Волочение

Волочение – это процесс формирования заготовки путем протягивания через отверстие волоки. Волока – это инструмент для формирования требуемого профиля поперечного сечения заготовки. Материал волоки должен иметь высокую твердость, износостойкость и прочность, чтобы обеспечить сохранность геометрических параметров при многократном нагружении в процессе формирования изделия. Исходной заготовкой является катанный или прессованный металл. Волочением получают проволоку или прутки различного профиля.

30. Технология электроэрозионных методов обработки металлов.

Элионные, электрофизические и электрохимические методы обработки материалов дополняют механическую обработку. Они находят применение для обработки материалов, которые плохо поддаются механической обработке, например, сверхтвердые сплавы. При обработке этими методами практически отсутствует механическое воздействие от инструмента, что позволяет обрабатывать тонкостенные детали с высокой точностью. Часть из этих методов позволяет менять структуру наружного слоя материала. Эти методы обработки легко поддаются автоматизации.

17.1 Элионная обработка – это размерная обработка конструкционных материалов, основанная на использовании энергии сфокусированных лучей и потоков частиц. Она применяется в тех случаях, когда обработка резанием затруднена или невозможна. К элионной обработке можно отнести: электронно-лучевую, плазменную, электроэррозионную, лазерную.

17.2 Плазменная обработка.

Плазма – это полностью ионизированный газ, имеющий температуру 10000-30000⁰С. Получают плазму в плазматронах следующим образом: между вольфрамовым электродом и электродом из меди, выполненным в виде трубы возбуждают электрическую дугу, затем в трубу подают газ (аргон, азот, гелий, кислород). Газ ионизируется и выходит из трубы в виде ярко светящейся струи – плазмы. Плазму направляют на обрабатываемую поверхность. Плазменным методом осуществляют: строгание, прошивку отверстий, обрезку и т.д.

17.3 Электроэррозионные методы обработки.

Основаны на разрушении электродов из токопроводящих материалов при пропускании между ними импульсного тока. Впервые эти методы были предложены в СССР в 1943 г. Обрабатываемая заготовка служит одним электродом (анод), а инструмент другим – катод. Межэлектродное пространство заполняется диэлектрической жидкостью (керосином, мин.маслом и др.). При наличии определенной разности потенциалов межэлектронное пространство ионизируется и становится токопроводящим, между электродами возникает электроисковой или электродуговой разряды. Время импульса 10^-5 – 10^-8 сек. Мгновенная плотность тока 8000-10000 А/мм², в результате t⁰ на поверхности заготовки достигает 10000-12000⁰С. При этом мгновенно испаряется элементарный объем металла. Удаляемый металл застывает в виде сферических гранул d 0,01-0,005 мм в диэл. жидкости. Процесс эррозии продолжается до тех пор пока не будет удален весь металл на расстоянии пробоя для импульса с заданными параметрами.

Метод широко используется для изготовления пресс-форм, штампов, сеток и т.д. Например, пресс-форма для подошвы к обуви.

17.4 Электрохимические методы обработки.

В основе метода лежит явление анодного растворения при электролизе. Деталь в виде анода помещается в электролит. При прохождении через электролит электрического тока протекают химические реакции, превращающие поверхностный слой металла в химические соединения. Продукты электролиза переходят в раствор. Инструменту, служащему катодом, придается форма обратная форме обработанной детали. В зазор между катодом и анодом непрерывно под давлением подается струя электролита, которая растворяет и удаляет окислы из зоны обработки. Участки, не требующие обработки, изолируются. Эта обработка обеспечивает высокое качество поверхности.

17.5 Анодно-механическая обработка.

Основана на сочетании электротермических и электрохимических процессов и занимает промежуточное место между электроэррозионными и электрохимическими методами.

Заготовку подключают к аноду, а инструмент – к катоду. В качестве инструмента применяют металлические диски, цилиндры, ленты, проволоку. Обработку ведут в среде электролита (водный раствор жидкого натриевого стекла). Заготовке и инструменту сообщают движения как при обычной механической обработке. В зону обработки подают электролит. При пропускании через электролит электрического тока происходит процесс анодного растворения. При соприкосновении инструмента (катода) с деталью происходит процесс электроэррозии.

17.6 Химические методы размерной обработки деталей.

Состоит в травлении их поверхности в крепких растворах щелочей и кислот. Например, панели крыла на Казанском авиационном заводе, где обработка больших площадей. Поверхности не подлежащие обработке покрывают химически стойкими покрытиями. Для повышения интенсивности травления травильный раствор нагревают до t = 40-80⁰С. По окончанию травления заготовки промывают, нейтрализуют, повторно промывают в горячей воде, сушат и снимают защитные покрытия. Химические травления применяют для панелей, для формирования поверхности труднодоступной механическому инструменту.

17.7 Химико-механическая обработка применяется для разрезания и шлифования пластинок из твердого сплава, при доводке твердосплавного инструмента. В качестве инструмента используются чугунные диски или пластины, Обработка происходит в ваннах, заполненных суспензией, состоящей из раствора серно-кислой меди и абразивного порошка. Заготовке и инструменту сообщают относительное движение. В результате обменных химических реакций кобальтовая связка твердого сплава переходит в раствор в виде соли, а зерна карбидов Тi и W удаляются присутствующим в растворе абразивным порошком.

17.8 Ультразвуковая обработка применяется в настоящее время для обработки твердых и хрупких материалов (например, стекла, рубина, алмаза, керамики, карбида вольфрама и др.), с большим трудом обрабатываемых обычными методами.

Использование ультразвуковых колебаний для обработки твердых и хрупких материалов основано на создании высокой скорости изнашивания обрабатываемого материала при контакте вибрирующего инструмента и абразивов (в виде пасты, водной и масляной суспензии) с местом обработки. Инструмент изготовляют преимущественно из пластичного металла, в который абразивные частицы внедряются без его существенного износа. На рис. 1 приведена схема ультразвуковой обработки. Инструмент 2 совершает продольные колебания с частотой 16000-25000 в секунду и амплитудой 0,02-0,06 мм. Его изготовляют из конструкционной стали и по профилю он соответствует форме обрабатываемого отверстия.

В зону обработки, т. е. в зазор между колеблющимся с ультразвуковой частотой рабочим торцом инструмента 2 и заготовкой 1, с помощью насоса 6 подают абразивный порошок, взвешенный в воде (в качестве абразива, как правило, применяют карбид бора).

Источником колебаний инструмента является магнитострикционный вибратор 3, в котором электрические колебания мощного электрического генератора 4 преобразуются в механические. Магнитострикционная деформация торца вибратора небольшая: 5-10 мкм. Для увеличения амплитуды в 2-5 раз применяют трансформаторы скорости или акустические концентраторы 5.

К узкому сечению концентратора крепят инструмент. В процессе обработки инструмент должен непрерывно перемещаться по направлению к заготовке. При обработке глухих отверстий инструмент необходимо периодически поднимать для заполнения полости свежим абразивом и удаления продуктов резания.

При обработке заготовок из электропроводящих материалов предварительную черновую обработку для снятия большей части материала целесообразно производить электроискровым методом, а чистовую обработку для получения поверхности с шероховатостью 2,5-1,25 мкм по Ra-ультразвуковым методом.

Производительность ультразвуковой обработки зависит от свойств обрабатываемого материала, амплитуды и частоты колебаний инструмента, вида и зернистости абразивного материала, размеров обрабатываемой площади, конфигурации обрабатываемой поверхности и величины давления (статического) между инструментом и заготовкой.

Существующие модели ультразвуковых станков позволяют обрабатывать отверстия диаметром от 0,15 до 90 мм при максимальной глубине обработки два-пять диаметров с точностью обработки для твердых сплавов 0,01 мм.

Ультразвуковой метод может быть применен при изготовлении твердосплавных штампов, для чеканки рельефов (например, медалей); в этом случае вибрирующий инструмент должен иметь рельеф детали.

17.9 Метод обработки электронным лучом (электронная бомбардировка). Практика применения электронного микроскопа позволила установить возможность использования энергии концентрированного электронного луча для обработки твердых материалов методом расплавления.

В безвоздушной камере образуется электронный луч с частотой от 1 до 3000 Гц и временем импульсов от 0.01 до 0.00005 сек, при скорости электронов порядка 115000-165000 км/сек, с температурой в зоне обработки около 6000⁰СВремя обработки зависит от количества удаляемого металла и его термических и химических свойств; механические свойства металла на время обработки влияния не оказывают.

Электронно-лучевая установка состоит из источника питания, вакуумной аппаратуры, блока программного управления и электронно-оптической трубки.

Для образования эмиссии электронов и электронного луча служит источник питания, который осуществляет накал катода.

Вакуумная аппаратура, состоящая из механического и диффузионного масляного насосов, создает глубокий вакуум, без которого обработка материалов этим способом невозможна.

Блок программного управления служит для автоматизации обработки электронным лучом.

В электронно-оптической трубке (рис.17.2) находится источник электронного луча 7, так называемая электронная пушка, импульсный генератор 2, электромагнитное регулирующее устройство 3, магнитно-фокусирующая линза 4 и электромагнитное отклоняющее устройство 5.

Импульсный генератор 2 обеспечивает в целях ограничения зоны нагревания прерывность электронного луча, а электромагнитное регулирующее устройство 3 стабилизирует его.

Магнитно-фокусирующая линза 4 предназначена для фокусирования луча до диаметра <0,5 и даже 0,01 мм посредством бесступенчатого регулирования фокусного расстояния, а электромагнитное отклоняющее устройство 5 – для перемещения электонного луча по обрабатываемой поверхности.

Производительность обработки электронным лучом значительно выше, чем при прочих методах обработки; так, для обработки паза шириной 0,005 мм и длиной 3 мм в пластинке из стали толщиной 0,5 мм необходимо 29-30 сек. Стальные листы толщиной до 1 мм режут электронным лучом со скоростью 1200 мм/мин.

Электронным лучом в настоящее время обрабатывают отверстия диаметром до 0,001 мм в изделиях точного приборостроения, а также фрезеруют сложные профили.

Электронный луч применяют для очистки поверхностей деталей, изготовленных из таких материалов как тантал, молибден, цирконий, ниобий, титан и вольфрам, а также для сварки некоторых сплавов.

31. Порошковая металлургия, область применения, основные преимущества использования изделий из порошковых материалов.

Для получения изделий, обладающих высокими и в ряде случаев уникальными свойствами, необходимы принципиально новые материалы. При создании таких материалов требуется специальное оборудование и новые технологии. Примером таких материалов могут служить полимерные композиционные материалы, изделия, полученные методами порошковой металлургии и др.

18.1 Порошковая металлургия - особый вид металлургического производства, обеспечивающего получение изделий таких видов и из таких материалов, которые практически невозможно изготовить другими методами. Исходным материалом для изделий служат порошки металлов и неметаллических материалов с размером частиц от нескольких МКМ до 0,1 мм.

Метод порошковой металлургии позволяет получать изделия как из обычных металлов и сплавов, так из сложных порошков металлов, сплавов и неметаллических материалов. Методом порошковой металлургии получают:

-антифрикционные изделия (подшипники скольжения, втулки), представляющих сложные смеси на основе порошков меди, бронзы, железа с добавками графита, окиси кремния, асбеста и др.);

-фрикционные изделия - накладки в тормозных системах тракторов, автомобилей и т.д.;

-фильтры из порошков меди, бронзы, нержавеющей стали и др.;

-щетки для коллекторных электродвигателей из смесей порошков меди, серебра с W, Мо, Ni - электрические контакты и другие изделия электротехнического и специального назначения;

-нити накаливания в электролампах из W;

-все изделия из так называемых инструментальных твердых сплавов (смеси карбидов W, Тi с Со или Ni) для обработки металлов резанием (пластины для резцов, фрез и др.), обработки давлением; фильеры для волочения проволоки; инструмента для бурения скважин и др.

Изготовление изделий методом порошковой металлургии имеют следующие преимущества перед другими:

-изделия получаются повышенной точности со специальными свойствами в зависимости от состава порошков;

-сокращается или полностью исключается механическая обработка изделий; т.е. снижается расход металла на изделие и общая трудоемкость изготовления; повышается коэффициент использования металла;

-возможно изготовление изделий из смеси металлических и неметаллических материалов;

-увеличивается долговечность и надежность изделий: пористых подшипников и деталей, работающих в агрессивных средах.

Экономически целесообразно применение порошковой металлургии только при больших масштабах производства изделий небольшого габарита (крупносерийное, массовое).

Технологический процесс производства изделий методом порошковой металлургии включает в себя следующие этапы: производство металлических порошков (самостоятельное направление в порошковой металлургии; дозировка и перемешивания порошков - приготовление шихты; формообразование изделий из порошков; спекание; отдельные операции.

1. Применяют следующие способы производства металлических порошков, основанные на механических, металлургических электрохимических и др. способах.

Механическое измельчение материала. Является несовершенным из-за неравномерной величины частиц 10-500 мкм. Дробление производят в шаровых мельницах, а пластичных металлов - в мельницах вихревого размола.

Распыление жидкого металла в порошок струей воды, пара или воздуха.

Восстановление металла из их окислов и солей и углеродом, водородом, газообразными углеродистыми или углеводородными соединениями. Получение Fе-порошка восстановлением его из железной окалины или руды природным газом дает возможность использовать в качестве сырья большое количество дешевой окалины, образующейся при прокатке и ковке стали.

Электролизводных растворов и расплавов солей и комплексных соединений. Получают мелкие порошки многих металлов и сплавов: тонкие (массой 05-10 мг и ультратонкие (менее 0,5 мг).

2. Приготовление шихты состоит из очистки порошков от примесей, классификации, их дозировки и перемешивание. Качество подготовки шихты влияет на механические свойства готовых изделий.

3. Этап формообразования изделий из порошков требует применения инструментальной оснастки (штампы, матрицы, пуансоны и др.)

Наиболее широкое применение имеет холодное прессование. Прессование состоит из ряда операций: дозировка и засыпка шихты в пресс-форму, прессование, выпрессовка. В пресс-форму могут загружать брикеты из порошков строго по весу и затем производят прессование под давлением, зависящим от состава порошка и назначения изделия.

Горячее прессование в пресс-форме - изделие не только формуется, но может подвергаться спеканию (операции формообразования и спекания совпадают).

Мундштучное прессование. Заготовку (трубы, полосы, стержня ид р.) получают продавливанием порошка через отверстие соответствующее конфигурации и размерам заготовки, под действием усиления пресса. Форма изделий задается формой матрицы и может быть сколь угодно сложной.

Способ прокаткиметаллических порошков заключается в подаче в зазор между валками, при вращении которых происходит обжатие и вытяжка порошка в ленту или полосу определенной толщины. Этот метод применяется для производства тонких пластин из твердых сплавов, фрикционных полос и лент, тепловыделяющих элементов атомных реакторов и др. трудно получаемых при обычных способах изготовления изделий. Получают однослойные и многослойные пористые и беспористые ленты, полосы, прутки, проволоку диаметром от 0.25 до несколько миллиметров.

Напылениемметаллического порошка на соответствующую форму получают тонкие фасонные изделия.

4. Спекание - термическая операция с целью повышения прочности; твердости изделия из прессованного порошка при температурах 0.6-0.9 абсолютной температуры плавления основного компонента сплава. Технология спекания влияет на прочность и твердость изделий - время выдержки и температура процесса должны быть оптимальными. Спекания проводят в вакууме или защитной атмосфере из водорода, окиси азота с водородом (восстановительная атмосфера), в среде аргона, гелия.

5. При необходимости спеченные металлокерамические изделия подвергают отделочным операциям: калиброванию, обработке резанием, термической и химико-термической обработке, повторному прессованию.

32. Основы мембранных технологий, область применения, основные преимущества.

Мембранная технология - новый принцип организации и осуществления процесса разделения веществ через полупроницаемую перегородку, отличающийся отсутствием поглощения разделяемых компонентов и низкими энергетическими затратами на процесс разделения.

Мембранные технологии интенсивно используются во многих отраслях. В химической промышленности - для разделения эмульсий и концентрирования растворов, отделения высокомолекулярных продуктов от низкомолекулярных, разделение смесей газов и т.д. В медицинской промышленности мембраны позволяют выделять и очищать вакцины, используются в аппаратах типа “искусственное лёгкое”. В пищевой промышленности мембранные технологии применяются для концентрирования соков, приготовления высококачественного сахара, получения высококачественных белков из отходов молочного производства и т.д.

По сравнению с традиционными процессами разделения неоднородных систем мембранная технология выгодно отличается высокой энерго- и ресурсоэкономичностью, простотой аппаратурного оформления, экологической чистотой.

В зависимости от агрегатного состояния разделяемой смеси, движущей силы процесса разделения, размеров частиц компонентов и механизма разделения различают несколько разновидностей мембранных процессов:

- диффузионное разделение газов;

- разделение жидкостей методом испарения через мембрану;

- баромембранные процессы разделения жидких смесей;

- электродиализ.

Диффузионное разделение газов основано на различной проницаемости мембран для отдельных газовых смесей. В качестве мембран для осуществления диффузионного разделения газовых смесей используются как сплошные, так и пористые мембраны с размерами пор меньшими, чем длина свободного пробега молекул газов при заданном давлении. Движущей силой процессов диффузии компонентов является разность их концентраций на противоположных поверхностях мембраны.

Диффузионное разделение газов сегодня является наиболее крупномасштабным и экономичным методом и широко используется для получения урана-235, являющегося ядерным топливом, широко используется для создания аппаратов “искусственное лёгкое”, при производстве водорода, выделении гелия из состава природных и нефтяных газов, является перспективным для выделения кислорода из воздуха, удаления диоксида углерода, воды и других компонентов из газовоздушных смесей в системах жизнеобеспечения людей в замкнутых пространствах, для создания контролируемой атмосферы, обогащённой диоксидом углерода, при хранении овощей и фруктов. Весьма перспективным является применение мембранных процессов для очистки газовых выбросов от диоксида серы. Решение этой задачи позволило бы внести существенный вклад в защиту окружающей среды и получать продукты, необходимые для народного хозяйства.

Разделение жидкостей методом испарения через мембрану основано на различной диффузионной проницаемости мембран для паров веществ. Движущей силой процесса является разность концентраций или давлений. Смесь жидкостей, находящихся в контакте с мембраной, нагревают, а пары, проникающие через мембрану, отводят с помощью вакуумирования или потоком инертного газа. Наиболее широко этот метод применяется при разделении азеотропных смесей, а также смесей веществ, имеющих невысокую термическую стабильность. Так, в полупромышленном масштабе осуществлено разделение водных растворов изопропилового, н-пропилового и н-бутилового спиртов, разделение смесей пиридин-вода, водных растворов капролактама, смеси изопропанола, этанола и воды.

Баромембранные процессы разделения жидких смесей на практике осуществляются под избыточным давлением и поэтому объединены в группу баромембранных.

Установки, работающие на принципе баромембранного разделения, уже сегодня широко используются для обессоливания морской и солёной вод, очистки сточных вод, извлечения ценных компонентов из разбавленных растворов, в пищевой промышленности для концентрирования сахарных сиропов, фруктовых и овощных соков, растворимого кофе, для получения ультрачистой воды для электронной промышленности, медицины и фармацевтики.

Если мембранный процесс применяют для отделения от идеального раствора крупных коллоидных или взвешенных микрочастиц размером 0,1…10 мкм, то его называют микрофильтрацией или мембранной фильтрацией.

Микрофильтрация нашла широкое применение в микробиологической промышленности при концентрации водных растворов ферментов, белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов и других веществ в химической, пищевой и целлюлозно-бумажной промышленности для очистки сточных вод.

Микрофильтрация используется для концентрирования тонких суспензий, осветления растворов, очистки сточных и природных вод при проведении обессоливания морской воды.

Электролиз можно определить как перенос ионов через мембрану под действием электрического тока. При наличии мембран, избирательно пропускающих одни ионы и задерживающих другие, можно решать многочисленные задачи выделения ценных компонентов из растворов, обессоливания воды, снижения жёсткости, электролиза растворов. Среди наиболее перспективных областей применения электродиализа, наряду с отмеченными перечислим концентрирование сбросных карбонат-сульфатных растворов и возврат их в технологический цикл; регенерацию растворов в гальванических производствах; очистку хлор- и медьсодержащих сточных вод, очистку сточных вод в производстве аммиачной селитры; деминерализацию глицерина на предприятиях, вырабатывающих туалетное мыло из нейтральных жиров; получение лимонной кислоты и многих химических реактивов.

33. Технология сварки и резки металлов, классификация видов сварки.

Сварка металлов – это технологический процесс получения неразъемных соединений путем создания межатомных сил связи между частицами свариваемых металлов в результате совместной кристаллизации, местной пластической деформации или диффузии атомов. В зависимости от источников энергии различают сварки: химическую, электрическую, механическую.

При химической сварке она осуществляется за счет химической реакции, при электрической за счет энергии электрической дуги или тепловой энергии от прохождения тока по свариваемой детали, при механической, например, за счет энергии трения.

В зависимости от степени нагрева соединяемых мест различают сварку давлением и плавлением. Сварка давлением производится либо в холодном состоянии, либо с предварительным нагревом. Давление обеспечивает взаимную диффузию металла. Сварка плавлением проще и требует более простого оборудования.

В зависимости от способа подачи электродного металла, флюса и перемещения сварочной горелки бывает ручная, полуавтоматическая и автоматическая сварка. Виды сварных соединений и швов: стыковые, нахлесточные, угловые и тавровые. Сварка деталей толщиной 5-10 мм осуществляется за 1 проход и шов называется однослойным. При большей толщине сварку осуществляют за несколько проходов и получают многослойный шов.

20.2. Газовая сварка и резка металлов

Источником тепла служит пламя от сгорания газа. Различают 2 вида газовой сварки: сварку плавлением и газопрессовую сварку.

При сварке плавлением расплавляются кромки свариваемых материалов и присадочная проволока. Эти материалы образуют шов. При газопрессовой сварке кромки свариваемых металлов нагреваются и сдавливаются. Этот вид сварки применяется для соединения труб большого диаметра, рельсов, бурового оборудования. Для сварки применяют кислород (О₂), ацетилен (С₂Н₂), который получают из карбида кальция. Горелки бывают инжекторные (всасывающие) и безинжекторные – высокого давления.

При горении в ацетилене в газовом пламени выделяют 3 зоны: ядро, восстановительная зона и факел. Максимальная температура 3500^оС развивается в восстановительной зоне. Газовую сварку применяют в основном для листов до 2-3 мм толщиной.

Газовая резка основана на сгорании металла в струе кислорода и возможна для тех металлов, у которых температура воспламенения ниже температуры плавления, например, стали. Резка осуществляется, например, резаками, имеющими дополнительный канал для подведения режущей струи кислорода.

Для резки чугуна, цветных металлов применяют порошкообразные флюсы, состоящие в основном из железа, которые, сгорая в струе кислорода, повышают температуру в зоне реза настолько, что образующиеся тугоплавкие окислы расплавляются и выдуваются струей кислорода.

20.3. Холодная сварка

Обеспечивает соединение пластичных материалов давлением при комнатной температуре. Применяется для соединения деталей малых (до 1 мм) толщин. Обязательным условием является повышенная частота соединяемых поверхностей и высокий уровень деформации (от 35 до 80 %) соединяемых деталей.

20.4. Ультразвуковая сварка давлением

За счет воздействия ультразвука разрушаются оскислы и пленки на свариваемых поверхностях, поверхности хорошо очищаются. Благодаря этому можно обеспечить прочность соединения без больших деформаций. Не требуется специальная подготовка поверхностей. К преимуществам ультразвуковой сварки следует отнести благополучность процессов с экологической точки зрения. Этот вид сварки характеризуется также малым расходом энергии. Процессы сварки легко поддаются автоматизации. Однако данный вид сварки применим только для малогабаритных изделий с малой массой, т.к. деталям большой массы из-за их инерционности сложно придать колебания с ультразвуковой частотой. На рис. представлена схема ультразвуковой сварки. Деталь, соединенная с рабочим наконечником 3 колеблется относительно неподвижной детали, соединенной с опорой 5, при этом движущаяся деталь прижимается к неподвижной с силой F. Колебания возбуждаются магнитостриктором 1 и через волновод 2 передаются на рабочий наконечник 3. В зоне стыка деталей происходит притирание свариваемых поверхностей и взаимная диффузия атомов свариваемых деталей.

20.5. Электронно-лучевая сварка

Для нагрева и расплавления металла используется энергия, получаемая в результате бомбардировки в вакууме электронами зоны стыка свариваемых деталей. Наличие вакуума обязательно. Т.к. молекула воздуха имеет массу электрона, поэтому после соударения с ней электрон не сможет достичь свариваемых поверхностей. Электронно-лучевая сварка позволяет формировать неразъемные соединения материалов, соединение которых затруднено другими способами, в частности, высокопрочных сталей, стекла, керамики. Основным элементом электронно-лучевой установки является электронная пушка, которая генерирует узконаправленный пучок электронов с высокой кинетической энергией, схема представлена на рис. Этот вид сварки обеспечивает высокое качество швов при низких энергетических затратах, они составляют около 15% от сварки под флюсом. Электронно-лучевая сварка широко применяется в приборостроении, находит применение в космосе.

20.6. Плазменно-дуговая сварка

При сварке металл до расплавленного состояния доводится плазмой. Источником плазмы может быть электрическая дуга. Ионизация газа осуществляется при его пропускании через дугу, горящую между двумя неплавящимися электродами.

20.7. Диффузная сварка

Свариваемые детали нагреваются токами высокой частоты в вакууме до температуры ниже пластического состояния с одновременным приложением сдавливающего усилия. Соединение свариваемых поверхностей происходит за счет взаимной диффузии атомов свариваемых деталей. Возможны также соединения как сталь-алюминий, металл- керамика, сталь- стекло, титан-медь и др.

34. Технология, оборудование электродуговой сварки и резки металлов.

20.1. Электродуговая сварка и резка металлов

Приоритет в разработке технологий электродуговой сварки принадлежит русским и советским ученым: В. Петрову, Н. Бенардосу,

Н. Славянову, Е. Патону. При сварке по способу Бенардоса один электрод изготовлен из угля, а другим электродом является свариваемый металл. Сварка осуществляется постоянным током. 99% сварки сейчас осуществляется по способу Славянова, когда одним электродом является плавящийся металлический пруток, другим – свариваемый металл.

В настоящее время 80% сварки осуществляют переменным током. В этом случае дуга горит хуже, чем для постоянного тока, но оборудование менее громоздкое, дешевле в 2-3 раза, расход электроэнергии на 1 кг расплавленного металла в 1,5-2 раза меньше.

При ручной сварке используются электроды с обмазкой. По назначению электроды делятся на 3 класса:

1) для сварки углеродистых и низколегированных сталей (Э38, Э50, Э60);

2) для сварки легированных и высокопрочных конструкционных сталей (Э70, Э85, Э150);

3) для сварки легированных теплостойких сплавов (Э09М, Э-0,5Х2М и др.).

В обозначении после буквы приведена прочность в кг\мм², в буквенно-цифровых обозначениях приведено содержание легирующих элементов аналогично обозначению легированных сталей.

Диаметр электрода при толщине свариваемого металла до 8 мм принимают приблизительно равным толщине свариваемого металла, но не более 5 мм. При толщине более 10 мм выбирают диаметр электрода 5 мм и более. При автоматической сварке наиболее часто применяют разработанную Е.О. Патоном сварку под слоем флюса с помощью устройства, называемого сварочным трактором. Шлаковая корка поверх шва замедляет его охлаждение, что препятствует возникновению 247

внутренних напряжений в шве и короблению свариваемых деталей. Скорость такой сварки до 200 м\час , что приблизительно в 10 раз больше, чем ручной.

Для толстостенных деталей, более 30 40 мм, эффективна электрошлаковая сварка, в которой сварка металла осуществляется за счет теплоты, выделяемой в расплавленном шлаке при пропускании через него электрического тока.

Для защиты шва от воздействия окружающего воздуха применяют различные газы (инертные, либо газы, восстанавливающие окислы, например, водород, метан и др.)

Встречается также атомно-водородная сварка независимой дугой, т.е. горящей между двумя вольфрамовыми электродами, независимо от свариваемых металлов. Водород Н₂ диссоциирует в зоне дуги с поглощением большого количества тепла. Соприкасаясь с более холодным металлом атомарный водород переходит в молекулярное состояние, отдавая тепло 2Н Н₂ +100600 кал\г.

Аргонодуговая сварка производится зависимой дугой в атмосфере аргона. Используется для алюминиевых и магниевых сплавов, нержавеющей стали, меди.

Полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа СО₂. Сваривают детали толщиной 0,8мм и более. Полуавтоматическая сварка нашла широкое применение на промышленных предприятиях. Практически на всех предприятиях, серийно выпускающих машиностроительную продукцию, цеха сборки-сварки или участки сварки используют полуавтоматическую сварку. Устройство для полуавтоматической сварки состоит из механизма, обеспечивающего подачу проволоки через шланговый держатель сварочной горелки с соплом, устройства подвода защитного газа в зону сварки. Защитный газ СО₂ подается чаще всего из центральной заводской сети. В качестве источника СО₂ могут использоваться также баллоны. Электродная проволока для обеспечения хорошего электрического контакта имеет, как правило, покрытие из меди. В процессе сварки одновременно включается подача защитного газа и механизма привода электродной проволоки. Этот вид сварки отличается высокой производительностью, хорошим качеством сварного шва, экономичностью, однако, также как и ручная сварка, требует специальных устройств для отсоса и очистки сварочных газов и аэрозолей. Наиболее эффективны однопостовые или многопостовые (до 5-6 рабочих мест) фильтро-вентиляционные установки, например, фирмы «Плимут». Электродуговая резка применима для стали, чугуна, цветных металлов. Резку лучше осуществлять угольным электродом. Можно и металлическим, но этот процесс менее экономичен. При этом применяются дорогие электроды с толстой обмазкой для образования большого количества шлаков.

Электроконтактная сварка, в отличие от электродуговой, является экологически более благоприятной, она экономичнее, легко поддается автоматизации. Отличается более высокой производительностью. Различают следующие виды электроконтактной сварки: стыковая, точечная, роликовая.

Стыковая сварка наиболее часто используется для сваривания арматурных прутков либо аналогичных деталей. В зоне стыка соединяемых деталей их поверхности имеют окислы, прилегание в отдельных точках, что обуславливает высокое электрическое сопротивление. При прохождении через свариваемые детали электрического тока высокой плотности зона стыка нагревается больше всего и доводится до расплавления. При дальнейшей совместной кристаллизации обеспечивается сварка деталей.

Установки для контактной точечной и шовной сварки имеют медные электроды, обеспечивающие низкое электрическое сопротивление. Электроды могут быть выполнены пустотелыми для водяного охлаждения. При точечной сварке между свариваемыми листами в процессе прохождения электрического тока образуется зона расплавленного металла (точка). Точечная и шовная сварки предназначены для тонколистового материала, толщина свариваемого материала может находиться в интервале от 0,2 до 2 мм. За счет локального нагрева металла в зоне сварных точек при точечной сварке коробление конструкции при сварке практически отсутствует. Для формирования герметичного шва применяют шовную сварку.