Первые способы сварки и родственных технологий. Сварка в ювелирном производстве


Преимущества лазерной сварки

1. Возможность с высокой точностью сваривать любые металлы и сплавы: золото, платину, серебро, титан, нержавеющую сталь, драгоценные сплавы всех видов проб, медно-никелевые, цинковые, оловянные сплавы и т.д.

2. Скорость протекания процессов сварки, локальность теплового воздействия и точность позиционирования лазерного луча делают возможным выполнение сварочных работ исключительно высокого качества.

Сварку можно проводить по уже проваренным швам, не повреждая их. На одном и том же изделии можно выполнить несколько соединений, не опасаясь, что расплавятся ранее выполненные швы, т.к. тепло строго локализовано.

3. Возможность осуществлять процесс сварки без малейших нарушений геометрии самых тонких частей конструкции, а также в непосредственной близости (на расстоянии 0,5–1 мм) к элементам, чувствительным к повышению температуры (камни, вставки, эмали, керамика и т.п.).

4. Лазерная сварка создает сварной шов, не отличающийся от основного изделия по составу. Лазерный сварной шов значительно прочнее и обладает большей ковкостью, чем традиционное паяное соединение. Прочность лазерного шва составляет 95% от прочности цельного металла. Стыки, сваренные лазером на 260% прочнее, чем аналогичные стыки, спаянные горелкой и на 43% прочнее, чем сварка микроплазмой. Кроме того, лазерные швы либо вообще лишены пористости, либо пористость незначительная.

5. Нет необходимости использовать флюс. Поверхность места сварки от окислов защищает подаваемый локально инертный газ.

6. Широкие диапазоны варьирования режимов лазерного излучения позволяют сваривать разнородные материалы с различными температурами плавления в одно изделие, при этом материалы могут иметь различную толщину от нескольких микрон до нескольких миллиметров.

7. Постоянство и неизменность пробы; отсутствие проблем совпадения цвета, т.к. сварка производится без припоя путем частичного расплавления соединяемых металлов. При лазерной наплавке вместо припоя применяется проволока с тем же химическим составом, что и свариваемый металл, т.к. происходит локальный нагрев, и температура достаточна для плавления любого металла (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Лазерная наплавка

Особенно ярко это преимущество проявляется при работе с высокопробным золотом (выше 916 пробы), для которого невозможно подобрать подходящий припой.

8. Ускорение производственного цикла. Создает очевидные экономические преимущества, т.к. ускоряется оборот металла в производстве. Высокая производительность и эффективность достигаются исключением необходимости проведения многих промежуточных и финишных операций (например, исключается процедура нанесения флюса, припоя, отбеливания и др.).

9. Улучшение внешнего вида многоцветных изделий (например, многоцветные цепи). Лазерная сварка позволяет соединять виды драгоценного металла, различные по пробе и составу сплава. Многоцветные сварные изделия легко распознать, т.к. их расцветка, не подвергаясь нагреву в печи, остается яркой.

10. Низкие потери материала при сварке.

11. Простота и удобство работы на лазерном оборудовании. Оператор может удерживать свариваемые детали в руках, таким образом уменьшается потребность в фиксирующих приспособлениях.

12. Минимальные требования по уходу.

13. Экологическая чистота и отсутствие каких-либо отходов, присущих методу пайки. Так как для сварки не используются припои (например, компонент припоев – кадмий очень токсичен) и флюсы, для очистки изделия не используются агрессивные химикаты и/или растворители.

14. Лазерный луч – это источник потока энергии, не добавляющий и не привносящий никаких посторонних элементов в место обработки. Остальное зависит от чистоты аргона, который используется для защиты свариваемых конструкций.

studfiles.net

Область применения установок для точечной сварки неплавящимся электродом

1. Сварка деталей ювелирных изделий (сварка стыков, звеньев цепи, колец, крапанов и пр.).

2. Сварка и ремонт изделий, изготовленных по технологии литья с камнями.

3. Прихватка деталей перед пайкой.

4. Заполнение пор и пустот в отливках из благородных металлов.

5. Монтаж деталей из разных сплавов в одно изделие.

Преимущества точечной сварки неплавящимся электродом

1. Используется для сварки всех ювелирных металлов: золота, платины, палладия, в том числе серебра, нержавеющей стали, титана, алюминия, олова, большинства сплавов бронзы, кобальтово-стальных сплавов, разнородных металлов между собой (например, золота и титана).

2. Сварка материалов толщиной 0,1–0,4 мм (листовой материал и проволока).

3. Глубокая сварка стыков и сварка изделий под углом.

4. Малые размеры точки сварки (диаметр 0,3–3 мм, глубина 0,1–0,8 мм), высокая точность ее нанесения и низкое распространение тепла (как при лазерной сварке) позволяют работать рядом с рубинами, сапфирами, изумрудами и другими материалами, не повреждая их.

5. Одним электродом можно выполнить до двух тысяч сварных соединений (вольфрам из электрода в точку сварки не переходит).

6. Применение высокочистого аргона (99,9%) обеспечивает наилучшее качество сварки.

7. Возможность регулировки мощности и длительности импульсов позволяет управлять размером точки и глубиной сварки, идеально подбирая их для каждого конкретного случая.

8. Оптическое устройство обеспечивает хорошую видимость рабочей зоны и защиту глаз [23–25].

2.2.2. Точечная контактная сварка

Контактная сварка – сварка давлением, при которой нагрев, необходимый для сварки, создается электрическим током, проходящим через зону сварки.

Точечная контактная сварка – контактная сварка, при которой шов получается в точке между деталями, расположенными между электродами, причем площадь сварной точки в контакте «деталь – деталь» приблизительно равна площади контактной поверхности электродов [21].

В ювелирном производстве, особенно в условиях массового производства, контактная точечная сварка, так называемая контактная пайка-прихватка, является незаменимым способом фиксации деталей перед пайкой или другими дополнительными операциями.

Припаиваемые детали изделий помещают в соответствующие по форме выемки матриц, закрепляемых на опорной плите. После чего к деталям подводят электрод. Соединение деталей в определенных точках происходит за счет местной пластической деформации, возникающей от нагрева электрическим током. Одновременно электроды, проводящие ток, являются пуансонами, служащими для осадки металла в нагретой зоне. Точечный сварной шов достаточно прочен, чтобы выдержать нанесение флюса, припоя, транспортировку деталей к месту пайки [3].

Область применения установок для контактной точечной сварки

Аппараты контактной точечной сварки (рис. 2.3) предназначены для работы с изделиями из драгоценных металлов и их сплавов (кроме серебряных сплавов высоких проб), нержавеющей стали, титана, кобальтово-стальных сплавов, алюминия, олова, большинства сплавов меди (латунь, бронза и др.). С их помощью присоединяются такие элементы ювелирных изделий, как флажки, стойки, касты, зернь, накладки, ушки, шарниры и т.п.

Рис. 2.3. Аппараты контактной точечной сварки

studfiles.net

Преимущества контактной точечной сварки

1. Чрезвычайно простой процесс, не требует операторов со специальной квалификацией.

2. Этот вид сварки идеален для сварки тонких металлических листов.

3. Не требует защитных газов и присадочного материала.

4. Сохраняются особенности металла вследствие малой зоны термообработки.

5. Отсутствуют вредные дымовые газы.

6. Чрезвычайно низкий риск пожара.

7. Высокая производительность.

Недостатки контактной точечной сварки

1. Каждая отдельная конфигурация шва требует своей собственной настройки оборудования.

2. Не исключена опасность повреждения электродами поверхности украшения [24].

2.2.3. Лазерная сварка

Лазерная сварка – сварка плавлением, при которой для нагрева используется монохроматический когерентный луч света. Применяемый для расплавления металла при сварке лазерный луч можно очень точно сфокусировать, контролируя при этом высокоинтенсивную передачу тепловой энергии на очень ограниченный участок изделия [21].

Наиболее широкое распространение получили лазерные установки с твердотельными лазерами на алюмоиттриевом гранате – Nd:YAG, излучение которых достаточно хорошо поглощается основными материалами ювелирной промышленности – драгоценными металлами и камнями (рис. 2.4). В настоящее время на ювелирном рынке отлично зарекомендовали себя производители лазерного оборудования «Sisma» (Италия), «Rofin» (Швейцария), «Siro Lasertec» (Германия) и др.

а

б

Рис. 2.4. Лазерные установки:

а – напольные лазерные установки; б – настольные лазерные установки

Несмотря на разнообразное дизайнерское решение внешнего вида установок, их принцип действия аналогичен. Лазерные установки имеют возможность изменения параметров луча по его мощности, фокусировке, длительности, частоте и форме импульсов. Узлы установок смонтированы таким образом, чтобы обеспечить легкий доступ для работы и техобслуживания.

Установки позволяют с высокой точностью осуществлять процесс сварки. При работе на установке оператор удерживает изделие в руках (рис. 2.5) и с помощью стереомикроскопа осуществляет точное наведение луча на место сварки путем совмещения перекрестья координатной сетки микроскопа с осью луча лазера. Импульсное воздействие сфокусированного лазерного излучения мгновенно нагревает и расплавляет металл в строго определенной точке.

Рис. 2.5. Сварка изделия с помощью лазера

Твердотельные лазеры на кристаллах Nd:YAG имеют длину волны излучения λ = 1,064 мкм, не видимую человеческим глазом. Это позволяет использовать прозрачное в видимой области защитное стекло рабочей камеры установки. Глядя через него, можно легко совершать подготовительные манипуляции, предшествующие сварке или наплавке. Тем не менее, это стекло задерживает поток отраженного лазерного излучения, а те вспышки, которые видны, имеют спектр видимых глазом лучей, испускаемых раскаленным материалом, и безопасны для зрения.

Область применения лазерных установок

1. Быстрая и надежная сварка звеньев цепей, обеспечение стабильной конфигурации звена. Полностью устраняется риск увеличения зазора между концами звеньев, который является результатом повышенных напряжений структуры металла в процессе механической деформации и может проявляться во время термической обработки в печи.

2. Лазерная сварка может быть использована как прихватка, т.е. для соединения деталей изделия перед пайкой.

3. С помощью лазерной сварки удобно осуществлять подварку дефектов литья, пор, непроливов в отливках из благородных металлов, выравнивать поверхность, смещая бугор металла в каком-либо направлении и пр.

При лазерной сварке световое давление луча и давление плазмы, образующейся при обработке благодаря высокой мощности, имеют весьма ощутимую величину и являются благоприятным фактором. Если луч направить на поверхность металла под углом, световое пятно оказывается вытянутым, и расплавленный металл удобно сталкивать в нужном направлении на подплавленную удаленную область светового пятна.

4. Сварка, ремонт изделий, изготовленных по технологии литья с камнями. Подварка крапанов, не раскрепляя камня (нет риска испортить камень, т.к. нет нагрева).

5. Ремонт замков цепочек со стальной пружиной (нет нагрева, и сталь не теряет своих пружинящих свойств).

6. Ремонт и сборка полированных изделий.

7. Ремонт, реставрация изделий без удаления защитно-декоративных покрытий.

8. Быстрая сборка сложных изделий без использования пинцетов, гипса.

9. Быстрое уменьшение размера колец.

10. Монтаж деталей из разных сплавов в одно изделие.

11. Изготовление и ремонт штампов.

12. Чеканка и микросверление.

13. Удаление порошка формовочной смеси из полостей после отливки.

14. Кинжальные, т.е. тонкие и глубокие проплавления на изделии, выстроенные по одной линии, вызывают управляемую усадку, изгибающую конструкцию стягивающим усадочным действием шва. Этот способ деформации позволяет выгибать изделия в нужном направлении, не встречая серьезных ограничений даже в области массивных элементов. Таким образом можно избавиться от геометрических дефектов, не разрезая изделие на части.

studfiles.net

Первые способы сварки и родственных технологий

Рекомендуем приобрести:

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек - в наличии на складе! Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки - в наличии на складе! Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор. Доставка по всей России!

Возникновение сварки как ремесленной, производственной технологии соединения металлов относится к началу освоения человеком цветных и черных металлов. Еще в эпоху неолита, изготавливая каменные орудия, человек заметил, что если металлические самородки И метеориты сильно ударить, то они не раскалываются, а деформируются. При определенных условиях такой операции достаточно, чтобы произошло неразъемное соединение тел, По существу, это уже была холодная сварка — сварка давлением с пластической деформацией за счет механической энергии (удара) без внешнего источника нагрева [46].

Для пластичных металлов (самородных меди, серебра, золота), а возможно, и для некоторых железных метеоритов деформацию схватывания люди могли обеспечить, вероятно, уже в каменном веке, например, ударами камня, увеличивая давление с помощью примитивных рычагов. Первые известные образцы изделий, выполненных холодной сваркой, относятся к более позднему периоду — бронзовому веку, Это, например, золотые коробочки, хранящиеся ныне в Национальном музее в Дублине (Ирландия) [47]. В то время многие племена уже умели использовать теплоту для технологических целей: нагрева металлов, выплавки из руд меди, свинца, олова и их сплавов, литья различных изделий. Таким способом мастера «трипольской культуры» изготовляли медные шилья, долота, амулеты и нашивные бляшки. Подобные изделия археологи находили и в других регионах планеты.

Первые серьезные исследования в области холодной сварки начали проводить лишь в современную эпоху. Так, в 1948 г. в Великобритании этим способом соединяли алюминий и его сплавы [48]. Потребность в холодной сварке алюминия и меди для развивающихся отраслей промышленности (электротехники, авиастроения) была настолько высока, что этим способом занялись технологи многих стран, в первую очередь, США, СССР, Германии. Скачок через тысячелетия, конечно, разителен. На базе современной техники в XX в. за короткое время было создано высокоэффективное оборудование — от ручных клещей и настольных станков до мощных прессов и машин-полуавтоматов.

Появление бронзы заставило древних мастеров заняться разработкой новых способов неразъемного соединения деталей. Бронзы — искусственно созданные сплавы меди с оловом и свинцом - отличались несравненно лучшими эксплуатационными свойствами (большей твердостью, прочностью и износостойкостью), чем исходные материалы. Однако пластические свойства оловянистых и свинцовистых бронз были намного ниже, чем чистой меди. В результате холодная сварка, основанная на пластическом деформировании, не позволяла получать качественные соединения деталей, в том числе и с подогревом кромок. Поэтому длительное время для соединения деталей из сплавов меди использовали клепку, скручивание или фальцовку. Наряду с этими способами существовала сварка «заливкой».

Для соединения бронзовых деталей была использована теплота перегретого присадочного металла. Кромки деталей заформовывали, и в образовавшуюся полость заливали расплавленную бронзу, которая подплавляла кромки. Этот способ соединения использовали мастера скифского периода в Восточной Европе для ремонта изделий из бронзы. Анализ многочисленных археологических находок показывает, что в VII—III вв. до н. э. сварку «заливкой» применяли для присоединения ручек к котлам и бронзовых рукояток к стальным лезвиям ножей и мечей, для прихватки кромок треснувших стенок котлов [49, 50]. Образцы деталей, изготовленных способом сварки заливкой,   найдены на землях  бывшей  Римской империи. Это — тонкостенные бронзовые сосуды, стенки которых толщиной 0,5—0,7 мм имеют кованую структуру, а вдоль образующей едва заметна утолщенная полоса металла с литой структурой. Можно предположить, что в данном случае обечайка была прокована, свернута и соединена продольным швом, образованным при заливке перегретого металла. Это подтверждают и незначительные отличии состава на сплавов листа и шва, обнаруженные при спектральном анализе [51]. Сварка «заливкой» перегретого металла для литейщиков стала традиционной технологией устранения дефектов отливок и приварки деталей. В свое время с помощью этого способа предлагалось отремонтировать знаменитый Царь-колокол, отлитый русскими мастерами - отцом И. Ф. Маториным и сыном М. И. Маториным. В 1735 г, во время пожара в Московском Кремле в 1737 г. колокол треснул, В 1836 г. его подняли из ямы и установили в Кремле. Вид огромного колокола (массой около 193 т) с отколовшимся куском не мог не вызывать желания отремонтировать этот образец литейного искусства. В XIX в. было сделано несколько предложений выполнить такую ответственнейшую и трудоемкую работу. Одно из них — сваркой «заливкой».

Одновременно со сваркой развивалась и пайка — способ соединения, родственный сварке, и в сущности, по многим признакам сходный со сваркой «заливкой». Этот технологический процесс широко использовали уже в раннем железном веке.  В странах Древнего Востока,  Египте применяли пайку золота золотым припоем, меди — серебром или сплавом меди с серебром. Мягкие припои еще долго не были известны, С помощью пайки были изготовлены многие ювелирные изделия, найденные в скифских курганах (золотые бляхи с изображением пантеры и оленя, золотая пектораль, золотые серьги, на которых изображена миниатюрная четверка лошадей с крылатой богиней в колеснице, а также другие фигуры и украшения, многие детали которых трудно даже заметить невооруженным глазом). В большинстве таких случаев пайка была произведена золотом или (реже) серебром. Однако развитие пайки, несмотря на ее связь с родственными технологиями, пошло все же самостоятельным путем, и история ее представляет отдельный интерес.

Прямым продолжением древнего способа холодной сварки явилась кузнечная (или горновая) сварка, возникновение которой относится уже к железному веку. Технология получения железа в этот период заключалась в том, что куски железной руды нагревали вместе с древесным углем, в результате чего получали комки - крицы, в которых находились частицы железа, шлака и остатки угля. Крицы проковывали в горячем состоянии. При этом островки шлака и угля выдавливали, а частицы железа соединялись между собой, т. е. сваривались, образуя относительно плотный металл. Такое железо получило название «сварочного». Нагрев и ковку повторяли неоднократно, благодаря чему «сварочное железо» становилось чище и плотнее. Такие же технические приемы применяли и при ремонте разрушенных изделий из железа, а также когда необходимо было сваривать отдельные куски для изготовления орудий труда и оружия.

Кричный (сыродутный) способ получения железа господствовал на Европейском, Азиатском и Африканском континентах тысячи лет. У многих   народов   кузнецов   почитали   наравне с князьями, шаманами, знахарями. Согласно греческой мифологии, кузнечным (а значит, и сварочным) ремеслом занимался один из олимпийских богов — Гефест (рис. 1. 2). Именно в его честь назовет свой способ сварки Бенардос, предки которого переселились на Украину из Греции. Во многих музеях мира хранятся коллекции железных изделий скифов, сарматов, киммерийцев, египтян, аланов, народов Кавказа и других племен, которые относятся к разным эпохам, начиная с VIII в. до н. э. Среди них встречаются длинные лезвия мечей, которые невозможно было изготовить из одной заготовки. Скорее всего, кузнецы вынуждены были сваривать такой мечь из нескольких частей. Для повышения прочности соединения концы стыкуемых деталей выполняли с фигурным вырезом в виде «ласточкина хвоста».

По образцам оружия из скифских курганов VI — начала V вв. до н.э. можно проследить и за другими приемами подготовки деталей и их сварки. Широко применяли наварку накладных деталей рукояток мечей; пайку заготовок на конической оправке и последующую сварку внахлестку краев втулок копии и дротиков; формирование отверстий в топорах и сварка их обушной части. Еще более сложной являлась технология изготовления многослойных клинков, состоящих из чередующихся слоев мягкого железа и стали, в том числе с содержанием углерода до 0,6—0,7 % (рис. 3). Поскольку выплавить такую сталь в печах того времени не представлялось возможным, применяли науглераживание металла путем длительной выдержки его в тлеющих углях. Найдены многослойные сварные мечи, серпы и топоры различной конструкции. Среди них - самозатачивающиеся лезвия с центральной высокоуглеродистой стальной сердцевиной и двумя боковыми полосами из железа. Стальные полосы наваривали также с двух краев мягкой центральной полосы обоюдоострого клинка. Современными методами металлографии установлено, что один из клинков имеет одиннадцать чередующихся стальных и железных слоев. В древние времена была известна и закалка стали с последующим отпуском [52]. Кузнецы скифо-сарматских, алано-булгарских и других племен пользовались разнообразными инструментами и оборудованием: железными наковальнями, молотками, специализированными клещами, кузнечными и слесарными зубилами, пробойниками. С помощью инструмента, конструкция которого сохраняется до сих пор, они могли изготавливать высококачественные и сложные по конструкции изделия — от сабель до замков.

О производстве и применении железа упоминается но многих древних памятниках письменности. В XIII в. в Киевской Руси было освоено производство  высококачественной  стали,   здесь увеличили высоту горна печей и усилили нагнетание воздуха мехами. Жидкий шлак мог самостоятельно стекать по каналам, расположенным по краям основания печи. После плавки горн разбирали, извлекали из него слитки металла и проковывали их. В результате проковки металл уплотнялся, частицы шлака выдавливались. Измельчение зерна придавало металлу дополнительную прочность. С использованием кузнечной сварки железных и стальных заготовок в то время изготавливали достаточно сложные по конструкции и ответственные по назначению предметы. Успешно применяли кузнечную сварку для соединения железа с высокоуглеродистой (до 0,9% С) сталью. Сварка позволяла получать соединения из полосок желеэа и стали толщиной 0,8-2 мм, в том числе при изготовлении замочных пружин, кольчуг, высококачественных режущих или рубящих частей различных орудий труда и холодного оружия.  Так,  для изготовленияли сталь и железо различных составов. Зачастую из прочной стали, например дамасской, выполняли только режущую кромку и наваривали на нее кузнечным способом более мягкую сталь. Такая непростая технология характерна, в частности, для мастеров Киевской Руси и Прибалтики. С помощью кузнечной сварки мастера даже клеймили свои изделия путем нанесения на них своих инициалов и других знаков.

Особое место в истории производства и сварки металлов занимает булатная сталь, из которой изготавливали клинки мечей и сабель. Вероятнее всего, что первоначально технология производства булатной стали была разработана в Индии, откуда попала на Средний Восток, а затем — в Европу (есть предположение, что свое другое название «дамасская» булатная сталь получила по названию города, где изготавливали ткани с узорами, подобными тем, что просматривались на клинках). Багдадский ученый первой половины XI в. аль-Кинди отмечал, что лучшие фракийские и слиманские клинки изготавливают из дамасской стали. Арабские ученые Ибн Руста и Ибн Хордадбех считали, что с дамасской сталью были знакомы и русы. Энциклопедист аль-Бируни в трактатах о производстве металлов приводит сведения о многослойных клинках мечей, которыми пользовались славяне, жившие за  Руменским   (Черным)  морем.  Про булатные мечи упоминается в летописях и поэме времен Киевской Руси «Слово о полку Игореве». Однако технология производства этой стали нигде не описана, а сохранившиеся образцы весьма разнообразны по составу, структуре и механическим характеристикам.

Встречаются булатные клинки из простой низкоуглеродистой стали, легированной азотом и другими добавками. Их характеризует необыкновенное сочетание высокой твердости, гибкости и упругости, а также наличие различных декоративных узоров. Именно узоры свидетельствуют о том,   что секрет  булатных  сталей  скрывается в технологии ковки и кузнечной сварки. Можно предположить, что старинные мастера получали булат многократной перековкой заготовки в длинный тонкий пруток, из которого свивали или просто складывали многослойную заготовку. Затем эту заготовку снова подвергали ковке и сваривали в новый брусок, повторяя эти операции несколько раз. Впрочем, ковка и других изделий представляла довольно сложный технологический процесс (рис. 4).

Древние и средневековые кузнецы-сварщики не только работали над совершенствованием технологии сварки железа и стали, но и создали оригинальные сварные конструкции. Одна из них — стволы пушек и пищалей, которые изготавливали из полос железа, накручивая их на стальные или деревянные болванки и проковывая (сваривая) кромку по образующей цилиндра. Чтобы получить   длинный   ствол,   обечайки   наращивали, сваривая их последовательно. Кольцевые швы представляли собой нахлесточное соединение, для чего торцы обечаек выковывали в форме внутреннего или наружного конуса (рис. 5) [53]. В XIV—XVII вв. эта технология была широко распространена в ряде стран Европы и Азии. Кованые пушки наряду с литыми защищали Московский Кремль. Самые большие пушки этого типа были изготовлены в Индии в XVI—XVII вв. Они достигали в длину 9 м и весили до 50 тонн.

Основной технологией производства металлических скульптур было литье. Однако возможности  его  были  ограничены,   поскольку  из многих известных на то время металлов и сплавов хорошими литейными свойствами обладают только олово бронза, чугун, золото и серебро. Размеры   металлических  скульптур,  точнее,   их масса, ограничивались мощностью печей.

Поэтому металлические статуи больших размеров изготавливали клепаными, что требовало специальных приспособлений и, кроме того, доступа для поддержания заклепок в процессе клепки.

Примером применения сварки плавлением может служить изготовление свинцовых труб и кровельных листов в Древнем Риме, Эту технологию описал Леонардо да Винчи. С обратной стороны соединения располагали формирующую стальную или бронзовую подкладку, а сверху ставили длинную узкую жаровню с горящими углями, теплота от которых расплавляла кромки. Шов окончательно формировали проковкой.

Появление машинной индустрии и промышленный прогресс в XVII-XVIII вв. внесли существенные изменения в технологию и оборудование для кузнечной сварки. Это прежде всего мощные прокатные станы, молоты, прессы и специальные машины, позволившие значительно увеличить размеры свариваемых изделий, снизить трудоемкость их изготовления и повысить качество соединений (рис. 6, 7). Кузнечную сварку продолжали совершенствовать, применяя новые достижения техники. Так, в 1870 г. Ф. Фонтина открыл водяной (коксовый) горючий газ, получающийся при орошении водой раскаленного угля и состоящий из водорода и оксида углерода. Спустя полстолетия этот газ начали активно использовать во многих странах для освещения, а еще через некоторое время — для нагрева свариваемых деталей. В 1880-е гг. водяной газ называли топливом будущего, частично связывая это с перспективами применения его для сварки металлов. Действительно, в литературе 1930— 40-х гг. «кузнечная горновая сварка» и «сварка водяным газом»  еще отмечены как отдельные, самостоятельные способы. В те же годы подтверждалось, что последним из этих способов можно сваривать листы толщиной от 4 до 80 мм при помощи молота или рольгангов [54].

На ряде крупных заводов в XIX в. искусство кузнечной сварки достигало большой высоты. Ковкой изготавливали наиболее ответственные детали. Огромное по тем временам кузнечное и кузнечно-штамповое хозяйство имел, например, Коломенский завод, где применяли почти все известные технологические процессы ковки и штамповки. На каждый паровоз шло около 300 различных кованых и штампованных деталей.

В конце XVIII — начале XIX вв. возросла потребность в металле с высокими механическими свойствами. Стальные и чугунные станки, паровые машины, мосты и другие изделия быстро разрушались под действием динамических нагрузок. Теперь уже интерес к булатной стали проявляют не только оружейники Немало ученых и изобретателей работают над технологией производства высококачественной стали ( в их числе выдающиеся английский физик Майкл Фарадей и российские ученые-металлурги Павел Аносов, Дмитрий Чернов). В процессе поиска были созданы новые процессы переплава металла, заложены научные основы металлографии и термообработки, открыты структуры сплавов, разработаны многие приборы. Но достигнуть качества изделий, изготовленных из образцов булатной стали, не удавалось. Необходимо было точно знать режимы ковки (сварки) и термообработки. Тем не менее, по результатам исследований были предложены различные способы улучшения качества металла и получения биметалла кузнечной сваркой.

Ковка и кузнечная сварка сыграли определенную роль в создании художественных произведений из металла (рис. 8). Однако намного более эффективной была пайка твердыми и мягкими припоями. Многие скульптуры, барельефы, украшения уже за несколько веков до нашей эры изготавливали путем пайки из отдельных фрагментов. Своей красотой шедевры древнего ювелирного искусства обязаны не только таланту художников, но и мастерству умельцев, выполнявших микропайку деталей.

Были и другие существенные технологические решения, в частности, металлургического характера. Так, в конце XIX в. Т. Флейтман предложил способ никелирования, по которому пластины никеля и железа нагревали до сварочной температуры в атмосфере водорода и прокатывали между валками без доступа воздуха [55].

Однако, несмотря на высокий уровень технологии, кузнечная и литейная сварка, а также пайка не могли полностью решить проблемы изготовления изделии, конструкций из металлов и сплавов. Технические возможности этих способов соединения ограничивались свойствами единственного в то время источника высокотемпературного нагрева — пламени. Крупногабаритные металлические конструкции и сложные по геометрии изделия почти невозможно было равномерно нагреть пламенем, успеть проковать или полностью залить стык до остывания. И уже в эпоху поздней бронзы человек начинает применять еще один способ соединения — клепку. Подтверждением этого служат клепаный бронзовый котел около полуметра в диаметре, найденный в Кастедерге (Ирландия), и железные наковальни из графств Бакингемшир и Херефорд-энд-Вустер (Великобритания) с отверстиями, предназначенными для того, чтобы вставлять головки заклепок при изготовлении всевозможных конструкций.

Дополнением неразъемных методов соединения становятся и различные методы получения разъемных соединений, в первую очередь резьбовых.

К концу XIX в. технические возможности этого способа соединений уже не удовлетворяли требованиям производства крупных и ответственных металлических конструкций. В принципе в этой наукоемкой технологии кроме инструмента для сверления отверстий и вспомогательных операций   почти   нечего   было   усовершенствовать.Технология клепки оставалась довольно сложной в исполнении. В заготовках отверстия можно было пробивать на прессе, но при ремонте в монтажных условиях их сверлили вручную (разумеется, после точной разметки и кернения).

Просверленные или пробитые отверстия раззенковывали, добиваясь высокой точности размеров и чистоты обработки. Но это только подготовка к клепке. Дальше необходимо было взять специально   выточенную   или   отштампованную заклепку-стержень с головкой, раскалить ее, вставить в отверстие соединяемых деталей (все отверстия должны совпадать). Один рабочий поддерживал заклепку со стороны головки, другой быстрыми ударами (пока заклепка не остыла) бил по специальной форме, которую держал третий рабочий, расклепывая выступающую с обратной стороны часть заклепки. На один метр соединения иногда приходилось по несколько десятков заклепок. После формирования заклепок кромки дополнительно прочеканивали, добиваясь уплотнения. И зачастую с таким трудом выполненное соединение не выдерживало динамических нагрузок, которым подвергались рамы паровозов, корпуса судов, не выдерживало высокого давления и нагрева, действующего на котлы и трубопроводы. Возникла настоятельная необходимость в новых технологиях соединения материалов, в первую очередь металлов.

Корниенко А.М. "История сварки. XV-середина XX ст."

www.autowelding.ru

Недостатки лазерной сварки

1. Сварка лучом лазера занимает больше времени, чем традиционные способы пайки.

2. Метод трудно приспособить к потребностям массового производства (за исключением цепевязания и лазерной грануляции).

3. Соединения, полученные лазерной сваркой, обычно имеют выступающую форму. Впоследствии эти «приливы» приходится устранять и заполировывать.

4. Некоторые соединения лазерной сваркой выполнить невозможно из-за особенностей их расположения, т.к. лазерный луч распространяется только по прямой.

5. Высокая стоимость лазерного оборудования [24, 26].

Одна из проблем при работе с драгоценными металлами заключается в том, что для них характерна высокая отражательная способность. Поэтому в некоторых случаях (не всегда!) необходимо зачернять рабочую зону, чтобы увеличить ее поглощающую способность. Это можно сделать просто темным фломастером.

2.2.4. Диффузионная сварка

Диффузионная сварка – сварка давлением, при которой детали контактируют при установленном непрерывном давлении и нагреваются в области контакта или во всем объеме при установленной температуре в течение установленного времени. Это приводит к плотному контакту поверхностей и взаимной диффузии атомов через них. Создается полная непрерывность материала [21].

Сварка может осуществляться в вакууме, в среде защитного газа или в жидкости. Преимуществом вакуума является простота получения и контроля. Кроме того, отсутствие транспортных и складских расходов делает его применение более выгодным.

Соединяемые детали с тщательно зачищенными и пригнанными поверхностями помещают в закрытую сварочную камеру с разряжением до 10-5 мм рт. ст. (примерно до 0,01–0,001 н/м2). Для повышения пластичности и ускорения диффузии детали нагревают до температур рекристаллизации (t = (0,7 – 0,8) tпл). Для получения качественного соединения нагрев заготовок по всему сечению должен быть равномерным. Очень важно контролировать температуру нагрева металла. С одной стороны, небольшое повышение температуры нагрева значительно ускоряет диффузию; с другой стороны, нагрев может снижать качество металла.

После того как достигнута требуемая температура, к заготовкам прикладывают небольшое сжимающее давление порядка 0,5–2 кг/мм2 в течение 5–20 мин. Непрерывно действующее давление сминает все выступы и неровности горячего металла и обеспечивает необходимое прилегание по всей поверхности. Через несколько минут после окончания сварки детали охлаждаются, и их выгружают из камеры [20].

Диффузионная сварка применяется во многих отраслях промышленности: в машиностроении, электронной промышленности, при производстве штампов и в других областях техники. В последнее время диффузионная сварка находит свое применение и в ювелирной отрасли – так называемый процесс синтерирования. Синтерирование – это оптимальный процесс для изготовления разноцветных колец, продаваемых, в основном, в качестве обручальных (рис. 2.7).

Рис. 2.7. Кольца из комбинированного золота,

соединенного способом диффузионной сварки

В настоящее время оборудование для синтерирования колец осуществляет компания Indutherm (Германия), ведущий производитель литейного оборудования для ювелирного производства. Для осуществления диффузионной сварки обычная серийная литьевая машина (например, VC400, VC500, VC600 и др.) дооборудуется модернизированным тиглем и специальной оснасткой. После этого, выдерживая определенный технологический режим, она готова осуществлять сварку 10–15 заготовок одновременно. Срок сварочного цикла составляет порядка 20 мин. Кроме того, компания предлагает специальные высокотехнологичные системы синтерирования серии SU (например, новая система SU450). Однако подобное оборудование достаточно дорогостоящее, и покупать его целесообразно лишь для выпуска крупных серий ювелирных украшений.

studfiles.net

Виды промышленных сварочных аппаратов

Вся современная промышленность и строительство не сможет существовать, если не будет использовать сварочные работы. Оборудование для сварки получило широкое распространение в роботизированных комплексах автомобильных заводов и микроэлектронных производствах, его применяют при строительстве мостов, космических кораблей, и сельхозтехники. Конструкция промышленных устройств, их производительность, способы сварки отличаются огромным разнообразием.

Виды оборудования

Для промышленного сварочного оборудования характерна специализация, позволяющая достичь максимальной производительности. Поэтому зачастую промышленные аппараты использует только одну технологию сварки: электродуговую, контактную, лазерную, плазменную и так далее.

По степени механизации промышленное оборудование может быть полностью автоматическим, полуавтоматическим или предназначаться для ручных работ. Аппараты варят постоянным или переменным током, источником, и в зависимости от источника питания подразделяются на четыре категории:

Трансформаторный аппарат для сварки наиболее простой и надежный. Промышленный трехфазный трансформатор на 380 Вольт рассчитан на непрерывную работу, часто имеет несколько постов, то есть позволяет работать нескольким сварщикам одновременно.

Большей частью такие агрегаты встречаются в стационарном варианте в цехах, но есть и мобильные варианты. Они отличаются массой порядка нескольких сот килограмм, позволяют работать с электродами и металлом толщиной 5 и более миллиметров.

Большая масса обусловлена тем, что трансформатор преобразует энергию на низкой частоте. Обычно он используется при ручной электродуговой сварке.

Выпрямительные источники питания на выходе вторичной обмотки понижающего трансформатора имеют диодную мостовую схему, что позволяет выпрямить переменный ток. Промышленные преобразователи данного вида обеспечивают более стабильную дугу по сравнению с чисто трансформаторным устройством.

Сварочный инвертор обеспечивает стабильную дугу независимо от характеристик питающего напряжения. Работает на постоянном токе. Благодаря преобразованию напряжения переменного тока на высокой частоте получается значительная экономия по габаритам и массе сварочного аппарата.

К генераторным сварочным аппаратам относятся все устройства, способные функционировать от дизельного или подобного ему генератора тока.

Контактный метод в производстве

Большинство промышленных сварочных аппаратов предназначено для электродуговой или контактной сварки. Последняя повсеместно используется в авторемонтных мастерских, на автомобилестроительных заводах и множестве других производств.

Основными достоинствами контактной сварки являются высокая производительность, минимальные эксплуатационные расходы и отличное качество сварного соединения.

По виду установки промышленная контактная сварка бывает мобильной, подвесной и стационарной. В зависимости от способа образования шва оборудование делят на стыковое, шовное, рельефное и точечное.

Стыковое промышленное оборудование часто используется для сварки медных труб. Стык может создаваться по технологии сопротивления и оплавления.

Метод сопротивления применяют для соединения изделий из низкоуглеродистой стали с небольшим сечением.

Оплавление – технология позволяющая соединять метал больших сечений, она применяется в судостроении при изготовлении цепей для якорей и подобных изделий. С помощью промышленной сварки оплавлением соединяют рельсы железной дороги для получения бесстыковых путей.

В аппаратах шовной сварки установлены ролики, позволяющие варить трубы и резервуары. Рельефная сварка используется в приборостроении и автомобилестроении для присоединения различных кронштейнов.

В составе роботизированной линии повсеместно можно встретить аппараты точечной сварки. Рабочим элементом у них являются электроды из высококачественной бронзы и меди.

Лазерные и плазменные устройства

Особняком стоит лазерная промышленная сварка. Лазерные аппараты могут соединять металл до 2 мм толщиной, но в основном работают с мелкими изделиями толщиной несколько микрон.

Лазерные сварочные аппараты применяются в микроэлектронике и приборостроении, в ювелирном производстве. Часто они работают в составе автоматизированных производственных линий. Швы получаются высочайшего качества, но у такого оборудования высокая стоимость.

На производстве широкое распространение получила плазменная резка благодаря высокому качеству реза и низким эксплуатационным расходам. Плазменные промышленные аппараты используются в режиме сварки при соединении толстостенных материалов.

Автоматизированные системы

Автоматическое сварочное оборудование используется исключительно в промышленном производстве и строительстве магистральных трубопроводов большого диаметра благодаря высокой производительности сварочных работ.

Роль человека здесь минимальна, оператору требуется установить оборудование в начале шва, остальное сделает устройство. Качество шва получается высоким с постоянными заданными характеристиками.

Промышленные установки узкоспециализированы, могут варить, например, только трубы. В основном автоматические сварочные аппараты делают стационарного исполнения, но бывают и мобильные.

Более высокий уровень автоматизации наблюдается в роботизированных производственных линиях, где функция человека ограничивается наблюдением за процессом сварки и проведением регламентных работ.

Полуавтомат

Наибольшее распространение получили промышленные сварочные аппараты с полуавтоматической подачей присадки. По сравнению с полными автоматами они отличаются универсальностью, могут работать практически с любыми изделиями в труднодоступных местах.

Если полуавтомат сравнивать с ручной дуговой сваркой, то несомненным преимуществом первого является:

Сварщик направляет головку горелки полуавтомата вдоль шва с равномерной скоростью, на одном и том же расстоянии от сварочной ванны, на этом его функция заканчивается. Газ и поволока подаются автоматически.

Используется газ активного (азот, углекислота) или инертного (аргон, гелий) типа. И тот и другой защищает сварочную ванну от вредного влияния атмосферного кислорода.

В промышленных сварочных аппаратах на производстве чаще используется углекислый газ из-за его дешевизны, он эффективен при сварке низкоуглеродистых сталей. Там, где надо получить максимально надежный шов, полуавтомат работает с подачей аргона или гелия.

Устройства советского периода

Источнику сварочного тока и вообще технологии сварки в Советском Союзе придавалось такое большое значение, что в тридцатых годах двадцатого века был создан институт электросварки.

Многими его разработками до сих пор пользуются, так же как и промышленными сварочными аппаратами советского производства. Кстати, маркировка на сварочном оборудовании, производимом в России, сохранилась еще с тех времен.

В советское время сварочное оборудование было громоздким, работало на трансформаторах, но отличалось высокой надежностью.

На некоторых производствах еще стоят советские сварочные трансформаторы, и они исправно выполняет свои функции. Хотя для бытовых нужд повсеместно используют легкие компактные инверторы, промышленные трансформаторы не стоит недооценивать.

Инверторное оборудование

Современные сварочные аппараты ручной дуговой сварки и полуавтоматы в качестве источника питания используют промышленный инвертор, который является главным элементом сварочного оборудования.

От бытового аппарата он отличается тем, что у него трехфазное питание и большая мощность, он имеет много различных настроек и функций.

Трехфазные промышленные инверторы имеет немного большие габариты по сравнению с однофазными аппаратами, но большую мощность, соответственно, большие сварочные токи.

Использование транзисторов шестого поколения позволяет держать стабильную дугу даже при сильных просадках сетевого напряжения. Сварочный ток может регулироваться в широком диапазоне.

Возможно изменение полярности, что также расширяет функциональные возможности аппарата, позволяет варить тонкостенные и толстостенные изделия.

Одним из главных параметров, по которым нужно выбирать промышленный сварочный аппарат, является мощность. От нее напрямую зависит сила сварочного тока, диаметр используемых электродов и толщина свариваемого металла.

Мощность следует выбирать с запасом. Обычно указывается мощность потребления устройства при работе с максимальным сварочным током. При таком режиме ПН составляет 60-70%.

Желательно наличие системы охлаждения, влияющей на размер установки. Не нужно гнаться за малыми габаритами, поскольку у них обычно ухудшается вентиляция, время непрерывной работы при этом сильно сокращается.

svaring.com

Виды сварок

Сварочные работы по металлу – один из самых надежных способов соединения деталей и конструкций. Как технологический процесс сварка известна практически со времен, когда человек научился выплавлять металлы из руды и соединять части самородков драгоценных металлов. Если сделать краткий экскурс в историю, то виды сварки по хронологии будет размещены так:

•    соединение способом промежуточного литья;

•    кузнечно-горновая сварка;

•    контактная (стыковая) сварка – 1856 г., лорд Кельвин;

•    ручная электродуговая сварка – 1882 г., российский изобретатель Н.Бернардос;

•    электрическая дуговая сварка – 1890 г., российский ученый Н. Славянов;

•    сварка флюсом – 1929 г. советский ученый Д.Дульчевский;

•    остальные современные способы: порошковыми материалами, электрошлаковая, контактная, плазменная, сварка под водой – почти все были изобретены и внедрены в Институте электросварки им. Е.О.Патона.

Самые востребованные виды сварки

Компания Азмен специализируется на предоставлении услуг по обработке металла - все виды сварки на заказ. Наша компания располагает всем необходимым современным оборудованием и специалистами самой высокой квалификации в этой области. В зависимости от требований, которые выдвигаются параметрами сварочных швов и типа материалов для соединения, мы выбираем наиболее эффективный из существующих видов сварки.

Сварка электрической дугой

Это самый распространенный способ соединения металлов и применяется в двух видах: ручной режим и на сварочных автоматах. Принцип действия основан на свойствах электрической дуги с очень высокой температурой, которая возникает при прохождении электрического тока через электроды и свариваемую поверхность вследствие существующей разности потенциалов. Электрическая дуга сильно нагревает поверхность металла и соединяет его сварочным швом. При этом образуется окалина, которую и последствии обивают, а шов шлифуют.

Заказать сварку электрической дугой Вы можете в нашей компании по доступной цене.

Сферы применения: выполнение коротких и криволинейных швов различной сложности, в труднодоступных местах, например, при изготовлении металлоконструкций и каркасов для строительства и промышленности, соединение закладных деталей, сварка трубопроводов и пр.

Газовая сварка

Выполняется  с использованием обогащенной кислородной смеси в среде горючих газов (ацетилен – чаще всего, водород, метан, пропан). Этот способ больше подходит для сварки деталей из цветных металлов, тонкостенных деталей и легкоплавких марок стали, так как газовая сварка позволяет легко регулировать температуру горения, а значит, и нагрева свариваемых поверхностей.

Сферы применения: чаще всего этот тип сварки применяют в бытовых нуждах, для ремонта автомобилей, резервуаров и инженерных сетей из цветных металлов и стали толщиной до 3 мм.

Электрошлаковая сварка

По сути, это один из видов электродуговой сварки, но в процессе работы металлы соединяются в образующейся сварной ванне. Это дает более широкое поле для соединения и позволяется проваривать даже толстые заготовки и детали.

Сфера применения: целесообразно применять для заготовок толщиной больше 40 мм. Этот способ - самый эффективный для деталей свыше 100 мм толщиной. Кстати, рекордная толщина свариваемых электрошлаковой сваркой изделий – 2600 мм.

Сварка под флюсом

Усовершенствованной разновидностью электрошлакового способа является сварка под флюсом, то есть, когда расплавление конца электрода и свариваемых поверхностей происходит под слоем гранулированного флюса, который от нагревания дугой образует газовый пузырь, в котором образуется сварной шов. По мере остывания флюс образует сварную корку, которая легко отделяется от шва. Сварка под флюсом бывает автоматической и полуавтоматической. В сравнении с обычной электродуговой сваркой этот вариант имеет намного большую производительность – в 5-10 раз, а благодаря повышенным температурам в области сваривания резко увеличивается глубина проплавления металла. Еще одним огромным плюсом можно назвать высокую экономичность – потери материалов уменьшаются на 5-15% (за счет полного отсутствия разбрызгивания), а экономия электроэнергии – до 30-40%.

Сфера применения: в виду того, что этот способ возможно выполнять только в цеховых условиях, его применяют в массовых производствах для соединения деталей с прямолинейными и кольцевыми швами большой длины на деталях с достаточной толщиной. Пример – сваривание труб большого диаметра, изготовление балок для кранов, в кораблестроении.

Контактная сварка

Еще ее называют точечной сваркой, осуществляется путем нагревания током металла до размягчения и далее под действием усилия осуществляется соединение частей точками. Скорость этого процесса очень высокая – до 600 точек в минуту.

Сфера применения. Используется для сваривания очень тонких деталей (от 0,01 мкм), а также, для листов стали толщиной не больше 20 мм. Находит применение в изготовлении электроники, авиационной промышленности и судостроении, машиностроении.

Сварка неплавящимся электродом

Суть этого способа соединения в том, что процесс сваривания осуществляется в среде инертного газа, который защищает неплавящийся электрод и металл от кислорода в воздухе. Инертный газ подается через специальное сопло, а его вид выбирается в зависимости от материала электрода:

•    для вольфрамового электрода применяется аргон, гелий, или их смесь;

•    для медных электродов и со вставками гафния или циркония берут азот;

•    для графитовых электродов со вставками тугоплавких металлов также применяют аргон.

Сфера применения. Этим способом можно отлично соединять все виды стали, цветные металлы, а также,  разнородные сплавы металлов. Неплавящимся электродом лучше всех других способов сваривать тонколистовой металл – швы практически незаметны.

Плазменная сварка

Такой способ – это проведение работ в среде ионизированного газа, а специальная методика сжатия электрической дуги в плазмотроне позволяет достигать очень высоких температур – до 30 тысяч градусов (против 5-7 тысяч в парах аргона, например). Благодаря этому происходит более глубокое проплавление металла. А шов получается очень тонкий и аккуратный.

Сфера применения. Соединение деталей из самых различных сплавов, в том числе очень тугоплавких, в изготовлении толстостенных деталей, габаритный конструкций.

Мы предлагаем сварочные работы всех видов на заказ в Москве.

Сохранить

Поделитесь информацией

azmen.a-idea.ru


Смотрите также