види зварювання - Холодне зварювання
Не виключено, що даний спосіб з'єднання металів застосовувався в далекій давнині. Зокрема, золоті коробочки, які зберігаються в Національному музеї в Ірландії, за висновком фахівців, виготовлені в епоху пізнього бронзового століття холодним зварюванням. Історія сучасного етапу розвитку холодної зварювання починається з досліджень, виконаних в Англії в 1948 р Всього за один рік цей вид зварювання отримав широке промислове поширення не тільки в Англії, але і в США, Німеччині, СРСР і інших країнах.
Особливість цього виду зварювання полягає в тому, що процес протікає без зовнішнього нагріву при кімнатній або більш низькій температурі шляхом пластичного деформування матеріалів, що з'єднуються (рис. 1.42).
Мал. 1.42. Схеми холодної зварювання: а, б - точкової; в, г - стикового; 1, 2 - деталі, що зварюються; 3 - пуансони; а, в - положення перед зварюванням; б, г - після зварювання
При цьому деталі, що з'єднуються по поверхні зіткнення за рахунок великої пластичної деформації доводять до зближення на відстань дії міжатомних зв'язків. Перебіг металу призводить до руйнування поверхневих плівок і виносу їх в грат. Незважаючи на це, необхідна ретельна підготовка зварювальних кромок - знежирення і очищення.
Було показано, що існує зв'язок між величиною деформації і міцністю одержуваного з'єднання: поки деформація не досягне деякого критичного значення, званого деформацією схоплювання, міцність зчеплення дорівнює нулю. При подальшому збільшенні деформації міцність з'єднання швидко зростає. При цьому створюється значна зміцнення металу - до 50-80% і більше, в результаті чого зварене з'єднання може бути міцніше основного металу.
Для оцінки зварюваності металів використовується величина глибини вдавлення пуансона прямокутного перетину, необхідна для зварювання (табл. 1.2). Подальшими дослідженнями було показано, що холодним зварюванням можна з'єднувати і різнорідні метали, незалежно від їх взаємної розчинності і хімічних властивостей. Перевагою такого методу з'єднання є відсутність тендітних интерметаллидов в перехідній зоні. У порівнянні з чистими металами сплави зварюються гірше. Непрямою оцінкою зварюваності сплавів може служити їх твердість, підвищення якої погіршує зварюваність.
Застосування вакууму в ряді випадків дуже різко знижує величину деформації схоплювання. Наприклад, алюміній, мідь, свинець, очищені шабрением в вакуумі, схоплювалися при деформації 5-8%.
Розвиток цього способу з'єднання призвело до того, що в даний час види холодної зварювання досить численні і різноманітні. Вони можуть бути кваліфіковані за такими ознаками:
- по виду з'єднання:
- стикові;
- внахлестку;
- таврові;
- зсувні;
- за способом застосування тиску:
- статичні;
- динамічні;
- вібраційні;
- за способом вдавлювання пуансона:
- точкова;
- лінійна;
- кільцева;
- шовна.
Холодної зварюванням успішно поєднуються алюміній, мідь, нікель, срібло, титан, індій, золото та інші пластичні кольорові метали і сплави. Холодне зварювання знайшла широке застосування в електротехніці, радіотехніці та радіоелектроніки, приладобудуванні, кольорової металургії та машинобудуванні.
Холодне зварювання здійснюється при значній пластичній деформації без зовнішнього нагріву з'єднуються частин. Якщо дві зварюються пластини 2 і 3 (рис. 1.6, а), накладені один на одного внахлестку, обжати шайбами 1, 4, що виключають випинання пластин при їх деформації, і потім вдавлювати в пластини пуансони 5, 6, виготовлені з більш твердого металу, то видавлюється пуансонами обсяг металу призведе до значного деформування металу в навколишній зоні.
У міру вдавлення пуансонів деформації будуть збільшуватися і почнеться протягом металу, зокрема поблизу поверхонь розділу пластин 2 і 8. Якщо ці поверхні попередньо очищені від жирових забруднень, а окисні плівки виявляться зруйнованими при перебігу металу, то в багатьох ділянках в області деформації чисті ювенільні поверхні пластин 2 і 3 прийдуть в зіткнення, при якому між ними виникнуть металеві зв'язку (рис. 1.6, б). Ступінь деформації, яка призведе до такого схоплюванню, залежить від властивостей металів, властивостей окисних плівок, схеми деформування. Можливі й інші схеми деформування, наприклад зрушенням.
Холодної зварюванням можна з'єднувати тільки дуже пластичні метали. При цьому можуть бути отримані сполуки внахлестку і встик.
Холодне зварювання - один з видів зварювання в твердій фазі зі значною об'ємною пластичною деформацією і малим ступенем її локалізації в зоні контакту, що з'єднуються. Її здійснюють тиском на повітрі при кімнатній температурі, яка для більшості металів значно нижча за температуру рекристалізації обробки. Основний технологічний варіант холодної зварювання передбачає спільну пластичну деформацію деталей, що з'єднуються за рахунок докладання зусиль, нормальних до поверхні з'єднання. Іноді для інтенсифікації та полегшення відносних зсувів поверхонь, що з'єднуються додатково докладають тангенціальні зусилля.
Холодне зварювання нормальними зусиллями здійснюють внахлестку втискуванням пуансонів в попередньо затиснуті або незажатие деталі або встик з використанням затискних пристосувань, які призводять до обмеженої деформації в кінці процесу (рис. 2). Для отримання якісного з'єднання в обох випадках необхідне значне розтікання металу в місці з'єднання, яке сприяє руйнуванню і виносу окисних плівок із зони контакту, згладжування поверхневих мікронерівностей і утворення активних центрів схоплювання в місцях виходу дислокацій і їх скупчень.
Холодне зварювання застосовують також і для з'єднання різнорідних металів. Прикладами можуть служити: армування алюмінієвих проводів мідними наконечниками; отримання двох-і багатошарового прокату зі стрічок, які, проходячи через зачисну машину, надходять в валки прокатного стану і зварюються з обтисненням до 65% (нікель - низьковуглецевий сталь - нікель, алюміній - залізо - алюміній, мідь - алюміній - мідь, срібло - бронза- срібло, серебронікельмедний сплав і т. д.).
Для отримання якісного з'єднання між різнорідними металами також необхідна значна спільна пластична деформація.
Для здійснення холодної зварювання, як правило, використовують стандартне пресове й прокатне обладнання, яке оснащують спеціальним інструментом відповідно до типорозмірами деталей, що зварюються. Найбільш широке застосування холодне зварювання знайшла у виробництві виробів домашнього побуту із алюмінію і його сплавів, в електротехнічної промисловості і транспорті для з'єднання алюмінієвих і мідних проводів, а також алюмінієвих проводів з мідними наконечниками. В останні роки у ВНІІЕСО, ЦНДІ МПС і ряді інших організацій для цих цілей були розроблені зразки спеціалізованого пресового устаткування, що дозволяє, зокрема, здійснювати зварювання з комбінованим додатком нормальних і тангенціальних зусиль. Для розуміння фізичної природи холодної зварювання і виявлений умов спільної пластичної деформації, достатніх для отримання якісного з'єднання різних металів і сплавів, необхідно розглянути роль і особливості пластичної деформації на всіх основних стадіях процесу при утворенні фізичного контакту (руйнування і видалення окисних плівок із зони з'єднання, згладжування поверхневих мікронерівностей); активації контактних поверхонь (формування активних центрів в місцях виходу дислокацій в зону контакту); об'ємному взаємодії (утворення містків схоплювання на активних центрах, релаксація напружень).
У зв'язку з труднощами забезпечення схоплювання металів по всій поверхні контакту при холодному зварюванні реальну міцність з'єднання необхідно оцінювати також з урахуванням впливу концентраторів напружень від залишаються несплошностей (дефектів зварювання) на руйнування містків схоплювання при температурах, при яких у ряду металів може проявлятися крихкість.
Холодне зварювання здійснюється при низьких гомологічних температурах (<0,4 Тпл), для яких характерні тільки низькотемпературні механізми повернення в процесі упругопластической деформації і після зняття навантаження (розрядка дислокацій в скупченнях за рахунок сильного пружного взаємодії дислокацій, анігіляція дислокацій і взаємодія їх з точковими дефектами типу відпалу вакансій на дислокаціях, але без перебудови дислокацій за механізмом переповзання їх гвинтових і крайових компонент). Чим вище енергія дефектів упаковки кристалічної решітки (наприклад, в ГЦК-металах у алюмінію в порівнянні з міддю), тим легше протікає повернення і повніше відбувається релаксація напруг. Однак на ступінь деформаційного зміцнення при цих температурах можуть також впливати і процеси взаємодії дислокацій з межузельние атомами домішок або їх комплексами з точковими дефектами, що призводять в ряді металів (наприклад, залізо, титан і т. Д.) До закріплення (блокування) дислокацій і перешкоджають релаксації напружень. Ці процеси прийнято називати динамічним деформаційних або просто деформаційних старінням, в залежності від того, які дислокації піддаються блокування - рухомі або нерухомі.
Таким чином в умовах холодної зварювання більшості металів формування загальних зерен в зоні з'єднання неможливо через те, що при кімнатній температурі рекрісталлізаціонпие процеси в них протікати не можуть. У той же час для деяких легкоплавких металів, наприклад індію, галію, свинцю і т. П., Кімнатна температура вище температури рекристалізації обробки, і термін «холодне зварювання» до них застосовувати можна тільки умовно.
За умовами протікання завершальній стадії процесу, т. Е. Стадії об'ємного взаємодії, зварювання цих металів тиском ближче до термокомпрессіонной або дифузійної, ніж до холодної зварюванні. Однак загальне принципова відмінність холодної зварювання будь-яких металів від більшості способів їх зварювання в твердому стані при підвищених температурах пов'язано з необхідністю руйнування і видалення окисних плівок із зони контакту механічним шляхом, т. Е. За рахунок інтенсивної спільної пластичної деформації. Величина пластичної деформації, необхідної для руйнування і видалення окисних плівок, тим більше, чим менше відношення твердостей плівки і металу і чим товще плівка. Далі пластична деформація, як і при всіх інших способах зварювання в твердому стані, забезпечує утворення фізичного контакту, активацію контактних поверхонь і їх схоплювання на стадії об'ємного взаємодії. Відмінності на цих стадіях не принципові і пов'язані лише з кінетичними особливостями процесу, які визначаються більшим ступенем ускладнення пластичної деформації і релаксації напружень, що додатково обумовлює ще більшу величину накопиченої деформації, необхідної для утворення міцного з'єднання, в порівнянні зі способами зварювання в твердому стані при підвищених температурах.
джерело: Миколаїв Г.А. "Зварювання в машинобудуванні. Довідник. Т.1" , М.П. Шалімов, В.І. Панов "Зварювання Вчора, Сьогодні, Завтра". Єкатеринбург, 2006