, стругають, обрізають спеціальними ножами чи кусачками.

Чим пластичніші метали, рівніші та чистіші їх поверхні, тим більш якісно вони з’єднуються. Зазвичай деталі зварюються не пізніше ніж через 20с після зачистки.

Витримка після зачищення щітками до 20хв. веде до збільшення товщини окисних плівок. У алюмінію критична витримка не перевищує за розрахунками приблизно 4с.

Також на поверхні електролітично чи хімічно крихкі плівки нікелю та хрому товщиною 5…15мкм на алюміній та мідь. Також в якості цієї крихкої плівки при крихкому руйнуванні полегшують взаємодію між частинами поверхонь.

3. Здатність металів до холодного зварювання

Зварюваність, чи здатність металів утворювати при зварюванні міцне з’єднання, залежить як від кінетики окислення після зачищення поверхонь, так і від міцнісних характеристик металу.

З’єднання формується на ділянках, плівки яких симетрично руйнуються. Зі збільшення ступеня деформації центри охвачування розростаються та об’єднуються, а в об’ємі, що безпосередньо знаходиться біля контакту, знижується напруга, чим попереджається розрив зв’язків, що з’явилися. Чисті поверхні з оксидами як правило не зварюються.

У однорідних пластичних металів (алюміній, мідь) частина поверхонь вступає у взаємодію одночасно з початком деформації, у різнорідних – така взаємодія наступає пізніше.

Початкове зчеплення проявляється у всіх металів, а якісне зварювання у деяких металів настільки складних прийомів, що стає нераціональним.

Добре зварюються метали з ГЦК-граткою (Al, Cu, Ag, Au, Pt, Ni); гірше – метали з ОЦК-граткою (α-Fe, Cr, Mo) і ще гірше – з гексагональною граткою(Zn, Be), хоча Ti з цією граткою зварюється задовільно.

Найбільш легко зварюються Al, Cu та Ag, а також деякі їх сплави. Перспективне зварювання аустенітних сталей, титану та ніобію. Погано зварюються вуглецеві сталі. Для важко-зварювальних металів використовують прокладки з Al, Cu, Ni.

Зі збільшення ступеня деформації пластичність вихідного металу (наприклад алюмінію) знижується з 75 до 55…60%, а міцність підвищується з 80 до 160…180МПа.

Менш пластичні метали (Fe, Ni та інші) зварюють при більших ступенях деформації, ніж це необхідно для руйнування оксидних плівок. При чому, повільне зняття напруги та підвищення твердості металу з’єднання можуть призводити до його руйнування.

4. Види холодного зварювання.

а) точкове

однобічне

двобічне

б) стикове зварювання.

Цей вид зварювання зміщають зі зрізанням грату чи його надрізанням губками з посиленням в зоні стику (рисунок 1), чи без нього (рисунок 2).

в) Т-подібне зварювання з одностороннім та двостороннім вдавлюванням.

г) зварювання по контуру.

д) зварювання роликом (використовується при з’єднанні товщин δ=0,01…0,5мм, забезпечуючи герметичності 0,12МПа, а при з’єднанні товщин δ=0,5…2мм забезпечує герметичність 0,2МПа).

е) холодне зварювання в процесі екструзії (прямої екструзії, волочіння);

ж) холодне зварювання, яке здійснюється через фольгу іншого металу.

5. Формування зварних з’єднань.

При зварюванні вдавлюванням (точкове, Т-подібне)використовуються круглі чи прямокутні пуансони для деталей товщиною 0,2…15мм. Глибина вдавлювання h (ступінь деформації, %) впливає на ступінь розтікання металу в з’єднанні і в основному залежить від матеріалу деталей, стану поверхонь, форми пуансона та обладнання.

При холодному точковому зварюванні без стискання міцність збільшується зі збільшенням вдавлювання до 60…80% і так для:

Al – до 250МПа,

Cu – до 800МПа.

Підвищення тиску покращує якість з’єднання. При зварюванні з додатковими пуансонами площа зварних поверхонь буде більшою ніж діаметр пуансона. Тиск на додаткові опорні пуансони при зварюванні алюмінію з товщиною 2мм становить 110…120МПа.

Зварювання з попереднім стискання збільшує міцність з’єднання на 20%.

Площу прижимів обирають в 15…20 раз більшою площі пуансона. Тиск на пуансоні обирається з урахуванням товщини деталей.

Відомо, що холодне стикове зварювання забезпечує високу міцність та достатню пластичність з’єднань.

Основною схемою холодного стикового зварювання є осадження в затискачах з загостреними торцями, які мають скос 20…30˚

На виробництві алюміній зварюють при тиску навантаження Р=260МПа. Орієнтовно зусилля Р оберають зі співвідношення:

де S – контактна площа.

Крім того режим визначається сумарною установочною довжиною , ступенем та схемою деформації. Поздовжній згин попереджають при .

Алюміній при осаджуванні з міддю вкорочується в 1,2…1,5 рази сильніше і тому потребує більшого припуску. У однорідних металівблизькі (як правило ), а у різнорідних зворотно пропорційно їх твердості. Наприклад при зварюванні прутків міді та алюмінію.

6. Сфера застосування та переваги холодного зварювання.

Холодним зварювання в основному зварюють метали та сплави, які мають високу пластичність при кімнатній температурі, з крупнозернистою після відпалу. Це сплави Al, Cu, Ag, Au, Pt, Ni, Zn та інші близькі до них.

Переваги: мала витрата енергії, незначне змінення властивостей металу, висока продуктивність, можливість автоматизації.

Холодним зварюванням зварюють алюмінієві оболонки кабелів, мідні та алюмінієві дроти (діаметр від 0,2мм до діаметру контактних дротів), біметалеві контакти, побутові прилади із алюмінію, корпусів напівпровідникових приладів.

Дата добавления: 2014-01-11