Сварка давлением

Содержание

Разновидности технологии

На сегодняшний день существуют такие техники сварочных соединений:

  • диффузионная;
  • термокомпрессионная;
  • ультразвуковая;
  • трением;
  • индукционная;
  • клинопрессовая;
  • сварка взрывам;
  • магнитно-импульсная.

Все перечисленные способы выполняются в холодной фазе. Но это еще не весь список методов сваривания металлов, так как ученые-физики постоянно открывают новые интересные факты, в результате чего технологии постоянно развиваются и можно ожидать появление в скором будущем новейших и более эффективных методик сварочного соединения металлических конструкций.

Нельзя предполагать, что материалы по всей площади и массе находятся в холодном состоянии, так как сварная зона постоянно прогревается. Но температура самого изделия остается практически неизменной.

Холодный метод
Электроконтактная сварка
Сварка трением

Физические основы сварки металлов

Согласно ГОСТ 2601–84, сварка — это процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном нагреве, или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого.

Физическая сущность процесса сварки заключается в образовании связей между атомами на соединяемых поверхностях заготовок. Любой металл можно представить как совокупность положительно заряженных ионов (расположенных в узлах кристаллической решетки) и свободных (валентных, «коллективизированных») электронов, находящихся во взаимодействии с ионами. Это взаимодействие (металлические связи) и определяет прочность металлического тела.

При сближении поверхностей двух металлических тел под действием внешних сил возможно возникновение такого взаимодействия между этими поверхностями, т. е. возникновение металлических связей. В результате возможно получение соединения, не уступающего по прочности основному металлу.

Процесс создания сварного соединения протекает в две стадии. На первой стадии необходимо обеспечить образование физического контакта между соединяемыми поверхностями, т. е. сблизить поверхности на расстояние действия сил межатомного взаимодействия (около 3 Ао, 1 Ао = 10–7 мм). Образование физического контакта между поверхностями достигается либо за счет расплавления металла, либо в результате его пластической деформации. На второй стадии осуществляется электронное взаимодействие между атомами соединяемых поверхностей. В результате образуется металлическая связь и поверхность раздела исчезает.

Исходя из физической сущности процесса образования сварного соединения, различают два основных вида сварки: сварка давлением и сварка плавлением.

Механизм сварки давлением включает несколько стадий:

  • соприкосновение свариваемых поверхностей;
  • разрушение на поверхностях окисных и адсорбированных пленок;
  • активирование поверхностных слоев (за счет деформации и/или нагрева свариваемых металлов);
  • образование металлических связей между атомами на соединяемых поверхностях.

Схема образования соединения при сварке давлением представлена на рис. 1.

Схема образования соединения двух монокристаллов

Рис. 1. Схема образования соединения двух монокристаллов с идеально чистыми и гладкими поверхностями: а — кристаллы до соединения; б — кристаллы после соединения

Механизм сварки плавлением. При сварке плавлением установление металлической связи между атомами происходит в момент образования общей ванны жидкого металла между свариваемыми поверхностями. Затем в результате охлаждения жидкий металл кристаллизуется, причем в первую очередь вблизи стенок, отводящих тепло. В процессе кристаллизации металлические связи между основным металлом и закристаллизовавшимся металлом сварочной ванны сохраняются. Схема сварки плавлением представлена на рис. 2.

Схема сварки плавлением

Рис. 2. Схема сварки плавлением: а — исходное сопряжение торцов двух металлических кусков (пунктирная линия) и область их местного расплавления (заштрихованная зона); б — сварное соединение после затвердевания (кристаллизации) жидкого металла

Диффузионная сварка

Главные отличия диффузионной сварки от других способов сварки давлением — относительно высокие температуры нагрева (0,5–0,7 Тпл) и сравнительно низкие удельные сжимающие давления (0,5–0 МПа) при изотермической выдержке от нескольких минут до нескольких часов.

Формирование диффузионного соединения определяется протекающими при сварке физико-химическими процессами. Это взаимодействие нагретого металла с газами окружающей среды, очистка свариваемых поверхностей от оксидов, развитие высокотемпературной ползучести и рекристаллизации. В основном эти процессы диффузионные и термически активируемые.

Очистка свариваемых поверхностей от оксидов

Для уменьшения скорости окисления свариваемых заготовок и создания условий очистки контактных поверхностей от оксидов при сварке могут быть применены газы-восстановители, расплавы солей, флюсы, обмазки, но в большинстве случаев используют вакуум или инертные газы.

Очистка поверхностей металлов от оксидов может происходить в результате развития процессов сублимации и диссоциации оксидов, растворения оксидов за счет диффузии кислорода в металл (ионов металла в оксид), восстановления оксидов элементами-раскислителями, содержащимися в сплаве и диффундирующими при нагреве к границе раздела металл — оксид. Расчет и эксперимент показывают, что, например, на стали оксиды удаляются наиболее интенсивно путем их восстановления углеродом, а на титане — за счет растворения кислорода в металле.

Особенности сваривания поверхностей диффузионной сваркой

Свариваемые поверхности сближаются главным образом из-за пластической деформации микровыступов и приповерхностных слоев, вызванной приложением внешних сжимающих напряжений и нагревом металла. Во время деформации свободных от оксидов свариваемых поверхностей происходит их активация. При развитии физического контакта между такими поверхностями возникает их схватывание.

При диффузионной сварке одноименных металлов сварное соединение становится равнопрочным основному материалу тогда, когда структура зоны соединения не отличается от структуры основного материала. Для этого в зоне контакта должны образовываться общие для соединяемых материалов зерна. Это возможно за счет миграции границ зерен — путем первичной рекристаллизации или путем собирательной рекристаллизации.

С помощью диффузионной сварки в вакууме получают высококачественные соединения керамики с коваром, медью, титаном, жаропрочных и тугоплавких металлов и сплавов, электровакуумных стекол, оптической керамики, сапфира, графита с металлами, композиционных и порошковых материалов.

Соединяемые заготовки могут сильно различаться по форме и иметь компактные (рис. 1, а) или развитые (рис. 1, б, в) поверхности контактирования. Геометрические размеры свариваемых деталей находятся в пределах от нескольких микрометров (при изготовлении полупроводниковых приборов) до нескольких метров (при изготовлении слоистых конструкций).

Рис. 1. Некоторые типы конструкций, получаемых диффузионной сваркой

Как проходит процесс диффузионной сварки

Схематически процесс диффузионной сварки можно представить так: свариваемые заготовки собирают в приспособлении, позволяющем передавать давление в зону стыка, вакуумируют и нагревают до температуры сварки. Затем прикладывают сжимающее давление на заданный временной период. Иногда после снятия давления изделие дополнительно выдерживают при температуре сварки для более полного протекания рекристаллизационных процессов. Это способствует формированию доброкачественного соединения. По окончании сварочного цикла сборку охлаждают в вакууме, инертной среде или на воздухе в зависимости от типа оборудования.

Условно различают два вида напряжения, вызывающего деформацию металла в зоне контакта и определяющего процесс формирования диффузионного соединения. Это высокоинтенсивное (Р ≥ 20 МПа) и низкоинтенсивное (Р ≤ 2 МПа) силовые воздействия.

При сварке с высокоинтенсивным воздействием сварочное давление создают, как правило, прессом, снабженным вакуумной камерой и нагревательным устройством (рис. 2). Но на таких установках можно сваривать детали ограниченных размеров — как правило, диаметром до 80 мм (рис. 1, а).

При изготовлении крупногабаритных двухслойных конструкций (рис. 1, б) применяют открытые прессы. Перед помещением в пресс свариваемые детали также собирают в герметичные контейнеры, которые вакуумируют и нагревают до сварочной температуры (рис. 3).

Рис. 2. Принципиальная схема установки для диффузионной сварки (a) и общий вид многопозиционной установки СДВУ-4 М (б): и 1 — вакуумная камера; 2 — система охлаждения камеры; 3 — вакуумная система; 4 — высокочастотный генератор; 5 — гидросистема пресса

Кроме того, нужно исключить возможность потери устойчивости свариваемых элементов, передачи давления в зону сварки и создания условий локально направленной деформации свариваемого металла в зоне стыка. Поэтому диффузионную сварку проводят в приспособлениях с применением технологических вкладышей и блоков (рис. 3) для заполнения «пустот» (межреберных пространств). После сварки эти приспособления демонтируют или удаляют химическим травлением.

Рис. 3. Технологическая схема диффузионной сварки с высокоинтенсивным силовым воздействием: а — требуемая конструкция; б — заготовки для сварки; в — технологические элементы-вкладыши; г — сборка; д — сварка в прессе; е — демонтаж; ж — готовая конструкция; 1 — технологические вкладыши; 2-технологический контейнер; 3 — пресс

При сварке с высокоинтенсивным силовым воздействием локальная деформация металла в зоне соединения, как правило, достигает нескольких десятков процентов. Это обеспечивает стабильное получение доброкачественного соединения.

Диффузионная сварка с низкоинтенсивным силовым воздействием перспективна для изготовления слоистых конструкций (рис. 1, в). При таком способе диффузионной сварки допустимые сжимающие усилия ограничены устойчивостью тонкостенных элементов. Кроме того, не требуется сложного специального оборудования.

При изготовлении плоских конструкций или конструкций с большим радиусом кривизны сжимающее усилие проще всего обеспечить за счет атмосферного давления воздуха Q на внешнюю поверхность технологической оснастки при понижении давления газа в зоне соединения (рис. 4).

Рис. 4. Технологическая схема диффузионной сварки с низкоинтенсивным силовым воздействием плоских конструкций: а — требуемая конструкция; б — заготовки для сварки; в — сборка; г — сварка; д — готовая конструкция; 1 — несущая обшивка; 2 — готовый заполнитель; 3 — технологические листы; 4 — мембрана

Читайте также:  Сварка плавлением: сущность процесса, классификация, источники нагрева

Размещение с внешней стороны свариваемых объектов технологических элементов (прокладки, мембраны и др.) с локальной жесткостью исключает возможность потери устойчивости обшивок в виде прогибов неподкрепленных участков. Величина сварочного давления Р ограничивается предельным напряжением потери устойчивости заполнителя σп.з. (Р ≤ σп.з.).

При изготовлении конструкций сложного криволинейного профиля можно использовать технологическую схему (рис. 5). Тогда давление нейтрального газа воспринимается внешними элементами самой конструкции — например, несущими обшивками или оболочками. Во время сварки неподкрепленные участки обшивки деформируются (прогибаются) под давлением газа. Это ухудшает условия для формирования соединения, уменьшает сечение сообщающихся каналов, ухудшает аэродинамическое состояние поверхности. В этом случае Р ограничивается напряжением, при котором имеет место чрезмерная остаточная деформация обшивок на неподкрепленных участках (Р ≤ σп.о.).

Рис. 5. Технологическая схема диффузионной сварки с низкоинтенсивным силовым воздействием конструкций сложной формы: а — требуемая конструкция; б — заготовки для сварки; в — сварка; г — характер деформации элементов конструкции при сварке; 1 — внешняя оболочка; 2 — внутренняя оболочка

В ряде случаев можно исключить применение внешнего давления для сжатия свариваемых заготовок. Этого можно достичь при помощи термического напряжения, возникающего при нагреве материалов с различными коэффициентами линейного расширения. При сварке коаксиально собранных заготовок коэффициент линейного расширения охватывающей детали должен быть меньше коэффициента линейного расширения охватываемой детали (рис. 1, а).

Качество соединения при диффузионной сварке

Качество соединения при диффузионной сварке в вакууме определяется комплексом технологических параметров. Среди них можно выделить основные: температуру, давление, время выдержки. Диффузионные процессы в основе формирования сварного соединения являются термически активируемыми, поэтому повышение температуры сварки стимулирует их развитие.

Для снижения сжимающего давления и уменьшения длительности сварки температуру нагрева свариваемых деталей следует установить по возможности более высокой. Тогда сопротивлением металлов пластической деформации понизится. В то же время нужно учитывать возможность развития процессов структурного превращения, гетеродиффузии, образования эвтектик и других процессов, изменяющих физико-механические свойства свариваемых металлов.

Удельное давление влияет на скорость образования диффузионного соединения и величину накопленной деформации свариваемых заготовок. Как правило, чем выше удельное давление, тем меньше время сварки и больше деформация.

Так, при сварке в прессе с высокими удельными давлениями (до нескольких десятков мегапаскалей) время образования соединения может измеряться секундами, а деформация металла в зоне соединения — десятками процентов. При сварке с низкими удельными давлениями (десятые доли мегапаскаля) время сварки может исчисляться часами, но деформация соединяемых заготовок составляет доли процента.

Поэтому задачу выбора удельного давления следует решать с учетом типа конструкций, технологической схемы и геометрических размеров соединяемых заготовок, а время сварки выбирать с учетом температуры и удельного давления. При сварке разнородных материалов увеличение длительности сварки может сопровождаться снижением механических характеристик соединения. Причиной этому служит развитие процессов гетеродиффузии, приводящее к формированию в зоне соединения хрупких интерметаллидных фаз.

Для осуществления диффузионной сварки в настоящее время создано свыше 70 типов сварочных диффузионно-вакуумных установок. Сейчас разработка и создание установок для диффузионной сварки идет в направлении унифицирования систем (вакуумной, нагрева, давления, управления) и сварочных камер. Меняя камеру в этих установках, можно значительно расширить номенклатуру свариваемых узлов. Некоторые виды конструкций, изготовленных диффузионной сваркой, приведены на рис. 6.

Рис. 6. Примеры титановых конструкций, изготовленных диффузионной сваркой

Возможна ли резка давлением

Резка давлением используется при выполнении надсечек, перфорации и биговки. Этот метод эффективен в случае работы с нетвердыми материалами, когда не требуется высокая скорость работы и давление ограничено. Между ножом и валом противодавления происходит прямой контакт. При повышении давления износ ножа увеличивается прямо пропорционально.

Если требуется высокая производительность, то используют оборудование ножничного типа.

Последовательность образования соединения

По достижении определенного давления в приповерхностных слоях заготовок начинаются деформационные процессы. При этом изменяются (уменьшаются) размеры кристаллической решетки, а атомы переходят с одного энергетического уровня на другой, в результате чего их подвижность существенно возрастает. Образуются прочные химические связи. Чем больше в микроструктуре металла разнородных атомов, тем эти связи прочнее. Поэтому предел прочности соединенных таким образом деталей из нелегированной стали при тех же рабочих параметрах усилия и времени ниже, чем для легированных.

На качество сварки давлением влияют также: Сварка давлением металла

  1. Характер нарастания усилия: при вибрационной нагрузке прочность соединения возрастает, поскольку сообщаемая при этом атомам энергия заметно выше.
  2. Степень деформации: для высокопластичных металлов и сплавов — алюминия, олова, свинца — производительность сварки увеличивается.
  3. Температура: термомеханическая сварка давлением, основанная на одновременном воздействии давления и температуры, позволяет соединять таким образом даже высоколегированные стали, которые обычной сварке поддаются с трудом.

Вместе с тем на сварку давлением не влияют наличие металлических пленок, которые образуются, например, после поверхностного легирования деталей. Поэтому рассматриваемый процесс можно выполнять на завершающих операциях технологического процесса.

Сварочные процессы с применением давления выполняют по следующим схемам:

  • Точечной, при которой силовой контакт соединяемых деталей выполняется не по всей поверхности их соприкосновения;
  • Шовной, когда деформация происходит по всей линии контакта;
  • Торцевой, когда деформирующее усилие прикладывается к стыку соединяемых изделий.

Последовательность всех вариантов выполнения примерно одинакова и состоит в следующем. Очищенные от загрязнений детали накладываются на рабочий стол встык или внахлестку между верхним (подвижным) и нижним (неподвижным) пуансонами оборудования. Иногда, с целью сохранения исходной геометрии стыка, на деталях выполняются технологические выступы, которые ликвидируются в процессе последующего деформирования пуансонами. Детали фиксируются при помощи механизма прижима. Устанавливается (в зависимости от прочностных параметров материала) требуемая глубина внедрения подвижного пуансона в металл. При включении привода перемещения пуансоны внедряются в металл с обеих сторон места соединения или стыка и выдерживаются некоторое время под давлением. С целью исключить коробление остальных частей соединения, его прижимают к опорной поверхности стола усилием, при котором создаются только упругие деформации.

Обязательным условием проведения качественной сварки давлением является наличие минимальных зазоров между пуансонами и направляющими их конструкциями, поскольку, в противном случае, металл может затекать в такие зазоры, снижая тем самым усилие деформирующего прижима. В результате кольцевая зона вокруг пуансонов может иметь пониженную прочность соединения.

Геометрия сварного стыка зависит только от формы пуансона. Таким образом можно получать различные фигурные соединения: звездочкой, крестом, ромбом и т.д.

Технология холодной пластической сварки проста, отличается высокой производительностью и многообразием конфигураций сварных стыков.

Особенности сварочного процесса труб под давлением

Если вы прибегли к использованию ручной сварки стали, на маркировке которой указана цифра 20, то в данном случае понадобятся электроды типа Э42А, диаметр которых не превышает 3 мм. Важно, чтобы используемые электроды были покрыты рутилом или фтористым кальцием. Прежде чем приступить к процессу сварки, места стыков труб необходимо разогреть до 300°С. Если вы свариваете трубы из более тонкой стали – до вполне достаточно будет нагреть их до 200°С.

Чтобы сварить водопроводные трубы из оцинкованной стали, следует применять самозащитную проволоку, диаметр которой варьируется в промежутке от 0,8 до 1,2 мм. Трубы из обычной стали свариваются внахлест.

От толщины стенок трубы зависит количество накладываемых слоев сварки. Минимальное количество пластов – 4, максимальное – 10.

Если вы применяете сварку полуавтоматом под флюсом, то здесь следует использовать удлиненный мундштук и специальную воронку. Также учитывается толщина труб, исходя из которой определяется количество слоев.

Обратите внимание! После завершения любого вида сварки, необходимо снять внутренние термические напряжения. Чтобы осуществить данные манипуляции, нужно произвести термическую обработку стыков с каждой стороны шва на дистанции 10 см.

Особенности свариваемости металлических сплавов

Если для сваривания металла требуются несложные установки, а работа выполнятся в широком диапазоне параметров, то он обладает хорошей свариваемостью и наоборот. Этот показатель не является постоянным, и по мере усовершенствования технологий и оборудования свариваемость будет улучшаться.

Особенности свариваемости
На свариваемость материалов оказывают влияние температура плавления, электропроводность.

На свариваемость материалов оказывают влияние разные факторы:

  • температура плавления;
  • тепло- и электропроводность;
  • изменение прочности и коэффициента расширения с ростом температуры;
  • твердость.

Чем ниже электро- и теплопроводность, тем меньше требуется ток и снижается электрическая мощность, расходуемая на нагрев заготовок. Прочные материалы для деформации требуют большого усилия, твердые перед соединением надо обязательно прогревать. При высоком коэффициенте расширения большая усадка, что ведет к появлению трещин и раковин.

Особенности некоторых металлов и сплавов:

  • низкоуглеродистые стали хорошо соединяются контактной сваркой, не склонны к образованию трещин, их прочность практически не снижается, а сварной шов пластичный;
  • углеродистые – склонны к закалке, поэтому работают с ними на «мягких» режимах, пластичность и прочность соединении повышают путем термической обработки;
  • нержавеющие – обладают высоким сопротивлением, поэтому используются небольшие токи, работу выполняют в «жестком» режиме;
  • жаропрочные – в нагретом состоянии прочные, поэтому для сварки требуется большое давление и длительная подача тока, чтобы снизить давление осадки, зону сварки предварительно прогревают;
  • титановые сплавы – при их нагревании происходит увеличение пластичности, поэтому требуются небольшие давления, работа выполняется с высокой интенсивностью и при больших токах, высокой скорости осадки и небольшом временном воздействии;
  • медные – для их сварки требуются большие токи и низкая длительность их протекания;
  • алюминиевые и магниевые – работу выполняют кратковременными импульсами тока большой величины, давления аналогичные тем, что используют при сварке низкоуглеродистых сталей.

Контактная сварка
Контактная сварка хорошо соединяет низкоуглеродистые стали.

Читайте также:  Как заварить чугунные тиски: можно ли сварить

Важные условия

Чтобы сварка труб и других металлических изделий под давлением была качественной и правильной во время нее стоит соблюдать следующие важные условия:

  • область будущего сваривания необходимо тщательно почистить от жировых и масляных пятен, оскалины, других элементов со сложным химическим составом;
  • нарастание усилия должно быть постепенным, в результате которого сначала должна образоваться деформация прикатных слоев, а уже после этого начинаются диффузионные процессы;
  • внешние условия должны обладать равномерным температурным режимом;
  • для сваривания водопроводных труб из оцинкованной стали рекомендуется использовать самозащитную проволоку с диаметром от 0,8 до 1,2 мм;
  • если применяется сварка полуавтоматом с флюсом, то дополнительно необходимо применять удлиненный мундштук и воронку.

Важно! Обязательно при проведении сварочного процесса нужно применять средства для индивидуальной защиты. Чтобы защитить глаза стоит использовать специальную сварочную маску.

Сварка с использованием давления является специальной технологией, которая основывается на теории диффузии. Она прекрасно подходит для сваривания разных металлических конструкций, разнородных металлов и сплавов. Она может производиться разными способами, каждый из которых может обладать отличительными особенностями, но все они производятся с применением давления.

Суть сварки под давлением

Суть сваривания заготовок под давлением ацетилена заключается в пластичной деформации металла по краям соединяемых элементов конструкции, которая происходит за счет ударной, статической нагрузки. Для ускорения процесса пластической деформации металла сварку давлением чаще всего осуществляют с дополнительным нагреванием. Процесс деформации вызывает трение кромок соединяемых материалов, что значительно ускоряет между ними процедуру межатомных связей. Участок формирования межатомной связи элементов конструкции при их сваривании давлением — это и есть зона соединения.

При сварке под давлением с дополнительным нагреванием материала в качестве источника тепловой энергии могут быть: индукционный ток, электроток, печь, химическая реакция, вращающаяся дуга электрическая, прочие источники. Техника сваривания деталей из металла давлением с дополнительным нагреванием может и несколько отличаться. К примеру, при контактной стыковой сварке плавлением соединяемые края деталей обязательно сначала оплавляются, после чего происходит их пластическая деформация. В данном случае часть деформированного металла вместе с частью загрязнений выводятся на поверхность, формируя грат.

Распределение в сварной зоне по сечению соединения деформаций осуществляется неравномерно. В результате этого у металлических частиц в сварной зоне происходит скольжение. Такой процесс приводит к образованию повышенных механических характеристик сварочных соединений.

Подготовка деталей

Перед проведением электросварки следует провести подготовку соединяемых деталей. Рекомендации следующие:

  1. Проверяется ровность среза, который должен быть равен 90 градусов.
  2. Торец и окружающая поверхность зачищается при помощи наждачной бумаги и другого абразива до появления металлического отблеска.
  3. Все виды загрязнений должны быть полностью удалены.

На момент проведения сварки все элементы должны быть прочно закреплены.

Электроды

процесс подводной сварки

Дуговая подводная сварка на глубине подразумевает использование электродов диаметром от 4 до 6 мм, с включением добавок из ферросплавов, которые улучшают качество шва.

Для мокрого типа, стержни пропитываются парафином, коллоидным раствором лакового коллоксилина или смол, и производятся главным образом из стали.

Заменить отработанный электрод в гипербарическом процессе возможно лишь при отключении подачи на него тока. Стальное основание токопроводящего элемента плавится во время сварки несколько быстрей, чем соприкасающееся с водой покрытие.

Вследствие этого, последний образует своеобразный козырек в форме устойчивого пузыря, в котором находится основание.

Используемая на глубине электродная проволока характеризуется невысоким содержанием углерода, которая имеет повышенную плотность, а электроды покрыты защитной пленкой, с высоким показателем сопротивляемости влаге.

Герметически изолированные электрические кабели для спайки подводных деталей предохраняют просачивание в них воды.

Настройки аппарата при сварке давлением

Выбор режима сварки, т.е. ее способа, настройки используемого оборудования и т.д., зависит от физических характеристик соединяемых деталей, а иногда и от их конструкции.

При выполнении электроконтактной сварки основными параметрами являются:

  • сила и плотность тока;
  • время его протекания;
  • усилие сжатия.

Если сварка стыковая, то важна установочная длина (расстояние от электрода до торца детали).

В процессе контактной сварки существует такое явление, как шунтирование – часть тока минует зону проведения работ и протекает по детали. В случае применения стыкового метода шунтирование происходит только в деталях, имеющих замкнутый контур.

Настройки аппарата
Выбор режима сварки зависит от физических характеристик соединяемых деталей.

Когда выполняется точеная сварка, шунтирование тока наблюдается в ранее выполненных точках или в местах случайных контактов деталей. Это приводит к тому, что в зоне соединения недостаточный ток, поэтому ядро точки получается меньшего размера.

Условно принято разделять технологические процессы на «жесткие» и «мягкие». В первом случае они характеризуются небольшим временем протекания тока (0,1-1,5 секунды), поэтому заготовка сильно не нагревается. Давление электродов при этом требуется большое. Данный метод подходит для работы с алюминиевыми, медными сплавами, легированными сталями, чтобы сохранить их антикоррозионные характеристики.

Для «мягкого режима» характерно плавное нагревание заготовок, и для этого требуется более длительное протекание тока (от 0,5 до 3 секунд). Он используется при работе со склонными к закалке сталями. Надо учитывать, что за счет образования карбида хрома в соединяемых элементах происходит обеднение этим элементом.

Контактная сварка позволяет соединять детали из большинства металлов.

Для обеспечения прочного соединения в нем не должно быть:

  • неоднородностей, в литой и переходной зоне соединения структура материала должна быть плотной и сплошной;
  • разупрочнения детали в месте соединения и образования хрупких структур;
  • снижения коррозионной устойчивости;
  • деформации деталей, она допускается в заданных пределах.

Сущность сварки металлов давлением

Сварка давлением может осуществляться без расплавления соединяемых металлов, так и с местным их расплавлением в зоне стыка. Во втором случае, по сути, происходит сварка плавлением, и такие виды сварки относятся к комбинированным видам. Вообще, физическая сущность межатомных связей, посредством которых происходит схватывание и образование сварного стыка, одинакова при сварке давлением и плавлением. Но вот пути создания условий, при которых происходит это взаимодействие, различны.

Хотя при некоторых видах сварки давлением присутствует нагрев сварного соединения, но схватывание материалов достигается, главным образом, за счёт их совместной пластической деформации в зоне контакта, а нагрев выступает лишь в качестве сопутствующего фактора и в некоторых процессах может, вообще, отсутствовать.

Технология сварки давлением

Технология сварки давлением зависит от способа сварки, от типа свариваемых материалов и других факторов. Далее рассмотрим основные типы механической и термомеханической сварки, расскажем технологию и область применения того или иного вида сварки.

Преимущества технологии

В чем же преимущества сварки металлов давлением ацетилена и кислорода перед традиционной технологией сваривания металлических конструкций?

  • Отсутствие необходимости в применении дополнительных расходных материалов, например флюсов, которые облегчают сварочные работы.
  • Методика подходит для выполнения неразъемных соединений практически всех видов металлов, сплавов.
  • Некоторые пластичные материалы, алюминий можно соединять без дополнительного прогревания участка контакта соединяемых элементов.

Специфические черты


Принцип сварки давлением заключается в пластической деформации материала металла вдоль стыков свариваемых частей (отдельных участков трубопроводов, например). Такое механическое воздействие достигается за счёт значительных по величине статических, а в отдельных случаях и ударных нагрузок.

Для ускорения этого процесса сварка сопровождается местным нагревом, что способствует образованию более прочных связей между вступающими в непосредственный контакт частицами. Полоса материала с происходящими в её границах физическими процессами, называется зоной объединения.

В качестве источника тепла при сварке давлением под нагревом могут использоваться как специальные термические печи и электрический или индукционный ток, так и особые химические реакции или переменная электрическая дуга.

Картина протекания сварочного процесса под давлением с нагреванием зоны контакта существенно отличается от случая сварки плавлением.

Так, при сварке стыков давлением с частичным нагревом, места соединения сначала слегка оплавляются и только после этого пластически деформируются. Одновременно с этим некоторая часть деформированного материала вместе со шлаком выдавливается за границы стыка, образуя так называемый «грат».

Сваривание труб

Довольно распространенным вопросом можно назвать то, как варить трубы электросваркой. Инверторы и другие приборы характеризуются простотой в применении, а также возможностью точной регулировки выходных параметров. Сварка металлических труб проводится с учетом нижеприведенной информации:

  1. Стык должен быть непрерывным.
  2. Начав сварку не нужно останавливаться.
  3. Все работы должны проводится в несколько слоев, за счет чего обеспечивается герметичность. Количество швов зависит от толщины стенок.

При рассмотрении того, как сваривать трубы нужно уделять внимание тому, что каждый предыдущий слой должен полностью остыть.

Сварка труб электросваркой должна проводится с контролем получающегося крепления. Кроме этого, сварной шов на трубе своевременно очищается от шлака и других загрязняющих веществ.

Выбор электродов

К подготовительному этапу можно отнести выбор наиболее подходящего электрода. От качества этого расходного материала зависит герметичность получаемой системы, а также сложность проведения сварки. Сегодня используют электроды, которые представлены токопроводящим стержнем со специальным покрытием. За счет применения специального состава стабилизируется дуга и формируется более привлекательный, качественный сварочный шов. Кроме этого, в некоторых случаях включенные химические вещества снижают вероятность окисления металла.

В продаже встречается довольно большое количество различных вариантов исполнения подобных расходных материалов. По типу сердцевины выделяют:

  1. С сердечником, который не плавится. При их изготовлении применяется графит или вольфрам, а также электротехнический уголь.
  2. С плавящимся стержнем. В этом случае при изготовлении применяется проволока, толщина которой может варьировать в большом диапазоне. При проведении электросварки толщина электрода – наиболее важный параметр, который нужно учитывать.

Классификация проводится также по тому, какое вещество применяется в качестве обмазки. Наибольшее распространение получили следующими варианты исполнения:

  1. Рутилово-кислотные зачастую применяются при создании системы трубопровода отопления или подачи воды бытового предназначения. При электросварке может образоваться шлак, удалить который не составляет трудности.
  2. Целлюлозные подходят в большей степени для работы с изделиями, которые имеют крупное сечение. Примером можно назвать случай изготовления магистрали для подачи газа и воды.
  3. Рутиловые применяются в случае, когда нужно получить аккуратный шов. Шлак с поверхности удалить просто и быстро. Кроме этого подходит для наваривания второго или последующего шва.
  4. Рутилово-целлюлозные подходят для сварки практически в любой плоскости. Этот момент определяет их частое применение при создании вертикально расположенного шва большой протяженности.
  5. Основная обмазка считается универсальным покрытием, которое подходит для электросварки самых различных деталей, в том числе и толстостенных изделий. Образующееся крепление характеризуется пластичностью и высокой прочностью.
Читайте также:  Сварочная дуга: строение, температура, классификация и виды дуги

Рекомендуется уделять внимание продукции известных производителей, заявленные эксплуатационные характеристики которых будут соответствовать реальным. Кроме этого, при выборе расходного материала нужно уделять внимание сроку годности изделия.

Контактная сварка давлением

Согласно статистическим данным строительства, наибольшей популярностью сегодня пользуется контактная сварка под давлением, на качество которой оказывают влияние такие характеристики:

  • пластичность материала соединяемых элементов;
  • качество предварительной подготовки поверхностей соединяемых деталей;
  • правильное расположение свариваемых элементов конструкции относительно друг друга;
  • применение дополнительных защитных составов, предупреждающих проявление на металле тугоплавких оксидов.

При правильном выполнении сваривания деталей под давлением на участках соединения должны быть заметны небольшие утолщения материала.

Как сваривают сосуды

При изготовлении специальных сосудов и емкостей очень часто возникает необходимость в образовании не только прямолинейных, но и кольцевых или круговых стыковочных соединений.

Сварка сосудов организуется в связи с этим по особым методикам, учитывающим толщину стенок изделия и предусматривающим тщательное исполнение каждого рабочего шва.

Выполнить все условия, предъявляемые к соединению частей тонкостенных сосудов, удается лишь путём применения рассматриваемого метода, а именно – сварки под давлением. Для получения результата используются несложные приспособления и специальный инструмент, обеспечивающие равномерное прижатие кромок свариваемых тонкостенных изделий.

Сварочные операции под давлением обеспечивают достаточно эффективное неразъемное сочленение самых различных типов металлов (в том числе – и разнородных по своему составу). При этом качество получившегося сварного контакта, образуемого без применения классических сплавных технологий, во многом определяется тщательностью подготовки свариваемых плоскостей и поверхностей.

Помимо этого, оно в значительной мере зависит и от свойств используемых материалов, то есть от их способности подвергаться пластической деформации при воздействии предельных механических нагрузок.

Необходимое для работы оборудование

Для проведения термомеханической сварки часто используют горячештамповочные машины. Их особенность в наличии встроенного индукционного нагревателя, поэтому заготовки прогреваются непосредственно в месте проведения работ, и их не надо переносить от печи.

В остальных случаях применяют гидравлические или механические прессы, выбор делают в зависимости от пластичности материалов. Осадку выполняют в модернизированных штампах. В них нет матрицы, вместо нее используется прижим заготовок по линии соединения.

Виды сварочных соединений

Выполнять сварочные работы можно только при учете того, какие именно можно найти сварочные швы. Наибольшее распространение получили:

  1. Размещение и сваривание деталей встык. В этом случае изделия должны быть распложены рядом друг с другом.
  2. Соединение в тавр характеризуется тем, что изделия расположены под прямым углом относительно друг друга.
  3. Способ скрепления внахлест получил больше распространение по причине простоты сварки и контроля качества получаемого соединения.

Цельный стык

В случае соединения двух сторон трубы, по одной из которых все еще течет вода, можно использовать специальный подход. Особенно это применимо к трубопроводу, пролегающему близко к полу или земле.

Для успешного выполнения работы в верхней части трубы, находящейся в горизонтальном положении, вырезается «окно». Это прямоугольное или овальное отверстие в одной из сторон соединения. Поможет это в том случае, когда давление отключено и основной объем жидкости сброшен, но вода продолжает подтекать. В трубу закладывается тряпка, впитывающая влагу и освобождающая низ для беспрепятственной сухой сварки.

Шов накладывается изнутри через вырезанное окно. Важно заварить низ и поднять края шва на стенки. Для большей надежность стоит выполнить несколько проходов. Затем тряпка удаляется (это крайне важно сделать сразу, иначе вся работа будет напрасной, если ее забыть и в спешке заварить стык), и вода течет по уже сваренному дну, не мешая процессу. Боковые швы накладываются с наружной части. Последним закрывается окно. Это делается с применением заранее подготовленной «заплатки», соответствующей по размерам. Поскольку шов состоит из нескольких сегментов, то все окончания требуется перекрывать, а последний кратер выводить на цельный участок трубы и заваривать с наплавкой.

Виды

Выделяют следующие основные виды сварки давлением:

  1. Холодная. Во время этого метода используется техника сваривания частей и заготовок без расплавления торцевых зон.
  2. С использованием эффекта трения. Сварка под давлением при помощи этого способа осуществляется с применением теплоты, которая выделяется во время динамического соприкосновения свариваемых поверхностей.
  3. Ультразвуковая и кузнечная. Сварочный процесс под давлением с использованием ультразвука является эффективным методом сочленения давлением разнородных металлов, которые находятся в твердом состоянии. Кузнечная сварка практически ничем не отличается от печного метода, во время нее осуществляется механическое ударное воздействие на материал.

Вид применяемой сварки зависит от параметров металла.

Для стальных трубопроводов, выходя из их толщины и диаметра металла, применяют газовую сварку, а также электродугу. Если условный проход труб от 6 до 25 мм, можно применять газовую сварку.

Что касается труб, у которых условный проход от 100 мм, более предпочтительна автоматическая и автоматическая сварка под слоем флюса.

Для труб небольшого диаметра подходит работа электродуговой ручной сваркой.

Если у труб условный проход от 25 до 40 миллиметров, для их сварки применяют обычный шов и v-образную разделку кромок, а в случае условного прохода от 60 мм – с подкладными кольцами.

Выбор типы сварки.

Особенности процесса

У рассматриваемого процесса есть достаточно большое количество особенностей. При выполнении сварки труб учитывается нижеприведенная информация:

  1. Полярность тока выбирается в зависимости от толщины стенок, типа материала и выбранного электрода. Стоит учитывать, что вся информация о том, при каких параметрах должен применяться электрод указывается производителем.
  2. Стоит учитывать, что соединение труб также проводится с учетом силы тока. Определить этот показатель можно путем умножения показателя толщины стержня на 30 или 40. Подобным образом определяется сила тока, которая устанавливается на аппарате.
  3. Скорость проведения сварки не регламентируется ни в какой технической документации. Однако, нельзя задерживать электрод долго на одном месте, так как это может привести к появлению подтеков. Кроме этого, слишком высокая температура может привести к прогоранию кромки.

Для того чтобы упростить задачу проводится предварительное крепление соединяемых элементов. Подобные особенности сварки нужно учитывать для того, чтобы повысить качество соединения.

Течет посредине трубы

Нужно все осмотреть и выявить место повреждения. Что делать если дыра небольшая и течет вода, а сантехнику позвонить нет возможности? Можно воспользоваться автомобильной шпатлевкой «Белый титан» и ней заделать дыру.

Такой способ ремонта на несколько лет продлит срок службы трубы, но только в том случае если она подает воду не под высоким давлением.

Если течет прилично, тогда на место бреши накладывается пласт резины, так называемый бандаж, который по размеру должен быть больше дырки.

Заплатка фиксируется при помощи мягкой проволоки. Все вышеперечисленные элементы можно приобрести в строительном магазине.

Не стоит забывать, что таким способом можно заделать только для временного действия (до прихода мастера, который сможет качественно все исправить).

Ненадежный соединительный шов

Что делать, если течет вода в месте примыкания трубы к батарее, краном или в районе резьбового стыка? В этом случае устранение проблемы будет несколько усложнено, так как иногда соединяются элементы разных диаметров.

Узнайте все причины почему может капать кран на кухне и способы устранения данных дефектов.

Чем заделать в этом случае? Можно заделать дыру, используя отрезок тонкой резины, которую нужно зажать специальным металлическим зажимом.

Такое решение не может стать 100% способом устранения проблемы. Место стыка придется разобрать и капитально его заварить или склеить.

Окончательный ремонт, возможно, произвести только при полном отключении системы отопления и спуска воды. Если в частном доме этот процесс можно проделать самостоятельно, то в квартире рекомендуется доверить такую работу специалисту.

Если в доме стоит автономное отопление, хозяин должен постоянно иметь на подхвате новые муфты и запасные соединительные элементы, чтобы в случае аварии быстро заделать дыру.

Протекает между секциями батареи – что делать?

Небольшое отверстие, из которого течет вода, можно заделать, используя обычный саморез, что найдется в хозяйстве каждого дома.

Естественно на долго такого решения не хватит, но все же поможет избавить от ущерба, что может нанести даже незначительное подтекание.

Второй способ. Проблемный участок рекомендуется обмотать плотной тканью пропитанной герметиком или же клеящим раствором стойким к воздействию воды (гипоксидным клеем).

Когда ткань высохнет, можно подключать батарею к системе, но чтобы качественно ее заделать все же стоит обратиться за помощью к сантехнику.

Что делать, если причиной аварии стал скачок давления воды? В первую очередь стоит позаботиться об устранении внутренней проблемы.

Из применения труб отличных размеров сечения возможно возникновение гидроударов, особенно в процессе устранения воздушных карманов.

Источники

  • https://pressadv.ru/metally-svarka/sushchnost-svarki-davleniem.html
  • https://BurForum.ru/metally-svarka/pod-davleniem.html
  • https://svarkaved.ru/tekhnologii/vidy-i-sposoby-svarki/kak-varit-davleniem
  • https://WikiMetall.ru/metalloobrabotka/svarka-davleniem.html
  • https://svarkaed.ru/svarka/vidy-i-sposoby-svarki/osobennosti-svarki-trub-davleniem.html
  • https://srtmx.ru/remont-i-montazh/svarka-davleniem-eto.html
  • https://ProxiStroi.ru/raboty/svarka-pod-davleniem-2.html
  • https://zoobird.ru/sposoby-svarki-davleniem-i-ih-kratkaya-harakteristika/
  • https://svaring.com/welding/vidy/svarka-davleniem
  • https://melt-spb.ru/gazovye/svarka-davleniem-eto.html
  • https://RemmachSerp.ru/montazh/svarka-davleniem-eto.html
  • https://master-azov.ru/svarka/davleniem.html

[свернуть]
Ссылка на основную публикацию