Холодной сварки металлов

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧА РАБОТЫ

Цель работы:

– изучить особенности процесса холодной сварки пластичных материалов.

Задача работы:

– исследовать влияние параметров режима холодной сварки на свойства сварного соединения пластичных материалов.

ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ, ИНСТРУМЕНТ

1. Пресс для выполнения холодной сварки.

2. Пластины алюминиевые и медные размером 100х20х1 мм.

3. Рабочий инструмент для сварки (пуансоны).

4. Разрывная машина.

5. Измерительный микроскоп, лупа 2-7 кратного увеличения.

6. Инструмент слесарный и мерительный.

7. Абразивная шкурка, полировальная паста и полировальный круг.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

ХОЛОДНОЙ СВАРКИ МЕТАЛЛОВ

Холодная сварка – процесс соединения металлов в твердом состоянии без нагрева до высоких температур (сварка при комнатных температурах), осуществляемый вследствие образования металлических связей на свариваемых поверхностях при совместном пластическом деформировании деталей. Образование прочного сварного соединения при холодной сварке происходит в три условных этапа.

Первый этап – сближение свариваемых поверхностей – характеризуется деформацией их микрошероховатостей и волнистостей. При сближении поверхностей с неровностями вначале возникает контакт в отдельных наиболее высоких точках. Для получения контакта по большей поверхности необходимо деформирование уже соприкасающихся участков. Чем больше должна быть площадь соприкосновения на поверхности сжимаемых металлов, тем больше нужно деформировать неровности, вступившие в контакт, и тем больше должна быть сжимающая сила. Окисные пленки, пленки жидкостей, газов и различного рода за­грязнения затрудняют сварку. Вследствие высокой относительной твер­дости окисных пленок образование между ними контакта большой площади требует значительных усилий. Соединение между пленками из-за их высокой хрупкости обладает малой пластичностью илегко разрушается. Органические пленки достаточной толщины предотвраща­ют возможность сварки контактирующих металлов. Поэтому для получе­ния прочных соединений окисные и органические пленки должны быть удалены с поверхности свариваемых изделий.

Второй этап начинается в процессе сближения и деформирования поверхностных слоев и неровностей. Этот этап характеризуется уве­личением площади металлического контакта свариваемых поверхностей и возникновением общих кристаллов на них. В начале формирования металлического контакта кристаллиты разделены пленками сложного состава. При деформировании сжатые свариваемые поверхности не кон­тактируют с атмосферой, поэтому новые пленки не образуются, а имеющиеся хрупкие окисные пленки вследствие увеличения площади кон­такта разрушаются. Жидкие и газовые пленки вытесняются и частично диффундируют в глубь металла. В результате чистые по­верхности приходят в непосредственное соприкосновение, т.е. обра­зуются металлические связи между соединяемыми металлами и происхо­дит их сварка.

Третий этап характеризуется различного рода перемещениями на определенные расстояния относительно больших масс частиц вследствие диффузии. Этот процесс требует значительного времени и при холодной сварке практически отсутствует.

Холодной сваркой выполняются нахлесточные, стыковые и тавровые сварные соединения в виде отдельных точек (точечная холодная сварка) или непрерывного шва (шовная холодная сварка). Наиболее распространена точечная холодная сварка нахлесточныхсоединений, которая выполняется, например, по схемам без предвари­тельного зажатия свариваемых деталей (рисунок а, б, в) и с их пред­варительным зажатием усилием Р₁ (рисунок г).

Рисунок. Схемы точечной холодной сварки внахлестку:

а – с односторонним деформированием пуансоном без опорной части;

б – с двусторонним деформированием пуансонами без опорных частей;

в – с двусторонним деформированием пуансонами с опорными частями;

г – с предварительным зажатием деталей

Подготовленные к сварке детали помещаются между соосно расположенными пуансонами, состоящими из рабочего выступа и опорной части. Под воздействием рабочего усилия Р выступы вдавливаются в металл, осуществляя требуемую для сварки пластическую деформацию, вызывающую течение металла и его сварку.

Деформация, достаточная для образования качественного сварного соединения, оценивается по относительной глубине вдавливания пуансона, называемой степенью относительной деформации: , где h – глубина вдавливания пуансона, мм; S – толщина свариваемого металла, мм.

Так, для наиболее часто свариваемых алюминиевых сплавов E_min = 67 %; медных – E_min = 90 %.

Применение опорных выступов на пуансонах и предварительного зажатия деталей повышает прочность сварного соединения и снижает коробление деталей. Более высокая прочность объясняется тем, что соединение образуется не только под поверхностью рабочего выступа пуансонов, но и в прилегающей кольцевой зоне.

Параметрами режима холодной сварки являются степень относительной деформации E_min, давления на торец рабочего выступа пуансона P_pb и его опорную часть P_on, форма и размеры торца выступа, скорость деформации (вдавливания пуансонов в металл). Основное влияние на качество сварного соединения оказывают величины E_min, P_pb и размеры торца рабочего выступа. Скорость деформации на качество соединения практически не влияет.