Шпаргалка по "Теория сварочных процессов"

     а) с помощью  расплава шлака;

     б) с помощью  инертных и защитных газов (Ar, He, CO₂…);

     в) с помощью  пониженного давления окружающей среды.

3) Обеспечение физического  контакта осуществляется при  сборке соединений под сварку и использованием присадки;

4)  Передача свариваемых  поверхностям энергии активации  осуществляется засчет повода тепла от источника нагрева, сближения атомов свариваемых материалов, за счет смачивания поверхностей жидким материалом (расплавом свариваемой ванны или припоем).

При затвердевании образуются прочные химические связи.

 

Сварка давлением  в твердой фазе

 

1. предварительная очистка от загрязнений и окисных пленок. Окончательное удаление окисной пленки происходит за счет ее разрушение в процессе пластической деформации и выноса обломков из зоны соединения;
2. специальных мер для защиты свариваемых поверхностей в процессе сварки давлением, как правило, не применяют;
3. образование физического контакта осуществляется за счет приложения давления;
4. передача энергии активации осуществляется за счет деформации свариваемых поверхностей, а иногда и дополнительным подводом тепла.

 

6. Как происходит удаление окисных пленок и образование физического контакта между свариваемыми и паяемыми поверхностями?

 

Для удаления окисных  пленок необходимо провести предварительную  очистку кромок от окисных пленок и органических загрязнений. Окончательная  очистка осуществляется за счет металлургических процессов в сварочной ванне, или за счет ее разрушения в процессе пластической деформации (ее увеличения) и выноса обломков из зоны соединения (грат).

 

Трудности удаления окисных пленок

обусловлены:

4. высокой прочностью связи окисла со сплавом (ковалентная связь);
5. твердостью окислов (в 1,5…300 раз выше твердости металла, образовавшего данный окисел, исключение - серебро);
6. высокой температурой плавления окислов, большей, чем температура плавления Me (за исключением серебра).

Органические загрязнения, адсорбированные на поверхности  сплава, приобретают свойства твердого тела (отвердевают в слое с избыточной энергией), в частности, прочность и упругость.

Органические загрязнения  и окисные пленки, не удаленные  при предварительной очистке или появившиеся в процессе сварки, препятствуют получению прочного сварного соединения.

 

При сварке плавлением и пайке сближение атомов твердых тел осуществляется вследствие смачивания поверхностей тел жидким металлом (припоем, расплавом), а активация поверхности твердого металла - путем сообщения ее частицам тепловой энергии. Жидкий металл может растекаться по всей поверхности тела и обеспечивать соприкосновение и прилипание (или адгезию) его молекул и поверхностного слоя твердых тел. При сварке обе стадии процесса соединения - физический адгезионный контакт и химическое взаимодействие, сопровождаемое диффузией, протекают быстро.

При сварке давлением образование физического  контакта осуществляется за счет приложенного давления. Физический контакт осуществляется за счет сближения соединяемых веществ на расстояния, требуемые для межатомного взаимодействия. Передача энергии активации осуществляется за счет деформации свариваемых поверхностей, а иногда и дополнительным подводом тепла.

 

 

7. Для каких целей используется нагрев при разных способах сварки, пайки, склеивании.

 

Тепловая энергия, сообщенная поверхностным атомам при повышении температуры, увеличивает вероятность развития квантовых процессов электронного взаимодействия в соединении.

Нагрев, т.е. теплота (термическая  активация) является энергией активации.

Активация поверхности  заключается в том, что поверхностным атомам твердого тела сообщается энергия.

Цели:

– обрыв связей между  атомами тела и атомами внешней  среды, насыщающими их свободные связи;

– повышение энергии  поверхностных атомов до уровня энергетического  барьера охватывания, т.е. для перехода их в активное состояние.

 

Одним из наиболее надежных средств  предотвращения возникновения холодных трещин является сопутствующий местный или общий подогрев изделия. Подогрев уменьшает разницу температур металла в зоне сварки, вследствие чего пики этих напряжений в околошовных участках металла сглаживаются, и предотвращает превращение аустенита в мартенсит. Повышение температуры свариваемого металла способствует увеличению диффузионной подвижности водорода и удалению его из сварного соединения, а также повышает пластичность и деформационную способность металла. Однако при сварке теплоустойчивых сталей необходимо ограничивать не только нижний, но и верхний предел температур подогрева, так как при распаде аустенита в высокотемпературной области образуется грубая ферритно-перлитная структура с пониженным пределом длительной прочности и низкой ударной вязкостью. В некоторых случаях необходима выдержка сварных соединений после окончания сварки при 150..200 С в течении нескольких часов для завершения превращения остаточного аустенита и эвакуации водорода.

 

 

 

8. Что такое энергия  активации, необходимость ее ввода  и в какой форме она вводится  в зону сварки и пайки.

Энергия активации –  энергия, необходимая для приведения одного моля реагирующих веществ в реакционно-способное состояние. Далеко не все столкновения молекул реагирующих веществ будут активными, а только те, которые будут обладать энергией, равной или большей энергии активации.

Необходимость ввода.

Для качественного соединения материалов необходимо обеспечить контакт по большей части стыкуемой поверхности и активизировать ее.

Активация поверхности заключается  в том, что поверхностным атомам твердого тела сообщается некоторая энергия, необходимая:

а) для обрыва связей между атомами  тела и атомами внешней среды, насыщающими их свободные связи;

б) для повышения энергии поверхностных  атомов до уровня энергетического барьера охватывания, т.е. для перехода их в активное состояние.

В какой форме вводиться.

Такая энергия активации может  в общем случае сообщаться в виде теплоты (термическая активация), упругопластической деформации (механическая активация), электронного, ионного и других видов облучения (радиационная активация).

 

9. Как осуществляется защита свариваемых поверхностей от окисления в процессе сварки? Опишите подготовку поверхностей перед сваркой, пайкой и склеиванием.

 

В производстве сварных  конструкций находит применение ряд способов подготовки пов-тей, целью которой является создание условий для благоприятного образования межатомных связей. Способы: 1) механические 2) химические 3) электро-химические 4) термические 5) комбинированные. К механическим относят: 1) пескоструйная 2) дробеструйная 3) дробеметная 4) проволочными щетками 5) зачистка иглофрезой 7) абразивными дисками 8) шкуркой 9) шабрением. Иглофреза представляет собой проволочную щетку с малой величиной ворсистости из проволок высокой твердости. Химические способы – предусматривают травление деталей в растворе кислот или щелочей. Возможно 2 варианта: 1) ванным способом 2) струйным способом. Электро-химический способ предусматривает химическое травление при электрическом токе – обеспечивает более высокое кач-во поверхности. Термический – предусматривает нагрев изделия с целью диссоциации пов-х загрязнений и снижения шероховатости. Выбор способа подготовки определяется составом материала, программой выпуска и конструкционными особенностями изделия.

По способу защиты зоны сварки от окружающей среды сварочные  дуги можно разделить на открытые и закрытые, или погружённые. В открытой дуге, видимой сварщиком, сварочная ванна может не иметь ни какой защиты или может быть защищена слоем шлака либо струёй защитного газа, вдуваемого в зону сварки, например водорода, аргона, азота и т.п. Применяется также комбинированная защита шлаком и газом. Закрытая, или погружённая дуга, характерна для способа дуговой сварки под флюсом. Эта дуга не видима для сварщика. Так же, для защиты сварочной ванны от вредного воздействия воздуха используют покрытые электроды и порошковую проволоку. В едких случаях используется вакуумная защита.

При подготовке поверхности  для сварки эти поверхности необходимо очистить от загрязнений. Это преимущественно окислы и жировые плёнки, которые могут быть удалены с поверхности металла механически (щётками, абразивами и пр.) или химически (растворителями, травителями).

При пайке поверхность  также должна быть безукоризненно чиста. Здесь обезжиривать можно горячей щелочью, трихлорэтиленом или четырёххлористым углеродом. Окислы удаляют травлением в кислотах с последующей тщательной промывкой и сушкой. Механическую очистку производят протиркой ветошью, тонкой наждачной бумагой, шлифованием мелкозернистыми шлифовальными кругами, щётками и т.д. Поверхность изделий, которая не должна облуживаться, покрывают перед пайкой постой из мела, глины, графита или их смесей, или смачивают раствором хромовой кислоты и тому подобными веществами, устраняющими прилипание припоя к поверхности изделия.

При склейке необходимо так же поверхности зачистить и обезжирить.

 

 

10. Приведите схему холодной сварки и опишите протекающие при этом процессы и особенности.

Дислокационная  теория процесса холодной сварки

Наиболее удовлетворительно  объясняет экспериментально установленные  факты. Сущность ее: возникновение и движение дислокаций обеспечивает деформацию поверхностных неровностей до образования металлических связей по всей площади контакта. Возможность холодного сваривания присуща всем металлам и их сплавам, однако способности к образованию прочного соединения различна. Это объясняется тем, что для некоторых металлов и сплавов образовавшиеся узлы схватывания после снятия нагрузки разрушаются за счет действия упругих си металла и сплава, при этом не сваренные участки играют роль концентраторов напряжений. Нагрев облегчает движение дислокаций и увеличивает пластичность сплава.

Холодная  сварка – сварка, осуществляемая только за счет пластической деформации. При этом происходит:

1. очистка от окислов и выравнивание свариваемых поверхностей;
2. создание активных центров схватывание.

Степень пластической деформации должно быть не менее 60%.

При холодной сварке наблюдается  существенное растекание сплава вдоль поверхности стыка. При растекании окисные пленки разрушаются, их обломки выносятся из зоны соединения, наблюдается интенсивное образование дислокаций с образованием активных центров сварки на соединяемых поверхностях

1) с уменьшением толщины  свариваемого материала холодная сварка облегчается (уменьшаются остаточные упругие напряжения).

2) легирование ухудшает  свариваемость (резко возрастает  ∑τ₁ касательные напряжения, необходимые для преодоления дислокаций примесных атомов внедрения);

3) в наклепанном состоянии свариваемость хуже, чем в отожженном (растут τ₂ – напряжения для преодоления дислокаций наклепа).

 

11. Приведите схему ультразвуковой сварки и опишите протекающие при этом процессы и особенности.

 

 

Сущность  УЗС.

Прижатым друг к другу  свариваемым поверхностям сообщают колебания сдвига с частотой f = 18 ÷ 30 кГц и амплитудой А = 20÷30 мкм.

В начале сварки (τ ≈ 0,1 с) происходит сглаживание поверхностных  микронеровностей и разрушение окисных пленок.

В следующей стадии (τ  ≈ 1…2 с) образуются химические связи; вокруг активных центров образуются узлы сварки, площадь которых увеличивается по мере разогрева места сварки (до 300⁰С), пока она не охватит всю контактирующую поверхность.

Окисные пленки разрушаются, но полностью не удаляются из зоны. Обычно УЗС применяется при соединении относительно тонких элементов или при сварке тонкостенного элемента с толстостенным, при которой возможна достаточная степень деформации.

 

12. Приведите схему сварки взрывом и опишите протекающие при этом процессы  и особенности.

При инициировании ВВ волна детонации распространяется вдоль поверхности метаемой детали со скоростью 2 – 3 км/с. Высокая скорость детонации и высокое давление образующихся при взрыве газов сообщают метаемой детали высокую скорость (≈ 1 км/с).

Метаемая деталь приобретает свойства жидкого тела (возникает кумулятивный эффект). Кумулятивная струя, состоящая из материала метаемой детали, очищает поверхность неподвижной детали от окисных пленок и загрязнений и приваривается к ней.

В большинстве случаев  поверхность сварного стыка представляет собой затвердевшую гидродинамическую волну.

В результате соударения метаемой и неподвижной детали возникает волна пластической деформации, распространяющаяся со скоростью звука. Наличие этой волны – необходимое условие образования соединения при сварке взрывом.

При этом происходит следующее:

1. адиабатический процесс нагрева поверхности неподвижной детали;
2. создание активных центров сварки;
3. уменьшение упругой энергии вводимой при соударении, что снижает вероятность разрушения сварного соединения растягивающими напряжениями, возникающими после напряжений сжатия от взрыва.