Размещено на http://www.allbest.ru/

Дипломна робота

на тему: "Структура, фазовий склад і механічні властивості біметалевої композиції АМг6+АД1, яка отримана методом зварювання вибухом"

Реферат

Об'єкт розробки - біметалічна композиція АМг6+АД1 отримана методом зварювання вибухом.

Мета роботи - дослідження структури та фазового складу перехідних шарів біметалевої композиції: АМг6+АД1.

Методи дослідження та апаратура - експериментальні дослідження з використанням оптичного мікроскопу "Neophot-21", шліфувально-полірувального станка типу ПШС-2 та типу Metasinex, мікротвердоміру типу ПМТ-3, рентгенівської установки ДРОН - 3М. Хімічний склад сплавів визначали спектральним аналізом на обладнанні ARL-2400.

Наведено результати дослідження структури і фазового складу перехідних шарів АД1+АМг6 при зварюванні вибухом, а також впливу п'яти режимів зварювання на структуру і механічні властивості біметалічних композицій. Визначені параметри хвилеподібної границі контакту АМг6+АД1 та фазовий склад перехідного шару.

Виявлена стрибкоподібна зміна мікротвердості в зоні контакту АМг6+АД1, що свідчить про відсутність інтерметалідної фази.

Методом мікрорентгеноспектрального аналізу визначений фазовий склад проміжних зон після різних режимів зварювання.

Дані мікрорентгеноспектрального аналізу підтверджені рентгеноструктурним дослідженням фазового складу проміжних шарів і параметрів гратки фаз багатошарових композицій.

Зіставлення даних мікроструктурного та рентгеноструктурного аналізів, мікротвердості і механічних властивостей біметалічної композиції АМг6+АД1 свідчить, що як оптимальний може бути рекомендований режим 0_ОП.

Зварювання вибухом, і вибухові речовини, біметал, фазовий склад, зона контакту, параметри хвилі, ударні хвилі, швидкість точки контакту, кут накатування, інтерметалідна фаза, параметри гратки.

Перелік умовних позначень, символів, одиниць, скорочень і термінів

АЗТ - автовакуумне зварювання тиском;

ВР - вибухова речовина;

V_н - швидкість метання пластини, метр за секунду;

г - кут зіткнення, градус;

С₃Н₆О₆N₆ - триметілентринітрамін;

кГц - одиниця виміру частоти, кілогерц;

МГц - одиниця виміру частоти, мегагерц;

мм рт. ст. - одиниця виміру атмосферного тиску, міліметр ртутного стовпа;

ККД - коефіцієнт корисної дії;

ЕПЗ - електронно - променева зварка;

СО₂ - оксид вуглецю (ІV), вуглекислий газ;

Al - хімічний елемент - алюміній;

Si - хімічний елемент - кремній;

Mn - хімічний елемент - марганець;

Mg - хімічний елемент - магній;

Ti - хімічний елемент - титан;

Zn - хімічний елемент - цинк;

Cu - хімічний елемент - мідь;

_{Т -} межа текучості, МПа;

°С - градус Цельсія;

км/с - одиниця виміру швидкості детонації;

сек - одиниця виміру часу, секунда;

% ат. - одиниця ваги, атомні відсотки;

хв. - хвилина;

_В - межа міцності, МПа;

МПа - одиниця виміру міцності, мегапаскаль;

ГПА - одиниця виміру міцності, гігапаскаль;

- відносне подовження;

Т - температура;

ОЦК - тип кристалічної гратки, об'ємноцентрована кубічна;

ГЦК - тип кристалічної гратки, гранецентрована кубічна;

ГЩУ - тип кристалічної гратки, гексагональна щільноупакована;

кг - одиниця виміру ваги, кілограм;

г - одиниця виміру ваги, грам;

мм - одиниця виміру довжини, міліметр;

кВт - одиниця виміру потужності, кіловат;

В - одиниця виміру напруги, вольт;

дБ - одиниця виміру шуму, децибел.

Зміст

• Вступ
• 1. Аналітична частина
• 1.1 Група методів зварки в твердій фазі. Основні положення
• 1.2 Холодна зварка
• 1.3 Зварка тертям
• 1.4 Зварка вибухом
• 1.5 Високочастотна зварка
• 1.6 Дифузійна зварка у вакуумі
• 1.7 Зварка плющенням
• 1.8 Ультразвукова зварка металів
• 1.9 Магнітно-імпульсна зварка
• 1.10 Електронно-променева зварка
• 1.11 Зварка лазерним променем
• 1.12 Плазмова і мікроплазмова зварки
• 1.13 Мета дослідження
• 1.14 Матеріал і методи дослідження
• 1.14.1 Матеріал дослідження
• 1.14.2 Методика дослідження
• 2. Основна частина
• 3. Економічна частина
• 3.1 Витрати на основні матеріали
• 3.2 Витрати на допоміжні матеріали
• 3.3 Витрати на електроенергію
• 3.4 Витрати на амортизацію
• 3.5 Витрати на оплату праці
• 3.6 Нарахування на заробітну плату
• 3.7 Накладні витрати
• 3.8 Розрахунок ціни науково-дослідної роботи
• 3.9 Висновки
• 4. Охорона праці
• 4.1 Загальні вимоги до приміщень
• 4.2 Основні шкідливості і небезпеки лабораторії "Ливарні конструкційні сплави"
• 4.3 Заходи щодо зниження шкідливостей і небезпек у лабораторії "Ливарні конструкційні сплави"
• 4.3.1 Засоби індивідуального захисту
• 4.3.2 Санітарно-побутові приміщення та пристрої
• 4.4 Пожежна профілактика
• Висновки
• Бібліографічний список
• Вступ
• В даний час використовуються наступні основні промислові способи отримання біметалу: лите плакірування, пакетне зварювання прокаткою, автовакуумне зварювання тиском, електродугове наплавлення і зварювання вибухом. Перші три способи засновані на спільній пластичній деформації металів [1-5] при визначеному коефіцієнті висотного обтиску (відношення вихідної товщини пакета чи злитка до кінцевої товщини біметалічного листа), який повинен бути не меншим ніж 6,0-8,0. Тому товщина біметалічних листів, що одержуються цими способами, зазвичай не перевищує 60 мм.
• Електродугове наплавлення робить можливим одержання високоякісних біметалічних листів і заготовок будь-якої товщини. Однак цей спосіб є більш дорогим і трудомістким в порівнянні з перерахованими вище. Його застосування є найбільш ефективним при виготовленні профільного прокату [6] для обладнання найвідповідальнішого призначення, наприклад для атомної енергетики.
• Всі перераховані способи практично не застосовуються для виробництва біметалів: сталь - кольоровий метал або сталь - сплав кольорового металу. Для отримання таких біметалів починає дедалі ширше застосовуватися зварювання металів вибухом.
• Терміном "зварювання вибухом" прийнято називати явище міцного з'єднання двох або декількох металевих тіл, що відбувається при їх зіткненнях. Для більшої частини металів і сплавів діапазон відповідних швидкостей зіткнення знаходиться в межах 0,3 - 1,5 км/с. Очевидно, можливість реалізації подібних швидкостей - неодмінна умова зварювання вибухом. Найбільш рання публікація про зварюванні вибухом відноситься до 1944 р. [7]. В ній опублікована фотографія мікрошліфа шматка двох латунних дисків - прокладок діаметром 25,5 мм, товщиною 0,89 мм, зварених під дією детонаційного імпульсу в спеціальному пристрої, призначеному для дослідження сприйнятливості вибухової речовини (ВР) до передачі детонації.
• Приблизно в той же час, в 1944-1946 рр. зварювання вибухом використовувалося в працях групи дослідників, які вивчали механізм дії кумулятивних зарядів під керівництвом академіка М.А. Лаврентьєва. У працях цієї групи по використанню двох конусів, вставлених один у одній співвісно і розміщених у порожнині кумулятивного заряду, отримані біметалічні з'єднання зі сталі і міді, в яких на поверхні з'єднання можна чітко спостерігати хвилеутворення знову відкрите лише 10 років по тому. Нажаль, результати робіт не були опубліковані і не отримали подальшого розвитку.
• Дослідження пробиття перешкод під різними кутами, що проводяться в США низкою вчених, призвели до появи низки робіт по зварюванню вибухом [8-9] і перші теорії хвилеутворення [10].
• Одним з піонерів дослідження зварювання вибухом є Джон Пірсон, який опублікував у 1958 р. повідомлення про зварювання вибухом, згадка про яке міститься в роботі [8]. В 1960 р. Пірсон опублікував схеми зварювання вибухом і фотографії зварних з'єднань [11].
• В [12] наведена схема зварювання вибухом, запропонована В. Філіпчуком, яка запатентована ним і Бойсом в 1960 р. [13].
• В Радянському Союзі систематичні дослідження зварювання вибухом почалися в Інституті гідродинаміки СВ АН СРСР у 1961 р., коли в одному з експериментів по зміцненню високомарганцовистої сталі група дослідників отримала з'єднанні маловуглецевої і високомарганцовистої сталі. Результати перших робіт у цьому напрямку опубліковані в 1962 - 1963 рр. [14-16]. Трохи пізніше почалися роботи зі зварювання вибухом в Волгоградському політехнічному інституті, Інституті електрозварювання ім. Е.О. Патона [17] та в інших організацій.
• Зварювання металів вибухом представляє собою складне фізичне явище. Подібно до інших способів зварювання тиском його механізм визначається головним чином процесом пластичної деформації металів у зоні з'єднання. Однак зварювання вибухом має ряд специфічних особливостей, що є наслідком високої інтенсивності пластичної течії і короткочасності дії високих тисків і температур в приконтактних шарах що співударяються пластин. Зокрема, при оптимальних режимах зварювання вибухом завдяки цьому, не встигають розвинутись повною мірою фізико-хімічні процеси, що обумовлюють утворювання проміжних фаз. Це дозволяє одержувати міцні з'єднання з різнорідних металів, зварювання яких іншими способами ускладнення або взагалі неможливе.
• Незважаючи на миттєве протікання зварювання вибухом (Т~10^-6c), в області зіткнення встигають відбутися процеси, необхідні для утворення нових атомних зв'язків і міцного з'єднання металів. Ці процеси можна регулювати шляхом зміни параметрів зіткнення пластин та підбором відповідних вибухових речовин.

1. Аналітична частина

1.1 Група методів зварки в твердій фазі. Основні положення

В даний час використовуються способи зварки, при яких з'єднання деталей здійснюється в твердій фазі при температурах нижче за точку плавлення зварюваних матеріалів з додаванням тиску, достатнього для створення необхідної пластичної деформації деталей в зоні зварки. Відповідно до ГОСТ 2601-84 до групи зварки тиском відносяться наступні: зварка вибухом, магніто-імпульсна, ковальська, плющенням, газопресова, дифузійна, тертям, ультразвукова, холодна та ін. 18.

Фізичні та хімічні властивості твердих тіл визначаються їх будовою та природою міжатомних зв'язків, тому для здобуття з'єднання необхідно сформувати між зварюваними поверхнями хімічні зв'язки, аналогічні зв'язкам в твердих тілах. Для встановлення механізму утворення зварного з'єднання та принципів побудови технології зварки в твердій фазі необхідні знання природи та характеру сил, що діють в зварюваних матеріалах.

У вузлах кристалічної решітки твердих тіл розташовуються атоми (іони), між якими існують хімічні зв'язки, - іонний, ковалентний, металевий, сили Ван-дер-Ваальса.

У іонних кристалах - у вузлах гратки знаходяться іони таким чином, що сили кулонівського тяжіння між іонами протилежного знаку є більшими, ніж сили відштовхування між іонами одного знаку.

Іонний зв'язок обумовлений в основному електростатичною взаємодією протилежно заряджених іонів.

Міжатомні зв'язки можуть бути викликані усуспільненням валентних електронів. Такі зв'язки називаються ковалентними. Вони виникають на основі обмінної взаємодії або обмінного ефекту, обумовленого обміном атомів електронами, що має квантову природу. Ковалентний зв'язок має строго направлений характер. Всі ковалентні зв'язки, витікаючі від даного атома, жорстко пов'язують його з кожним іншим атомом, утворюючи гігантську молекулу. Пластична деформація кристалів з такими зв'язками можлива лише при підвищеній температурі 18-20.

При утворенні металевих кристалів атоми зближуються на таку відстань, коли хвилеві функції валентних електронів істотно перекриваються. Валентні електрони дістають можливість переходити від одного атома до іншого, тому валентні електрони прийнято називати колективізованими. Металевий зв'язок в таких кристалах можна представити як зв'язок, що виникає унаслідок дії сил тяжіння між позитивно зарядженими іонами гратки і колективізованими електронами, створюючі так званий електронний газ, що надає відштовхуючу дію.

Всі атоми, іони, молекули випробовують слабке взаємне тяжіння, яке обумовлене силами Ван-дер-Ваальса. Джерелом цих сил є поляризаційний ефект, що викликається впливом поля електронів, рухомих довкола ядра одного атома на рух електронів довкола ядра сусіднього атома. Зв'язок Ван-дер-Ваальса найбільш універсальний та виникає між новими частками, але це найслабкіший зв'язок, енергія якого на два порядки нижча за енергію зв'язку іонних і ковалентних кристалів.

Процес утворення металевого з'єднання при холодній зварці в ідеальному випадку можна представити таким чином. При зближенні двох металевих елементів відбувається колективізація електронів, що вилітають з їх поверхонь, внаслідок чого виникають сили взаємодії між поверхнями. При достатньому їх зближенні утворюється загальна електронна хмара і, отже, єдиний агрегат.

З цих міркувань виходить, що при зближенні ідеально гладких та чистих поверхонь між ними мимоволі виникають міжатомні сили взаємодії, тобто відбувається утворення з'єднання.

Поверхнями реальних металевих тіл є складні системи, які можна охарактеризувати геометрією рельєфу та фізико-хімічним станом.

Після механічної обробки на поверхні металів з'являється макроскопічна (хвилястість) та мікроскопічна (шорсткість) геометрична неоднорідність. Мікровиступи розташовуються на хвилястій поверхні, крок яких може складати від 1000 до 10000 мкм, а висота від декількох мкм до декількох десятків.

При зближенні таких поверхонь їх контакт станеться не по всій площині, а лише в окремих точках. Унаслідок наявності мікронерівностей дійсна площа поверхонь металу у багато разів перевищує площу, заміряну звичайними традиційними методами.

У верхніх шарах металу зосереджена значна поверхнева енергія. Вона обумовлена наявністю некомпенсованих металевих зв'язків, дислокацій, вакансій, що в сукупності з розвиненою поверхнею в мікро- та ультрамікронеровності викликає активну взаємодію атомів металу, розташованих на поверхні, із зовнішнім середовищем.

Над металевою поверхнею існує хмара безперервно рухомих електронів, що покидають метал і що знову повертаються до нього. Завдяки цьому процесу поверхня металу покрита подвійним електричним шаром: мінус - хмара електронів і плюс - дірки верхніх шарів металу (за рахунок вільних електронів, що покинули метал). Щільність енергії цього шару є непостійною і залежить від мікрогеометрії поверхні. Найбільший потенціал концентрується на вістрях мікровиступів, тому вони є найбільш активними ділянками поверхні. Внаслідок високої активності поверхневих шарів металу поверхня його завжди покрита оксидами, рідкими і газовими плівками 18-20.

Ідеально чиста поверхня, вільна від окисних плівок і адсорбованих шарів рідинних і газових молекул, може бути створена в дуже глибокому вакуумі.

Час, необхідний для адсорбції мономолекулярного шару газу в атмосфері повітря при 20єС і різному тиску, складає:

тиск, МПа 10⁵ 1,0 10^-5

час, с 2,4·10^-9 1,8·10^-4 18

Молекули кисню, потрапляючи на метал, розщеплюються на атоми, що хімічно взаємодіють з металом і створюють дуже міцні направлені зв'язки. Такий процес називається хемосорбцією. Вона в більшості випадків супроводиться утворенням оксидної плівки за реакцією:

m·Me + 0,5·n·O₂ = Me_mO_n. (1.1)

Тому поверхні металу миттєво покриваються плівками оксидів, а також адсорбованих молекул газу, води і жирових речовин, що служить істотним бар'єром для здобуття якісного зварного з'єднання. Це пов'язано з силами міжатомної взаємодії, які перестають діяти вже на відстані порядка 1 нм. Крім того, кисень насичує зв'язки поверхневих атомів металу. Повне видалення оксидів можливе лише в процесі зварки, а не попереднього очищення. Гази, волога, органічні забруднення ускладнюють зварку при кімнатній температурі або нагріві до невисоких температур.

Існують різні уявлення для пояснення суті процесів зварки в твердій фазі: С.Б. Айнбіндер - плівкова гіпотеза; А.Л. Семенов - енергетична гіпотеза; Паркс - гіпотеза про рекристалізацію; Б.І. Костенко і І.П. Івженко - деформаційна гіпотеза і ін. Розглянуті гіпотези освітлюють лише окремі сторони процесу зварки.

Суть процесу з'єднання металів в твердій фазі послідовно пояснюється теорією, викладеною в роботах Ю.Л. Красуліна, М.Х. Шоршорова, Е.С. Каракозова і ін. Згідно цієї теорії процес характеризується стадійністю топохімічних реакцій.

Розрізняють три стадії процесу зварки 20:

1) утворення фізичного контакту;

2) активація контактних поверхонь;

3) розвиток об'ємної взаємодії.

Проте це ділення виправдане лише для мікроскопічних ділянок контакту.

При зварці тиском здійснення процесів на стадіях відбувається по-різному. Пластична деформація в зоні з'єднання може здійснюватися з нагрівом або без нагріву. Процес може протікати на повітрі або в контрольованому середовищі, а інколи він супроводжується взаємним переміщенням зварюваних деталей - тертям.

1.2 Холодна зварка

На початку 40-х років XX ст деякі дослідники стверджували, що причиною утворення суцільнометалевого з'єднання при холодній зварці є рекристалізація металу. Вони вважали, що при значних деформаціях температура рекристалізації знижується, а що виділяється при цьому тепло досить для нагріву металу до цієї температури. Проте такі твердження виявилися неспроможними, оскільки запропонована теорія не в змозі була пояснити цілий ряд явищ, наприклад, такі як тепловідвід із зони контакту, а також час рекристалізації.

В даний час прийнято наступне пояснення механізму утворення з'єднання при холодній зварці 18, 20, 21. При зближенні зварюваних поверхонь металевих деталей між ними виникають незначні за величиною гравітаційні і міжмолекулярні сили, проте їх абсолютно недостатньо для здобуття міцних зв'язків. При зближенні двох поверхонь відбувається і поляризація електронів, оскільки відомо, що метали є конгломератом з іонів, що знаходяться в кутах кристалічної решітки, і взаємодія електронів з іонами створює зв'язки між атомами металу і, таким чином, монолітне з'єднання між деталями.

Холодна зварка можлива лише для тих металів, які мають високу пластичність, покриті твердою і крихкою плівкою, і при деформації таких металів крихка плівка руйнується, витісняється із зони контакту, звільняючи чисту металеву поверхню двох деталей, що сполучаються.

Залежно від відношення твердості оксиду до твердості металу, міра деформації, необхідна для здобуття міцного з'єднання, буде різною (таблиця. 1.1).

Тобто основним критерієм здійснення холодної зварки металів є його пластичність і відношення твердості оксиду і твердості металу. Органічні речовини вельми еластичні і практично при будь-яких деформаціях не втрачають суцільності, тим самим унеможливлюють здобуття зварного з'єднання 22.

Таблиця 1.1 - Критерії зварюваності пластичних металів

Метал	Пластична деформація, %	Відношення твердості оксиду до твердості металу
Алюміній	60	4,5
Кадмій	84	1,5
Свинець	84	1,33
Мідь	86	1,3
Нікель	89	1,1

Шовна контактна зварка. Окрім точкових з'єднань і лінійних швів обмеженої довжини за допомогою холодної зварки можна отримувати шви і необмеженої довжини 23, при цьому деформація металу здійснюється втискуванням в нього робочого виступу роликів, що обертаються.

Проте прямолінійний безперервний шов унаслідок значного зменшення перетину по всій довжині деталей, що сполучаються, сильно знижує міцність зварного з'єднання. Вживання знаходить цей метод при зварці по відбортовці.

Швидкість втискування пуансонів в метал при холодній зварці на міцність з'єднання впливу не надає. Дослідження показують, що міцність не міняється, якщо навантаження прикладається ударно, або якщо швидкість складає 0,02 мм/сек (повільне стискування). Цей факт ще раз підтверджує те, що холодна зварка не пов'язана з тепловими ефектами.

Зварка встик 24. При стиковій зварці деталі, що сполучаються, закріплюються в спеціальних затисках, розташованих співісно.

Вважається, що при загострених затисках зусилля стискування є меншим, ніж при зварці з плоскими затисками: для Al в 1,8 разів, Cu в 1,5 рази.

Вживання різних конструкцій затисків відображає різні думки дослідників 18, 24. Автори загострених затисків вважають, що метал в плоских затисках погано "тече" при його деформації від центру до периферії. Інші автори (академік Хренов) вважають, що "перебіг" металу має бути ускладненим, і для цього в затисках роблять кільцеві поглиблення, які заповнюються витисненим металом і після зварки на деталях залишаються у вигляді виступів. При використанні плоских затисків видавлюваний із стику метал губками розплющується, що вимагає додаткового зусилля стискування.

Технологічні параметри зварки. При вивченні впливу зварювання встик зусиль того або іншого технологічного параметру на якість з'єднання вибираються критерії якості зварки. З'єднання, отримані за допомогою холодної зварки, випробовуються на розтягування, а також на статичний і динамічний вигин. Дослідження процесу холодної зварки показали, що основним параметром технологічного процесу є міра пластичної деформації 24-26.

При зварці внахлест деформацію визначити просто, при зварці ж встик виникає ряд труднощів, оскільки невідомо по відношенню до якої довжини визначити величину деформації. Ряд дослідників ступінь деформації при зварці встик визначають відношенням різниці між загальною довжиною зварюваних кінців, промовців з губок, до зварки h₀ і довжиною кінців цих зразків після зварки h_k до загальної довжини їх до зварки:

(1.2)

Проте розміри h₀ є довільними. Вважається також, що мірою деформації є довжина випущеного із затисків вільного кінця зварюваного зразка, яка повністю має бути при зварці деформована, тобто видавлена із зони зварки і зрізана.

Експериментально встановлено, що довжина випущеного із затиску кінця у такому разі має бути: для Al - (1-1,2)d; Cu - (1,2-1,8)d; Pb - (0,9-1,0)d; Ag - (1,5-1,6)d. Крім того, при великих (>15 мм) діаметрах випуск має бути не більше половини d.

Галузі застосування холодної зварки. Холодна зварка знаходить широке вживання в промисловості. Зварюють самі різні вироби з алюмінію - оболонки кабелів, корпусу напівпровідників, конденсаторів.

У 1951 році на Ленінградському заводі "Електрик" було налагоджено серійне виробництво алюмінієвих електрочайників, що повністю виготовляються за допомогою холодної зварки. При цьому застосовувалася шовна зварка і зварка внахліст.

У великих масштабах застосовується зварка міді з алюмінієм. Холодна зварка застосовується при виготовленні теплообмінників, при цьому на поверхню алюмінієвих листів наносять фарбою рисунок майбутніх трубок, потім 2 листи зварюють, а після зварки пропускають під тиском масло; в ділянках, де була фарба, метал роздається під тиском, і формуються трубки.

Можна ще перераховувати випадки вживання холодної зварки. Проте сфери її застосування ще не визначилися. Можна вважати, що в майбутньому вона знайде ще більше вживання.

1.3 Зварка тертям

Спосіб запропонований в 1959 році. Процес утворення з'єднання відбувається в твердому стані при дії тепла, що виникає при терті поверхонь зварюваних деталей. Тертя зварюваних деталей здійснюється, як правило, обертанням і стискуванням з певним зусиллям деталей. Існує декілька схем зварки тертям (рис. 1.1).

Рисунок 1.1 - Схеми процесу зварки тертям

З'єднання відбувається за рахунок утворення металевих зв'язків на чистих контактуючих поверхнях. Різні плівки і інші забруднення видаляються із зони зварки внаслідок значної пластичної деформації. Необхідні деформації виходять за рахунок зусилля осідання. Тепло в процесі тертя генерується локалізовано в приповерхневих шарах зварюваних деталей.

Інтенсивність виділення тепла (рис. 1.2) в процесі зварки є непостійною. Процес нагріву умовно може бути розділений на наступні фази:

t₁ - у першій фазі має місце граничне тертя, перехідне в сухе, при цьому коефіцієнт тертя малий, потужність тертя також незначна, а схоплювання між контактуючими поверхнями одиничні.

t₂ - у цій фазі спостерігається швидке наростання потужності і значне зростання температури.

t₃ - третя фаза найбільш тривала (80% часу), кількість тепла в основному виділяється в цей час (90%), температура при цьому вирівнюється по всьому стику, а споживана потужність зменшується за рахунок підвищення температури металу. При сталій потужності, мабуть, процес зварки можна припиняти.



Рисунок 1.2- Залежність виділення тепла від часу

Основні параметри процесу зварки тертям:

1) v - швидкість відносного обертання зварюваних поверхонь.

2) p - величина питомого тиску, що додається до зварюваних поверхонь.

3) F - величина пластичної деформації, мірою якої може служити величина осідання.

Характеристика зварного з'єднання. Якщо режим зварки був підібраний правильно, то шов має гарну суцільність - пори, чужорідні включення, макродефекти відсутні.

При випробуваннях на розтягування зразки руйнуються за основним матеріалом, тобто шов більш міцний за основний метал. Це відбувається за рахунок своєрідної термомеханічної обробки в зоні шва. І метал в зоні шва має дрібнокристалічну структуру і наклепаний.

Однією з важливих переваг зварки тертям є те, що характер довкілля не здійснює впливу на міцність отримуваних зварних з'єднань.

Орбітальна зварка. Це зварка дозволяє сполучати деталі не круглого перетину, а також заздалегідь зорієнтовані між собою деталі 24-26. Обидві зварювані заготівки під час зварки обертаються синхронно і синфазний, а тертя між ними виникає в результаті взаємного зсуву осей обертання, які при цьому залишаються взаємно паралельними. Схема орбітальної зварки тертям приведена на рис. 1.3.

Рисунок 1.3 - Схема процесу орбітальної зварки

Осі заготовок зміщені одна відносно іншої на величину орбітального радіусу l, що забезпечує відносний рух.

При орбітальній зварці деталей, наприклад, перетином 650 мм ² орбітальний радіус складає 3 мм. При збільшенні значень l під час зварки матиме місце періодичне "оголення" периферійних областей контактних поверхонь, що може привести до їх окислення. Вибір основних параметрів режимів орбітальної зварки аналогічний вибору параметрів звичайної зварки тертям 27.

Процес зварки тертям з успіхом використовується також для відновлення зношених деталей. Оскільки при цьому не відбувається розплавлення металу, то правильніше застосовувати в даному випадку термін "наварювання", а не "наплавлення".

1.4 Зварка вибухом

біметалічний композиція зварювання вибух

Процес зварки вибухом (рис. 1.4) визначається наступними чинниками: швидкістю метання пластини V_н, кутом зіткнення г, тиском, тривалістю зіткнення, температурою в зоні зіткнення 28.



Рисунок 1.4 - Кутова схема зварки вибухом до початку (а) і у стадії вибуху (б): 1 - детонатор; 2 - заряд речовини; 3, 4 - зварювані заготовки; 5 - жорстка підстава; б - кут між пластинами; h - найменша відстань

Технологічними параметрами є: швидкість детонації D; безрозмірний параметр r, що є відношенням

r = Ш_вв/Ш_на;

величина зазору h 28.

При дозвуковій швидкості D<C_o на поверхні металу встигає розвинутися пластична деформація. При D?C_o вона не встигає розвинутися, що приводить до появи тріщин в металі.

При дуже високій швидкості V в облицювальній верхній пластині і в основній нижній пластині можливе утворення тріщин під дією ударних хвиль і відбитих хвиль. Для зварки сталей V_н, що рекомендується, знаходиться в межах 500…700 м/с.

У практично вживаному діапазоні режимів зварки r = 0,6…4,2, V_н = (0,16…0,25)D.

Швидкість зіткнення залежить від величини зазору h, якщо h=0, то V_н=0 і зварка, як правило, не відбувається.

Швидкість детонації D визначається струмом вибухової речовини (ВР), його щільністю і товщиною шару. У гомогенних зарядах швидкість деформації зростає із збільшенням щільності за лінійним законом. ВР вибирають такою, щоб швидкість деформації була менше швидкості звуку в металах, що сполучалися, і знаходилася в діапазоні від 1500 м/с до C_o (швидкість звуку в металах). C_o в Аl - 6200 м/с, в сталі - 5900 м/с, Cu - 4700 м/с, а швидкість детонації різних сортів амонітів знаходиться в межах від 2500 до 6000 м/с, аміачної селітри 1800 м/с. У зарубіжній і вітчизняній практиці як ВР застосовують ігданіти - суміш аміачної селітри з дизельним паливом.

З підвищенням вмісту дизпалива швидкість детонації падає.

Швидкість детонації при зварці вибухом визначає нормальну швидкість V_н, що розвивається пластиною, яка метається, і тиск у вогнищі зварки при зіткненні пластин. При недостатній V_н з'єднання виходить неміцним або провар може бути відсутнім повністю.

Вибух заряду ініціюють за допомогою детонатора 1, розташованого над вершиною кута, що утворюється зварюваними деталями. Вибухівкою може служити сипкий гексоген щільність 1,2 г/см³, швидкість детонації D < 6600 м/с і тиск при вибуху - 130000 атм. Після ініціації вибуху, уздовж шару поширюється пласка детонаційна хвиля із швидкістю 6600 м/с. В процесі вибуху у верхній пластині в результаті тиску виникає імпульс, направлений нормально до первинного положення пластини.

Під дією сил інерції і швидкості D елементи пластини послідовно набувають швидкості V і личать до поверхні деталі 4 під кутом б. Пластина, переміщувана зарядом, може придбати швидкість рівну 2000 м/с. Ця швидкість може бути розкладена на нормальну і дотичну. Нормальна складова викликає великий тиск, так при V_п = 2000 м/с Р = 34000 атм. Тривалість дії тиску є малою і знаходиться з рівняння:

, (1.3)

де b - товщина пластини; З - швидкість звуку в металі пластини.

Для b = 2 мм, t = 10^-6 с.

Підхід верхньої пластини і нижньої під кутом б викликає утворення струменя, який очищує поверхню зварюваних пластин.

Якщо ж пластини розташовувати паралельно, то, не дивлячись на зміну відстані h і збільшення заряду, зварка між пластинами не відбувається. Утворення з'єднання, що є рівноміцним до основного матеріалу, настає при б=2-4° та h до 5-10 мм. Основну роль в утворенні зварного з'єднання відіграє взаємне тангенціальне переміщення пластини.

При випробуванні зварних зразків, руйнування їх відбувається за основним металом. При вимірах мікротвердості з'ясувалося, що твердість в зоні з'єднання і навколошовній зоні є значно вищою, ніж в основному металі.

Зміцнення зони з'єднання відбувається внаслідок високого ступеню деформації тонких поверхневих пластин. Зміцнена зона має мартенситоподібну голчасту структуру.

У з'єднанні між зварними матеріалами відсутні оксидні плівки і інші неметалеві включення, вони пересуваються кумулятивним струменем.

Границя з'єднання уздовж пластин представляє хвилясту лінію. Практично миттєва швидкість процесу говорить про те, що дифузійні процеси не протікають.

Однією з основних технологічних умов, що багато в чому визначають якість з'єднання, є витримка вихідного зварювального зазору 29-31. Зварка з нульовим зазором є практично неможливою. Особливо актуальною ця умова є при плакуванні великих поверхонь тонкими листами (1-5 мм). Зварювальний зазор може бути забезпечений підвищуванням верхнього листа на тесьомках і дроті, а також шляхом використання металевих кульок, прокладок, спіралей, тонких металевих гофрованих пластинок, нанесенням на одній з поверхонь механічною обробкою гострих зубців. Широке практичне вживання при плакуванні великогабаритних листів отримали V-образні металеві опори, виготовлені з листа завтовшки 0,1-0,2 мм. Зазор між листами перед початком процесу може бути створений за рахунок нагнітання між ними стислого газу (надлишковий тиск 4-10 Па), який не вступає у хімічну взаємодію із зварюваними металами, але певна складність при цьому пов'язана з герметизацією зазору.

Для підвищення жорсткості тонких металевих листів (фольги), необхідної для створення і витримки зазору, їх кріплять будь-яким способом до металевої пластини. А щоб вони не зварилися між собою при вибуху, між ними наносять тонкий шар змащувального матеріалу.

Поверхня плакуючого листа, що знаходиться у контакті із зарядом ВР, може ушкоджуватися внаслідок бризантної (детонаційної) дії заряду. Для захисту поверхні рекомендується між зарядом і плакуючим листом розміщувати буферний шар, наприклад, з поліетилену, лінолеуму, гуми.

Зварка вибухом дає можливість зварювати практично будь-які метали 28. Проте подальший нагрів зварених заготовок може викликати інтенсивну дифузію в зоні з'єднання і утворення інтерметалідних фаз, що призводить до зниження міцності з'єднання. І при досить високих температурах вона може зменшитися практично до нуля.

Для запобігання цим явищам зварку вибухом проводять через проміжні прошарки з металів, які не створюють хімічних сполук із зварюваними матеріалами. Наприклад, при зварці титану зі сталлю використовують як проміжний матеріал ніобій, ванадій або тантал.

Зварка вибухом застосовується для плакування стрижнів і труб внутрішніх і зовнішніх поверхонь, а також циліндрів і циліндрових виробів.

При плакуванні стрижнів трубу 1 (рис. 1.5, а) встановлюють із зазором на стрижень 2. Внутрішню поверхню труби і зовнішню поверхню стрижня механічно обробляють і знежирюють. На зовнішню поверхню труби поміщають заряд вибухової речовини 3, ініціація (збудження) якого здійснюється по всьому перетину одночасно так, щоб вибух розподілявся нормально по заряду його вісі. Для створення такого фронту використовують конус з ВР з детонатором 4 в його вершині. Для ізоляції зазору від продуктів детонації і центрування труби відносно стрижня у верхній її частині встановлюють металевий конус 5. В разі плакування трубних заготовок (рис. 1.5, б) всередину їх встановлюють стрижень 2. Товщина труби, яку плакують, може бути від 0,5 до 15 мм, а діаметр теоретично не обмежується.

Рисунок 1.5 - Схеми плакування вибухом стрижня (а) і внутрішньої поверхні труби (б)

При плакуванні внутрішніх поверхонь використовують схему (рис. 1.5, б), яка передбачає розміщення труби 1, яку плакують, в масивній матриці 2. Всередину труби 1 із зазором встановлюють трубу 3 із зарядом ВР 4, що ініціюється детонатором 5.

Для внутрішнього плакування великогабаритних труб і циліндрових виробів відповідального призначення застосовують замість масивної матриці 2 додатковий заряд, розташований на зовнішній поверхні циліндру, який плакується, і висаджується одночасно з внутрішнім зарядом. Ефективним процесом з'єднання тонких листів внахлест є точкова зварка, здійснювана за схемою, яка показана на рис. 1.6.

Рисунок 1.6 - Точкова зварка вибухом 31

Зварювані листи 1 і 2 збирають на опорі 3. На верхній лист встановлюють через буферну прокладку 4 циліндровий заряд ВР 5, що висаджується детонатором 6. Після вибуху утворюється з'єднання у вигляді кільця, внутрішній діаметр якого декілька менше зовнішнього діаметру заряду.

У ряді випадків при зварці пластин використовують схему, при якій перед зваркою відгинають кінець пластини, що метається (рис. 1.9).

Рисунок 1.7 - Схема зварки з відгином пластини 31

Відгин здійснюють на довжині 100-150 мм під кутом 2°. Зварювальний зазор на ділянці паралельного розташування пластини, що метається, і підстави складає 6-8 мм. Ця схема зварки дозволяє зберегти постійність параметрів процесу по всій облицьовуваній поверхні, що забезпечує більш стабільну якість з'єднання в порівнянні з кутовою схемою.

У сучасних процесах металообробки вибухом застосовують заряди ВР масою від декількох грамів до сотень кілограмів. Велика частина енергії, що виділяється при вибуху, випромінюється в довкілля у вигляді ударних хвиль, сейсмічних вибухів, розльоту осколків. Повітряна ударна хвиля - найбільш небезпечний приголомшуючий чинник вибуху. Тому зварку вибухом проводять на полігонах (відкритих і підземних), віддалених на значні відстані від житлових і промислових об'єктів, і у вибухових камерах.

Перевагою роботи на відкритих полігонах є можливість з'єднання заготовок вибухом практично необмежених габаритів.

1.5 Високочастотна зварка

При високочастотній зварці виділення теплової енергії відбувається в масі металу, що нагрівається, в основному і в поверхневих шарах унаслідок поверхневого ефекту і ефекту близькості 32. Найбільша щільність струму спостерігається в поверхневих шарах. Збільшення щільності струму від центру до поверхні провідника відбувається по експоненціальному закону.

Тому в поверхневих шарах можуть з'являтися висока щільність струму і швидкий нагрів металу 32.

Для зварки використовується і ефект близькості. Суть його наступна: якщо поблизу провідника із змінним струмом помістити інший провідник із струмом або без струму, то в другому провіднику наводитиметься ЕРС, протилежна першому. А магнітні потоки від обох струмів в зазорі між провідниками будуть направлені в один бік і підсумовуватимуться, а на зовнішніх ділянках провідників ослаблятимуть один одного.

Тому в зазорі між провідниками напруженість магнітного поля підвищується, щільність струмів і поглинання енергії в цих місцях збільшується, тобто у внутрішніх поверхневих шарах провідників енергія значно концентрується.

За допомогою високочастотного нагріву можна створювати наплавлення твердим сплавом на ріжучу кромку різних інструментів, наприклад зубів бурових доліт, токарних різців і т. д.

Переваги зварки з нагрівом:

1) можливість зварки труб з високоактивних матеріалів: аустенітних і жароміцних сталей і сплавів;

2) міцність зварних з'єднань не поступається міцністю основного металу;

3) висока продуктивність і стабільність процесу;

4) нечутливість до стану поверхні металу;

5) процес легко механізується і автоматизується.

1.6 Дифузійна зварка у вакуумі

Фізичні основи методу. Дифузійна зварка 24 здійснюється в твердому стані металу при підвищених температурах з додатком здавлюючого зусилля до місця зварки. Процес умовно можна розділити на дві стадії.

На першій стадії, на лінії розділу двох деталей, створюються умови для утворення металевих зв'язків. Для цього, наприклад, при холодній зварці з поверхні необхідно видалити оксидні плівки і жирові шари. При дифузійній зварці використання високих температур приводить до зменшення опору матеріалу пластичним деформаціям, що полегшує зближення атомів металу за всією площею зварюваної поверхні. Полегшення видалення поверхневих плівок і запобігання їх утворенню при зварці використанням вакуумного захисту і ретельним попереднім захистом деталей.

На другій стадії відбуваються процеси взаємної дифузії атомів зварюваних матеріалів. Ці процеси призводять до утворення проміжних шарів, з'єднання, що приводять до збільшення міцності 33-35.

Підготовка поверхні виробу під зварку є одним з важливих моментів в процесі дифузійної зварки. Від адсорбованих шарів звільняються шляхом невисокого нагріву. Сильним нагрівом в захисних середовищах можна випарити і оксидні плівки. Проте важливим є не лише видалення, але і запобігання появі плівок. З цієї точки зору захист будь-якими інертними газами менш ефективний, чим вакуум.

1.7 Зварка плющенням

Зварка плющенням 34, 35 - високопродуктивний процес для здобуття біметалів з однорідних і різнорідних металів і сплавів для виробництва багатошарових листів, смуг, стрічок, фасонних профілів, прутків, проволок.

З'єднання компонентів біметалу відбувається при їх спільній гарячій або холодній пластичній деформації, здійснюваній в прокатних станах у вакуумі або на повітрі.

Вихідною заготовкою для здобуття біметалу служить пакет, що складається з двох різних шарів металу у вигляді слябів або пластин (рис. 1.8). Зазвичай застосовують одинарні (рис. 1.8, а), подвійні (рис. 1.8, б) або потрійні (рис. 1.8, в) пакети. Надійне з'єднання шарів забезпечується при 5-7-кратному обтисканні, тому для здобуття біметалічного листа товщиною 25 мм вихідна товщина пакету повинна складати не менше 250-300 мм.

Рисунок 1.8 - Конструкції пакетів для зварки плющенням 34, 35: 1 - основний шар; 2 - плакуючий шар; 3 - розділовий шар; 4 - технологічна планка; 5 - зварний шов

Ширина слябів, які використовуються для основного шару при виробництві двошарових корозійностійких листів із сталі, зазвичай складає 700-1200 мм, а довжина 1700-2500 мм.

Сляби основного шару з вуглецевої і низьколегованої сталі піддають правці на пресі і механічній обробці по зварюваних поверхнях з подальшими знежиренням, промиванням і сушкою. Одночасно готують пластини плакуючого шару.

Для зменшення міри окислення поверхонь заготовок при їх нагріві перед зваркою плющенням пакети герметизують зварним швом по периметру, або зварку плющенням проводять в захисній атмосфері - у вакуумі або інертному газі.

Для нагріву пакетів перед плющенням використовують нагрівальні шахтні або камерні печі. Температура нагріву для пакетів з вуглецевої і корозійностійкої сталі складає 1200-1250єС.

При здобутті біметалічних листів з покриттям з активних металів (наприклад Ti) використовують герметичну конструкцію пакету з розміщеним усередині пакету пірофорним матеріалом, наприклад церієм, який при нагріві пакету згорає і зв'язує кисень з навколишнього середовища. Надійне з'єднання в процесі гарячого плющення металів, що легко окислюються, досягається при використанні вакуумних прокатних станів.

Пакети прокатують на звичайних прокатних станах, використовуваних для здобуття одношарових листів аналогічних розмірів.

Холодну зварку 36, 37 плющенням застосовують для здобуття двох- або тришарових біметалів, що складаються із сталевої основи і плакуючих шарів з кольорових металів, наприклад: сталь + латунь, сталь + мідь, мідь + алюміній, алюміній + титан, алюміній + сталь + алюміній і ін. Для здобуття якісного з'єднання шарів в біметалі потрібна значна деформація при зварці плющенням і відповідної чистоти поверхонь, що сполучаються, а також особливо важлива відсутність органічних речовин.

При зварці плющенням спочатку відбувається зминання мікронерівностей і збільшення контактних поверхонь із-за значного витягу, що приводить до стоншування і часткового руйнування оксидних плівок. У окремих місцях контакту між зварюваними поверхнями утворюються ділянки схоплювання, між якими залишаються порожнини, що містять гази. Можливість подальшого збільшення числа і площі ділянок схоплювання визначається розвитком процесу адсорбції залишкових газів металом. При додатковій пластичній деформації у міру поглинання газу металом ділянки схоплювання розширюються, формуються зони взаємодії, кордон з'єднання перетворюється на безперервний міжфазний кордон.

Зварка здійснюється в умовах примусової деформації і малої тривалості взаємодії. Зварка плющенням здійснюється на прокатних станах.

1.8 Ультразвукова зварка металів

Ультразвукова зварка - це пружні деформації, що поширюються при збудженні в будь-якому середовищі: газовому, рідкому або твердому, частота яких перевищує частоту чутних людиною звуків, їх нижній кордон умовно прийнятий 16 кГц, верхній - сотні МГц.

Ультразвукова зварка (УЗЗ) металів 22, 38 - процес отримання нероз'ємних з'єднань в твердій фазі, при яких створення ювенільних (надгладких) ділянок на зварюваних поверхнях і фізичний контакт між ними забезпечується спеціальним інструментом при спільній дії на заготовки нормального стискуючого зусилля і знакозмінних тангенціальних відносних зсувів малої амплітуди. Ці зсуви відбуваються з ультразвуковою частотою в площині "деталь-деталь" і разом з нормальним зусиллям викликають пластичну деформацію мікронерівностей приповерхневого шару металу і вилучення із зони зварки забруднень.

Номенклатура матеріалів, які можуть зварюватися УЗЗ є досить обширною. Гарніше усього з'єднуються пластичні метали (срібло, мідь, алюміній, нікель, золото) як між собою, так і у поєднанні з твердими металами. Зі збільшенням твердості, зварюваність цим методом погіршується. Металеві заготовки можуть приварюватися до скла, перемішуватися, утворюючи новий матеріал (кремній, германій).

УЗЗ можуть зварюватися тугоплавкі метали: вольфрам, ніобій, тантал, цирконій, молібден, а також сталь зі сталлю через прошарок з алюмінію.

Добре зварюються метали, покриті запоєм штучного оксиду, природних оксидів, лаковими і полімерними покриттями.

Основним виглядом з'єднання є нахлесне, з різним конструюванням оформлення його елементів. Зварку ведуть однією або декількома точками, безперервним швом, по замкнутому контуру.

Технологія при ультразвуковій зварці не вимагає попередньої підготовки зварюваних поверхонь. Для підвищення стабільності якості поверхні необхідне лише знежирення розчинником. Визначення оптимального співвідношення параметрів режиму зварки на основі теоретичних розрахунків є дуже важким багатофакторним завданням, оскільки процеси передачі енергії в зварювальну зону, які визначають кінетику зварки, протікають в безперервно змінних умовах пластичного деформування, тертя деталей, які сполучаються, між собою і інструментом.

1.9 Магнітно-імпульсна зварка

Магнітно-імпульсна зварка 38 заснована на використанні сил електромеханічної взаємодії між вихровими струмами, наведеними в стінках оброблюваної деталі при пересіченні їх силовими магнітними лініями імпульсного магнітного поля, і самим магнітним потоком. При цьому електрична енергія безпосередньо перетвориться в механічну, і імпульс тиску магнітного поля діє на заготовку без участі будь-якого передавального середовища.

При магнітно-імпульсній зварці тиск на елемент, що метається, передається миттєво - із швидкістю поширення магнітного поля, і рух повідомляється не окремою ділянкою як при зварці вибухом, а всій деталі, що метається. Для забезпечення послідовного переміщення зони контакту при зварці деталі встановлюють під кутом один до одного. З'єднання, як і при зварці вибухом, утворюється в результаті косого зіткнення зварюваних поверхонь. При цьому створюються умови для очищення зварюваних поверхонь від оксидів, забруднень кумулятивним середовищем і для інтенсивної пластичної деформації поверхонь металу з утворенням металевих зв'язків.

1.10 Електронно-променева зварка

Суть способу полягає у використанні енергії електронів, які рухаються з високими швидкостями у вакуумі, для нагріву і розплавлення кромок заготовок, що підлягають зварці, оскільки при бомбардуванні електронами поверхні металу переважна частина кінетичної енергії електронів перетворюється на теплоту, яка і використовується для розплавлення металу.

Метал заготовок в місці фокусування променя розплавляється, утворюється зварювальна ванна, а після її кристалізації формується зварний шов.

Зварка електронним променем 39 можлива лише у випадку, якщо в зварювальній камері є вакуум 10^-4 мм рт. ст. (133·10^-4 Н/м ²).

При падінні вакууму нижче вказаного значення можуть виникнути дугові розряди з корпусом пушки, електронний промінь розфокусується, що унеможливлює зварку.

Всі процеси зварки, включаючи завантаження і вивантаження, особливо великогабаритних деталей - механізовані і автоматизовані.

Області застосування. Спосіб можна застосовувати для зварки практично всіх матеріалів, у тому числі і різнорідних (наприклад, Ме з керамікою).

Використання висококонцентрованого джерела енергії для зварки дозволяє досягати малу зону термічного впливу, що значно зменшує можливість деформації зварних конструкцій, особливо великогабаритних. Висока концентрація теплової енергії дозволяє зварювати заготовки товщиною до 200 мм за один прохід, при цьому забезпечується досить висока продуктивність (до 100 м/год) і мала ширина шва від 1 до 5 мм і, відповідно, мала зона термічного впливу.

За допомогою електронного променя можна прошивати отвори малого діаметру (діаметром менше людського волоса), прорізати вузькі пази, розрізати на частини заготовки, особливо з дорогоцінних металів, а також неметалів. Краї різу виходять рівні і чисті, а структура суміжних шарів залишається незмінною.

1.11 Зварка лазерним променем

Суть процесу полягає в тому, що для зварки і інших видів обробки застосовують світлові промені з високою щільністю енергії (ш_плями = 0,25-0,05мм), які випромінюються за допомогою оптичних квантових генераторів. В основу принципу роботи оптичного квантового генератора і підсилювача покладено індуковане випромінювання, яке пов'язане з поглинанням електромагнітних хвиль або фотонів атомними системами. При поглинанні фотона його енергія передається атому, який переходить в збуджений квантовий стан. Через деякий проміжок часу атом може спонтанно випромінювати цю енергію у вигляді фотона і повертатися у вихідний стан. Поки атом знаходиться у збудженому стані, його можна спонукати випустити фотон під впливом зовнішнього фотона - падаючої хвилі, енергія якого в точності дорівнює енергії фотона, що випускається при спонтанному випромінюванні. Таке випромінювання називається індукованим. В результаті падаюча хвиля посилюється хвилею, що випромінюється збудженим атомом. Важливим в цьому процесі є те, що хвиля, що випускається, в точності збігається по фазі з тією, під дією якої вона виникла. Це явище використовується в квантових генераторах. Вони перетворюють електричну, світлову, теплову, хімічну енергію в монохроматичне когерентне випромінювання електромагнітних хвиль ультрафіолетового видимого і інфрачервоного діапазону.

Працює лазер в імпульсному і безперервному режимах.

Для здійснення зварки необхідно, щоб імпульси мали максимальну тривалість при мінімальних інтервалах. ККД лазера на блідо-рожевому рубіні складає до 0,2 %.

Існуючі зварювальні лазери дозволяють отримувати частоту повторення імпульсів від 1 до 100 за хвилину.

Зварка лазером 40-43 вигідно відрізняється від ЕПЗ, оскільки виконується в будь-якому середовищі і на відкритому повітрі.

Висока щільність енергії лазерного променя дозволяє нагрівати практично всі метали до кипіння.

На практиці потужність імпульсів при зварці потрібно обмежувати, оскільки випар металу шва із зварювальної ванни може понизити якість зварного з'єднання. В даний час накопичений достатній практичний досвід по зварці тонколистових матеріалів (див. таблицю 1.2).

Таблиця 1.2 - Параметри режимів зварки стикових з'єднань лазером на СО₂

Метал	Товщина, мм	Ширина шва, мм	Швидкість, мм/с	Потужність, Вт
Неірж. сталь	0,125	0,45	50	250
	0,25	0,7	37	250
Нікель	0,125	0,45	15	250
Титан	0,125	0,37	35	250
	0,45	-	15	500

На потужних установках на СО ₂ можна зварювати сталеві заготовки завтовшки до 10-15 мм.

Проте лазером можна зварювати і дуже тонкі елементи (спіралі, півкільця, діаметром декілька десятків мікрометра).

Широке вживання лазерна зварка знаходить в радіоелектроніці, наприклад, при зварці контактів провідників на мікроплатах.

...