Контрольная работа.Технология сварки давлением - файл 1.doc

Контрольная работа.Технология сварки давлением
скачать (159 kb.)
Доступные файлы (1):
1.doc159kb.19.09.2012 00:07скачать

1.doc



Министерство образования и науки Российской Федерации

Новосибирский государственный технический университет

Факультет дистанционного образования

Курсовая работа

по дисциплине «Технология машиностроения и оборудование отрасли»

на тему «Технология сварки давлением»

Выполнил:

студент гр. ДЭ-840

Леванчук Евгений Владимирович

Проверил:

Мартынов Эдуард Захарович

Дата ____________

Новосибирск – 2011

Содержание
Введение………………………………………………………………….…………..3

1 Сущность процесса сварки давлением…………………………………………...4

2 Виды сварки давлением…………………………………………………………...7

2.1 Контактная сварка……………………………………………………………….7

2.2 Диффузионная сварка………………………………………………………….14

2.3 Сварка трением………………………………………………………………....15

Заключение………………………………………………………………………….18

Список используемой литературы………………………………………………...19


Введение
Тема курсовой работы – «Технология сварки давлением».

Существующие в настоящее время способы сварки можно разделить по технологическим признакам на две группы: сварка плавлением и сварка давлением. К сварке давлением относят способы сварки, при которых металл непосредственно в зоне шва может иметь температуру ниже или выше точки плавления, но сваривание происходит при действии на свариваемое соединение статического, ударного или даже высокочастотного вибрационного давления.

Современный научно-технический прогресс связан с комплексной механизацией и автоматизацией технологических процессов, в том числе и сварочных. Наука о сварке развивается высокими темпами. Сварка изделий давлением создает необходимые предпосылки для автоматизации технологических процессов. Способы сварки давлением отличаются друг от друга источниками нагрева, технологическими режимами, степенью деформации материала и прочее. Именно поэтому тема курсовой работы «Технология сварки давлением» является актуальной в настоящее время.

Цель курсовой работы – изучить технологию сварки давлением.

В рамках данной темы решаются следующие задачи:

- описание сущности процесса сварки давлением;

- исследование видов сварки давлением;

- изучение контактной сварки, диффузионной сварки, сварки трением.

1 Сущность процесса сварки давлением
Под сваркой давлением понимают все виды сварки, при которых происходит пластическая деформация металлов в зоне контакта, в результате чего образуется сварное соединение. Этот процесс становится возможным при условии образования между двумя деталями межатомных связей кристаллических решеток. Для образования сварного соединения поверхности деталей сближают между собой настолько, что происходит взаимодействие атомов металла, расположенных на одной поверхности с атомами металла другой поверхности. После чего происходит объединение электронных оболочек, формируя металлургические связи. Граница соединения перестает быть барьером и происходит взаимная диффузия атомов, сопровождающаяся структурными изменениями в зоне контакта и деформацией с выделением большого количества тепла. [2, с.68]

Рассмотрим сущность процесса на примере стыковой контактной сварки (Рисунок 1).



Рисунок 1 - Схема контактной стыковой сварки.

Условные обозначения: 1 - неподвижная плита; 2 - зажимы (электроды); 3 - заготовки; 4 - подвижная плита; 5 - сварочный трансформатор; 6 – контакт.

Свариваемые заготовки 3, закрепленные в зажимах (электродах) 2 стыковой машины, сжимаются осевой силой Р. Электроды подключены к сварочному трансформатору 5, при включении которого через заготовки протекает сварочный ток. Он нагревает заготовки, причем наибольшее количество теплоты выделяется в месте контакта 6 между заготовками, так как сопротивление контакта является наибольшим во вторичной цепи и вот почему: действительное сечение контакта значительно меньше сечения заготовок за счет касания заготовок только по выступам поверхностей; на поверхности металла имеются пленки оксидов и загрязнений с малой электропроводимостью.

Количество выделяемой теплоты определяется законом Джоуля-Ленца по формуле 1.

Q = I2Rt, где (1)

Q – количество теплоты, Дж.;

I - сварочный ток, A;

R - сопротивление контакта, Ом;

t - время протекания тока, с.

Простой анализ этой формулы показывает, что эффективный нагрев места сварки может быть получен при больших значениях сварочного тока, так как оно входит в выражение во второй степени. Действительно, сварочный ток при контактной сварке может достигать тысяч и даже десятков тысяч ампер.

Нагрев металла приводит к повышению его пластичности. В результате под действием осевой силы происходит пластическая деформация. Микронеровности поверхности сминаются, пленки разрушаются, поверхностные атомы сближаются до расстояний, соизмеримых с параметром кристаллической решетки, что обеспечивает возможность образования межатомных связей.

Качество сварного соединения, полученного давлением, во многом зависит от подготовки поверхностей, от способности металла подвергаться пластической деформации и от приложенных усилий. В некоторых случаях свариваемые поверхности подвергают предварительному нагреву до температуры меньшей, чем требуется для образования жидкой фазы.

Виды сварки давлением отличаются друг от друга источниками нагрева, технологическими режимами, степенью деформации материала и прочее. Рассмотрим основные виды сварки давлением подробнее в следующем разделе курсовой работы. [4]
2 Виды сварки давлением

2.1 Контактная сварка

Контактная сварка является основным видом сварки давлением термомеханического класса. Она осуществляется с применением давления и нагрева места сварки проходящим через заготовки электрическим током. Контактная сварка является термомеханическим видом сварки, при которой контакт металлов в заданной точке сопровождается подачей электрического тока, вызывающего нагрев и необходимую для межатомных связей пластическую деформацию металлов.

Свариваемые детали тщательно зачищают от грязи и оксидов, закрепляют в зажимах сварочной машины и сжимают между собой с требуемым усилием. Одновременно через контакт подается электрический ток от сварочного трансформатора. В зоне контакта происходит разогрев металла до температуры близкой к плавлению. Пластичный металл под действием сжимающего усилия вытесняется вместе с образовавшимися оксидами. В результате этого бугорки и неровности, имеющиеся на свариваемых поверхностях, разрушаются, что дает возможность сближению деталей на расстояние, при котором возможны межатомные связи. Усиливая сжатие, добиваются пластической деформации поверхностей, при которой происходит взаимная диффузия атомов, что приводит к созданию неразъемного соединения. Усилие сжатия не снимают до тех пор, пока не произойдет процесс кристаллизации. [1, с. 84]

Особенностью контактной сварки является образование наплыва металла, вызванного усадкой металла. Такие наплывы, называемые гратом, удаляют механическим способом после полного остывания сваренных деталей.

В зависимости от объема металла, формы сварного соединения, усилий сдавливания (деформаций), действующих на сварной шов, контактная сварка подразделяется на стыковую, точечную, рельефную и шовную.

Контактная стыковая сварка осуществляется без расплавления и с расплавлением металла. Стыковую сварку с разогревом стыка до пластического состояния называют сваркой сопротивлением, стыковую сварку с разогревом стыка до оплавления - сваркой оплавлением.

При сварке сопротивлением заготовки сначала сжимают усилием, обеспечивающим образование физического контакта свариваемых поверхностей, а затем пропускают сварочный ток. После разогрева места сварки происходит осадка и образуется соединение в твердой фазе. Для обеспечения равномерного нагрева по всему сечению поверхности заготовок тщательно подготовляют. Необходимость обеспечения равномерного нагрева ограничивает возможность применения сварки сопротивлением только для деталей небольшого (площадью до 200 мм2) и простого сечения (круг, квадрат).

Сущность сварки оплавлением заключается в том, что свариваемые заготовки сближают при включенном сварочном трансформаторе. Касание поверхностей происходит по отдельным выступам. Ввиду того, что площадь образовавшихся контактов очень небольшая, плотность тока, протекающего через эти контакты, настолько велика, что происходит мгновенное оплавление металла с образованием жидких перемычек, которые под действием паров металла разрушаются. Часть металла в виде искр выбрасывается из стыка. Вместе с жидким металлом выбрасываются загрязнения, которые присутствуют на поверхности заготовок. Продолжающееся сближение заготовок приводит к образованию новых перемычек и их оплавлению. Непрерывное образование и разрушение контактов-перемычек между торцами приводит к образованию на торцах слоя жидкого металла. После оплавления торцов по всей поверхности осуществляют осадку. При осадке жидкий металл из стыка выдавливается наружу и, затвердевая, образует грат. Обычно грат удаляют в горячем состоянии. [3, с. 112]

Сварка оплавлением может быть прерывистая и непрерывная. При прерывистом оплавлении заготовки под током приводят в соприкосновение и вновь разводят. Образующийся при разведении электрический разряд между торцами заготовок оплавляет торцы. После нескольких повторных замыканий на торцах образуется слой жидкого металла. При включении механизма осадки жидкий металл выдавливается из стыка, торцы приходят в соприкосновение, и образуется сварное соединение.

Сварка оплавлением имеет преимущества перед сваркой сопротивлением: торцы заготовок перед сваркой не требуют тщательной подготовки, можно сваривать заготовки с сечением сложной формы и большой площадью, а также разнородные металлы.

Стыковую сварку оплавлением применяют для соединения заготовок сечением до 100 000 мм2. Типичными изделиями являются элементы трубчатых конструкций, колеса, кольца, рельсы, железобетонная арматура, листы, трубы.

Если контакт свариваемых деталей происходит не всей поверхностью, а отдельными точками, то такая сварка называется точечной. Различают одно-, двух- и многоточечные виды сварки, отличающиеся друг от друга количеством сваренных точек. [3, с. 115]

Точечную сварку применяют преимущественно при соединении листовых заготовок. Схема точечной сварки изображена на рисунке 2.



Рисунок 2 – Схема точечной сварки.

Условные обозначения: 1 – заготовки; 2 – электроды; 3 – сварная точка.

Свариваемые заготовки 1 собирают внахлестку, сжимают между двумя медными электродами 2 и пропускают электрический ток (от сварочного трансформатора). При протекании тока выделяется теплота в заготовках и электродах. В связи с тем, что наибольшим электрическим сопротивлением обладает контакт между заготовками и электроды, как правило, охлаждаются водой и отводят теплоту с поверхности заготовок, происходит интенсивный нагрев металла только в месте контакта. Здесь металл расплавляется и появляется жидкое ядро, которое затвердевает после выключения сварочного тока, образуя сварную точку 3.

Кристаллизация металла происходит при сохраняющемся давлении электродов, что предотвращает образование в ядре точки дефектов усадочного характера - пор, трещин, рыхлот. В некоторых случаях давление в конце цикла сварки увеличивают, осуществляя «проковку» металла. [4]

Перед сваркой контактные поверхности деталей зачищают металлической щеткой, пескоструйной обработкой или травлением и обезжиривают растворителями. Это необходимо для обеспечения стабильного процесса, который зависит от постоянства контактного сопротивления.

Точечная сварка в зависимости от расположения электродов по отношению к свариваемым заготовкам может быть двусторонней и односторонней.

В многоточечных сварочных машинах, предназначенных для изготовления специальных сварных конструкций (элементы кузовов автомобилей, вагонов, различных панелей) одновременно сваривается несколько точек (или несколько десятков точек).

Режим точечной сварки может быть мягким и жестким. Мягкий режим характеризуется плавным нагревом заготовок сравнительно небольшим током. Время протекания тока обычно 0,5 - 3 с. Мягкие режимы применяют для сварки сталей, склонных к закалке.

Жесткие режимы осуществляют при малой продолжительности (0,1 - 1,5 с) тока относительно большой силы. Давление электродов также большое. Эти режимы применяют при сварке алюминиевых и медных сплавов, обладающих высокой теплопроводностью, а также высоколегированных сталей с целью сохранения коррозионной стойкости: на мягких режимах возможно обеднение металла хромом за счет образования карбидов хрома.

Точечную сварку широко используют для изготовления штампосварных конструкций. Толщина свариваемых металлов в среднем составляет 0,5—8 мм. Для осуществления точечной сварки все более широкое использование получают сварочные роботы.

Точечная сварка находит применение при соединении листов, пластин и арматурных стержней на участках, ограниченных площадью торцов (электродов, подводящих ток и передающих усилие сжатия). Свариваемые детали обычно располагают на нижнем электроде, после чего верхний электрод опускают, детали сжимают с усилием и пропускают один или несколько импульсов тока, нагревающих и расплавляющих контактные участки, называемые точками. [4]

Разновидностью точечной сварки является рельефная сварка (Рисунок 3), при которой между плоскими электродами 1 зажимают заготовки 2, на одной из которых заранее подготовлены (отштампованы) выступы 3. Эти выступы обеспечивают высокую плотность тока и концентрированный нагрев в месте контакта, который приводит к плавлению металла и образованию сварных точек.



Рисунок 3 – Схема рельефной сварки.

Условные обозначения: 1 - плоский электрод; 2 - заготовка; 3 – выступ.

Рельефная сварка используется для соединения изделий внахлестку со значительной контактной площадью. Чтобы изделия лучше прилегали в местах сварки (например, при сварке закладных деталей), на одной или обеих деталях штампуют выступы-рельефы. Свариваемые детали располагают на контактной плите, затем их сжимают с усилием, после чего пропускают несколько импульсов тока. Сварка может осуществляться по одному или нескольким рельефам одновременно. [5]

Шовную сварку выполняют непрерывным швом вращающимися дисковыми электродами. На рисунке 4 показана схема шовной сварки.



Рисунок 4 - Схема шовной сварки.

Условные обозначения: 1 - заготовки; 2 - сварочные электроды (ролики); 3 - сварной шов.

Заготовки 1, как и при точечной сварке, собирают внахлестку и зажимают между электродами 2, которые выполнены в виде роликов. Они передают усилие заготовкам, осуществляют подвод тока и перемещение заготовок. При движении заготовок между роликами образуются перекрывающие друг друга сварные точки, в результате чего получается сплошной герметичный шов 3.

Шовную сварку можно осуществлять при одностороннем и двустороннем положении электродов. Шовную сварку выполняют с непрерывным включением тока, с прерывистым включением тока, а также, впрочем, весьма редко, с прерывистым вращением роликов и остановкой их в момент включения сварочного тока.

Шовную сварку применяют при изготовлении различных емкостей с толщиной стенки 0,3 - 3 мм, где требуются герметичные швы - бензобаки, трубы, бочки, сильфоны и другое.

Шовная контактная сварка применяется для соединения изделий длинным прямым или фигурным швом (точнее, рядом точек). Инструментами сварки являются электроды-ролики, обеспечивающие как сжатие изделий с усилием, так и пропуск импульсного тока для плавления металла. Если удлинить паузы между импульсами тока, то с помощью вращающихся роликов можно достичь высокой производительности сварки. [4]

Контактная сварка сопровождается электрическим нагревом и сжатием с определенными усилиями мест соединения металлических деталей. Нагрев осуществляется теплом, которое выделяется в точках контакта свариваемых элементов при прохождении электрического тока. Для получения качественных сварных соединений металл в зоне сварки должен быть нагрет до температуры плавления или пластического состояния, позволяющего легко соединять детали сжатием. Качество контактной сварки увеличивают с применением защиты свариваемой зоны средой инертных газов. Это помогает избежать появления тугоплавких оксидов, затрудняющих тесный контакт свариваемых поверхностей, увеличивая надежность сварки.

Контактная стыковая сварка применяется для соединения встык арматуры стержней, полос, листов. При этом свариваемые детали зажимаются электродами-губками с усилием, что обеспечивает необходимый электрический контакт и содействует осадке деталей с силой после их нагрева. Процесс электрической контактной сварки характеризуется параметрами формирования сварного соединения, температурой и давлением, электрическим сопротивлением и структурой металла в зоне сварки.

Контактная сварка широко применяется в автомобильной, судостроительной, строительной промышленности. В настоящее время около 70% сварочных работ при изготовлении автомобилей, котельных установок и около 80% сварки арматуры на передовых заводах стройиндустрии выполняют контактной сваркой. [1, с. 92]
2.2 Диффузионная сварка
Диффузионная сварка - способ соединения деталей при их нагреве и длительной деформации в условиях ограниченного окисления металлов или с восстановлением окислов. Сварное соединение образуется в результате взаимной диффузии атомов в поверхностных слоях контактирующих металлов. Диффузионную сварку рациональнее производить в вакууме, так как при нагреве вакуум способствует очистке поверхностей деталей. После нагрева места соединения детали сжимают давлением 1-20 МПа и выдерживают несколько минут.

Недостаток этого способа - невысокая прочность сварки. Диффузионная сварка позволяет соединять сталь с алюминием, чугуном, вольфрамом, титаном и так далее.

Диффузионная сварка как способ соединения материалов в твёрдой фазе, в последнее время находит всё большее применение.

Отличительными особенностями диффузионной сварки являются: безотходность получения соединений разнородных материалов (в том числе металлов с диэлектриками), а также образование принципиально новых композиционных материалов. Всё это позволяет с помощью диффузионной сварки решать задачи, которые для других способов сварки являются либо экономически невыгодными, либо принципиально невозможными. В настоящее время диффузионная сварка с успехом используется в электротехнической, электронной, нефтяной, судостроительной, авиационной и других отраслях промышленности. С разработкой новых материалов со специфическими свойствами значение этого способа сварки будет возрастать. Таким образом, круг задач, которые могут быть решены при помощи диффузионной сварки, на данный момент ещё далеко не определён. Можно с уверенностью сказать только одно – этот способ, помимо выигрыша в экономике, способен обеспечить и новые технологические решения. [4]
2.3 Сварка трением
Сварка трением это разновидность сварки давлением, при которой нагрев осуществляется трением, вызванным перемещением (вращением) одной из соединяемых частей свариваемого изделия (Рисунок 5).



Рисунок 5 - Схема сварки трением.

Сварка трением предполагает, что необходимо жестко закрепить одну деталь, а другую, прижав к ней, вращать, то за счет механической работы сил трения детали в месте прикосновения сильно разогреются, оплавятся и сварятся.

Сварка трением является разновидностью сварки давлением, при которой механическая энергия, подводимая к одной из свариваемых деталей, преобразуется в тепловую; при этом генерирование теплоты происходит непосредственно в месте будущего соединения.

Теплота может выделяться при вращении одной детали относительно другой или вставки между деталями, при возвратно-поступательном движении деталей в плоскости стыка с относительно малыми амплитудами и при звуковой частоте. Детали при этом прижимаются постоянным или возрастающим во времени давлением. Сварка завершается осадкой и быстрым прекращением вращения. [5]

В зоне стыка при сварке протекают следующие процессы. По мере увеличения частоты вращения свариваемых заготовок при наличии сжимающего давления происходит притирка контактных поверхностей и разрушение жировых пленок, присутствующих на них в исходном состоянии. Граничное трение уступает место сухому. В контакт вступают отдельные микровыступы, происходит их деформация и образование ювенильных участков с ненасыщенными связями поверхностных атомов, между которыми мгновенно формируются металлические связи и немедленно разрушаются вследствие относительного движения поверхностей.

Этот процесс происходит непрерывно и сопровождается увеличением фактической площади контакта и быстрым повышением температуры в стыке. При этом снижается сопротивление металла деформации, и трение распространяется на всю поверхность контакта. В зоне стыка появляется тонкий слой пластифицированного металла, выполняющего роль смазочного материала, и трение из сухого становится граничным.

Под действием сжимающего усилия происходит вытеснение металла из стыка и сближение свариваемых поверхностей (осадка). Контактные поверхности оказываются подготовленными к образованию сварного соединения: металл в зоне стыка обладает низким сопротивлением высокотемпературной деформации, оксидные пленки утонены, частично разрушены и удалены в грат, соединяемые поверхности активированы. После торможения, когда частота вращения приближается к нулю, наблюдается некоторое понижение температуры металла в стыке за счет теплоотвода. Осадка сопровождается образованием металлических связей по всей поверхности.

Расчеты и опыт практического применения сварки трением показывают, что ее пока целесообразно применять для сварки деталей диаметром от 6 до 100 мм. Наиболее эффективно применение сварки трением для изготовления режущего инструмента при производстве составных сварно-кованых, сварно-литых или сварно-штампованных деталей. Она оказывается незаменимой при соединении трудносвариваемых или вовсе не сваривающихся другими способами разнородных материалов, например, стали с алюминием, аустенитных сталей с перлитными. Эффективно применение сварки трением и для соединения пластмассовых заготовок. Способ позволяет сваривать разнородные материалы: медь и алюминий, медь и сталь, алюминий и сталь и так далее.

Способ достаточно экономичный. Автоматизированные установки для сварки трением потребляют электроэнергии в 10 раз меньше, чем установки для контактной сварки. Соединяются детали за считанные секунды, при этом практически нет газовых выделений.

Мировой опыт применения сварки трением позволяет сделать вывод, что этот вид сварки - один из наиболее интенсивно развивающихся технологических процессов, особенно в странах с высоким уровнем развития промышленности. [5]

Заключение
В машиностроении сварка - это основной способ получения неразъемных соединений деталей из сталей всех марок, чугуна, меди, латуни, бронзы, алюминиевых сплавов и прочее. Существующие в настоящее время способы сварки можно разделить по технологическим признакам на две группы: сварка плавлением и сварка давлением.

Сварка давлением - это процесс соединения поверхностных слоев деталей. При соединении происходит активная диффузия частиц, ведущая к полному исчезновению границы раздела и к прорастанию через нее кристаллов.

В современном машиностроении и приборостроении сварку давлением осуществляют несколькими путями в зависимости от типа изделий и требований, которые к ним предъявляются.

Наиболее распространенным видом сварки давлением является контактная сварка. Контактная сварка широко применяется в машиностроении для изготовления изделий и конструкций, главным образом из сталей. Она относится к сварке с применением нагрева и давления. Нагрев осуществляется электрическим током, который проходит через место контакта двух свариваемых деталей. Давление, необходимое для сварки, создается или электродами, подводящими электрический ток, или специальными приспособлениями.

Также находят свое применение в машиностроении такие виды сварки давлением как диффузионная сварка и сварка трением.

Можно с уверенностью сказать только одно – все вышеперечисленные способы сварки давлением способны обеспечить новые технологические решения в машиностроении.

Список используемой литературы


  1. Дальский А.М., Барсукова Т.М., Бухаркин Л.Н. Технология конструкционных материалов. – М.: Изд-во «Машиностроение», 2004г.

  2. Кузьмин Б.А. Технология металлов и конструкционные материалы. - М.: Изд-во «Машиностроение», 1981г.

  3. Прейс Г.А. Технология конструкционных материалов. - М.: Наука, 1991г.

  4. http://www.sv-svarka.ru/

  5. http://ru.wikipedia.org/wiki/Сварка




Учебный материал
© do.rulitru.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации