Top 5 procesów spawania w stanie stałym

Ten artykuł rzuca światło na pierwsze pięć procesów spawania w stanie stałym. Są to: 1. Spawanie kowalskie 2. Spawanie tarciowe 3. Spawanie wybuchowe 4. Klejenie termo-kompresyjne 5. Klejenie dyfuzyjne.

Proces spawania w stanie półprzewodnikowym # 1. Kuźnia spawalnicza:

Spawanie kowalskie lub spawanie kowalskie jest najstarszym znanym procesem spawania, a jego użycie zostało zgłoszone od 1400 rpne W tym procesie zgrzewane elementy są podgrzewane do temperatury powyżej 1000 ° C, a następnie umieszczane razem i poddawane uderzeniom udarowym za pomocą młotkowania. W nowszej formie dużego spawania nacisk jest wykonywany przez walcowanie, ciągnięcie i ściskanie w celu uzyskania działania kucia.

Tlenki są wykluczone z uwagi na konstrukcję przedmiotów obrabianych i / lub zastosowanie odpowiedniej temperatury oraz strumieni. Topniki powszechnie stosowane do spawania stali niskowęglowych to piasek, fluoryt i boraks. Pomagają w topieniu tlenków, jeśli zostaną utworzone.

Właściwe ogrzanie detali jest główną zmienną spawalniczą, która kontroluje jakość połączenia. Niewystarczające ogrzewanie może nie wpływać na złącze, a przegrzanie powoduje kruche połączenie o niskiej wytrzymałości. Ponadto, przegrzane kawałki są zwykle utlenione, co objawia się gąbczastym wyglądem.

Najczęściej stosowanymi stawami są szaliki, tyłki, rozszczepy i typy okrążeń, jak pokazano na ryc. 2.32.

Doskonałym przykładem żywopłotowym elementu spiekanego z dawnych czasów jest żelazny filar Delhi, który mierzy 7-6 m długości, przeciętną średnicę 350 mm i waży 5, 4 tony. Obecnie proces ten jest głównie wykorzystywany do spawania części ze stali niskowęglowej, zwykle w przypadku narzędzi rolniczych na obszarach wiejskich w krajach trzeciego świata.

Spawanie w fazie stałej # 2. Spawanie cierne:

W spawaniu ciernym jeden element jest trzymany nieruchomo, a drugi jest obracany w uchwycie spawarki tarciowej. Ponieważ są one poddawane naciskowi pod naciskiem, nagrzewają się z powodu tarcia. Gdy pożądana temperatura kucia zostanie osiągnięta przez cały przekrój tarcia przedmiotów obrabianych, rotacja zostaje nagle zatrzymana, a nacisk osiowy zostaje zwiększony, aby spowodować działanie kucia, a zatem spawanie. Metoda ta jest stosowana do spawania termoplastów od 1945 r., Ale metale zostały po raz pierwszy z powodzeniem spawane przez nią w 1956 r.

Maszyna używana do spawania tarciowego przypomina tokarkę, ale jest bardziej wytrzymała. Zasadnicze cechy maszyny polegają na tym, że powinna ona być w stanie wytrzymać wysokie ciśnienie osiowe rzędu 50 000 N / cm ² i być w stanie zapewnić wysoką prędkość wrzeciona do 12 000 obr / min, chociaż zwykle zakres rzadko może przekraczać 5000 obr./min.

Mniej popularnym wariantem procesu jest INERTIA WELDING, w którym spawanie uzyskuje się przez obrót koła zamachowego, które jest odłączane w pożądanym momencie i zatrzymuje się w określonym czasie, eliminując w ten sposób układ hamulcowy. Rys. 2.33 pokazuje zasady ciągłego spawania tarciowego typu napędowego i bezwładnościowego.

Zgrzewanie tarciowe jest procesem o wysokiej prędkości, odpowiednim do spawania produkcyjnego. Jednak wstępne próby są wymagane w celu standaryzacji parametrów procesu dla danego zadania. Zgrzewanie tarciowe dwóch elementów rzadko trwa dłużej niż 100 sekund, chociaż może to być około 20 sekund dla małych elementów.

Jedna z części spawanych przez tarcie musi być okrągła, co poważnie ogranicza zastosowanie tego procesu. Jednak rośnie popularność i może spawać większość metali i ich różne połączenia, takie jak miedź i stal, aluminium i stal, aluminium i tytan itp. Typowe zastosowania tego procesu obejmują zgrzewanie wierteł do chwytów, tj. Zawory silnika główki do łodyg, tylna oś piasty koła samochodowego do obudowy osi.

Proces spawania w stanie spoczynku # 3. Wybuchowe spawanie:

W procesie zgrzewania wybuchowego lub wybuchowego spoinę uzyskuje się, wykonując jedną część uderzenia o drugą z bardzo wysoką, lecz poddźwiękową prędkością. Osiąga się to poprzez użycie materiałów wybuchowych zwykle z azotanu amonu. Proces kończy się w ciągu mikrosekund.

Układ zasadniczo wykorzystywany do zgrzewania wybuchowego przedstawiono na ryc. 2.34. Pokazuje dwie płyty, które mają być spawane, ustawione pod kątem do siebie. Zawarty kąt zmienia się od 1 ° do 10 °. Grubsza płyta nazywana tarczą celowniczą jest umieszczona na kowadle, a cieńsza płyta zwana płytą ulotki ma płytę buforową z PVC lub gumy, pomiędzy nią a ładunkiem wybuchowym, w celu ochrony przed uszkodzeniem powierzchni.

Ładunek jest eksplodowany przez detonator umieszczony na jednym końcu płyty ulotki. Gdy ładunek eksploduje, płyta ulotki przesuwa się w kierunku tarczy celowniczej z prędkością od 150 do 550 m / s, a ciśnienie wytwarzane na styku płyt uderzeniowych przy tak dużej prędkości jest rzędu od 70 000 do 700 000 N / cm ² .

Przy tak dużej prędkości i ciśnieniu, metal przepływa przed przodem łączącym, działając jak płynny strumień, powodując wiązanie typu blokującego, jak pokazano na Fig. 2.35. Ta blokada jest istotnym aspektem spoiny wybuchowej i jest przyczyną jej wytrzymałości. Można uzyskać wytrzymałość spoiny równą wytrzymałości słabszego z dwóch składników (metali).

Spawanie wybuchowe jest zwykle procesem zewnętrznym i wymaga dużej powierzchni, aby odstraszać osoby zbliżające się do miejsca wybuchu, szczególnie gdy wybuchowy ładunek o dużej wytrzymałości może być eksplodowany.

Spawanie wybuchowe może być stosowane do spawania różnych kombinacji metali, takich jak miedź i stal, aluminium i stal miękka, aluminium i Inconel (76% Ni + 15% Cr + Fe), aluminium i stali nierdzewnej itp. Może być również stosowane do spawania tantalu, tytan i składniki niklu.

Typowe zastosowania zgrzewania wybuchowego obejmują okładanie grubych płyt cienkimi arkuszami, a nawet foliami. Dzięki temu procesowi można z powodzeniem uzyskać połączenie rurowo-blaszane w wymiennikach ciepła, połączenie zaworu z rurą, a także blokowanie nieszczelnych rur w kotłach.

Proces spawania w stanie spoczynku # 4. Klejenie termo-kompresyjne :

Jest to proces spawania ciśnieniowego, który stosuje się w temperaturze powyżej 200 ° C. Proces ten zajmuje się głównie drobnymi komponentami w przemyśle elektrycznym i elektronicznym do spawania cienkich drutów o średnicy około 0, 025 mm do folii metalowych na szkle lub ceramice.

Istnieje wiele wersji procesu, z których trzy pokazano na rys. 2.41 i są określane jako dłuto lub wiązanie klinowe, wiązanie kulkowe i równoległe połączenie szczelinowe. W dłuto lub więzieniu klinowym drut jest odkształcany, pod naciskiem i spawany z folią za pomocą wgłębienia w kształcie klina. W spoiwie kulkowym drut jest ogrzewany przez płomień mikro-wodorowy, aby utworzyć kulę na końcówce drutu, jak pokazano na figurze (b), która jest następnie przyspawana do ogrzanej folii na podłożu przez nacisk wywierany przez przebijany wgłębnik.

W równoległym wiązaniu szczelinowym drut lub pasek jest dociskany do folii za pomocą podwójnej elektrody wykonanej z materiału o wysokiej wytrzymałości, takiego jak wolfram. Przepływ prądu przez drut lub taśmę ogrzewa go lokalnie, utrzymując ciepło ograniczone do małej strefy wokół niego.

Dla wszystkich tych wariantów procesu powstaje lokalna atmosfera obojętna wokół połączonego złącza. Wibracje ultradźwiękowe zastępują ogrzewanie w niektórych zastosowaniach wszystkich tych trybów procesu.

Komercyjne zastosowania tego procesu obejmują spawanie metali szlachetnych, aluminium i miedzi do podłoży szklanych lub ceramicznych.

Półprzewodnikowy proces spawania # 5. Klejenie dyfuzyjne:

W zgrzewaniu dyfuzyjnym lub zgrzewaniu dyfuzyjnym spoinę uzyskuje się przez przyłożenie ciśnienia rzędu 5 do 75 N / mm2, podczas gdy kawałki są utrzymywane w wysokiej temperaturze, zwykle około 70% punktu topnienia w stopniach absolutnych, tj. około 1000 ° C dla stali. Proces opiera się na dyfuzji w fazie stałej, która oczywiście przyspiesza wraz ze wzrostem temperatury.

Dyfuzja w metalach zachodzi z powodu pustych miejsc kratowych lub wzdłuż granic ziaren i wyraża się w następującej matematycznej zależności:

D = D ₀ e ^-ERT

gdzie,

D = współczynnik dyfuzji.

D ₀ = Stała o tym samym wymiarze co D,

E = energia aktywacji,

R = stała gazu,

T = Temperatura bezwzględna, w której przedmioty są trzymane.

W zależności od wymaganego stopnia dyfuzji proces może zostać zakończony w ciągu 2 do 3 minut lub może potrwać wiele minut lub nawet godzin. Jakość powierzchni do spawania odgrywa ważną rolę. Dobra jakość powierzchni toczonej, frezowanej lub szlifowanej do standardowej wartości 0-4 do 0-2 μm * CLA (średnia w centrum) jest zwykle wystarczająca. Powierzchnię należy odtłuścić przed spawaniem za pomocą acetonu lub wymazu z eterów naftowych.

Obecność warstw tlenkowych na połączonych powierzchniach utrudnia dyfuzję, ale ulega rozproszeniu w pewnym okresie czasu. Tak więc, metale, które rozpuszczają własne tlenki, takie jak żelazo i tytan, łatwo wiążą się. Przeciwnie, metale tworzące twarde ogniotrwałe warstwy tlenków, takie jak aluminium, są trudne do zgrzewania dyfuzyjnego.

Wiązanie dyfuzyjne można osiągnąć za pomocą trzech metod:

1. Klejenie gazem,

2. Wiązanie próżniowe w procesie stapiania, oraz

3. Eutektyczne wiązanie fuzyjne.

W przypadku klejenia ciśnieniowego części są utrzymywane razem w atmosferze obojętnej i ogrzewane do temperatury 800 ° C przez system przypominający autoklaw. Podczas ogrzewania wysokie ciśnienie zapewnia równomierne ciśnienie na wszystkich powierzchniach. Ta metoda jest stosowana do klejenia metali nieżelaznych tylko dlatego, że wymaga wysokich temperatur dla stali.

W procesie łączenia próżniowego części są utrzymywane w bliskim kontakcie w komorze próżniowej. Nacisk na części nakłada się za pomocą środków mechanicznych lub pompy hydraulicznej, a ogrzewanie wykonuje się w taki sam sposób, jak przy zgrzewaniu gazowym. Rys. 2.42 pokazuje schematyczny schemat łączenia próżniowego.

Potrzebny jest system pompowania próżniowego, który może szybko obniżyć ciśnienie do około ^10-3 torr (mm słupa rtęci). Wysokie ciśnienie wytworzone przy użyciu środków mechanicznych lub hydraulicznych umożliwia tę metodę przy pomocy stali dyfuzyjnych. Skuteczne łączenie stali można uzyskać w temperaturze około 1150 ° C pod przyłożonym ciśnieniem prawie 70 N / mm2.

W klejeniu eutektycznym połączenie cienkich kawałków określonego materiału jest umieszczane pomiędzy spawanymi powierzchniami. Powoduje to tworzenie związku eutektycznego przez dyfuzję w podwyższonej temperaturze i element może całkowicie zniknąć i utworzyć stop (e) eutektyczny na granicy faz. Materiał używany do umieszczenia pomiędzy dwiema częściami jest zwykle odmiennym metalem w postaci folii o grubości od 0-005 do 0-025 mm.

Łączenie dyfuzyjne może być użyte do łączenia różnych metali, np. Stal może być spawana z aluminium, wolframem, tytanem, molibdenem, cermetalem (związki z ceramiki i metali), z miedzi do tytanu, z tytanu do platyny itp. Znajduje zastosowanie w inżynierii radiowej, elektronika, produkcja przyrządów, pociski, samoloty, przemysł nuklearny i lotniczy.

Typowe zastosowania łączenia dyfuzyjnego obejmują przechylanie ciężkich narzędzi skrawających za pomocą węglików spiekanych lub stopów twardych, łączenie elementów rurowych próżniowych, wytwarzanie nagrzewnic wysokotemperaturowych z dwusiarczku molibdenu do pieca oporowego, które mogą pracować w atmosferze utleniającej w temperaturze do 1650 ° C. W przemyśle lotniczym jest on używany do wytwarzania skomplikowanych elementów tytanowych o prostych konstrukcyjnych kształtach. Stosuje się go także do napawania elementów w celu ochrony przed zużyciem, gorącem lub korozją.