Сварка труб под давлением — сложно ли это на практике?

Сварка сосудов и труб, работающих под давлением

Во время изготовления сосудов приходится прибегать к выполнению прямолинейных, кольцевых, а также круговых стыковых швов. Руководствуясь толщиной стенок, выбирается прием выполнения каждого шва, поскольку все они имеют собственные особенности применяемой оснастки и т. п. В изготовлении сосудов сварка под давлением играет ключевую роль. В связи с этим необходимо быть проинформированным относительно данной тематики.

сварка труб под давлением

Изготовление шва тонкостенных сосудов

Шов тонкостенных сосудов зачастую выполняется в среде защитных газов. Сборка производится с помощью специальных зажимных приспособлений. Во время сборки и дальнейшей сварке прямолинейных швов, расположенных между листами, а также продольных швов обечаек, осуществляется равномерное прижатие кромок к подкладке при помощи зажимных приспособлений клавишного типа. Стоит отметить, что прижатие в таком случае достаточно плотное. Усилие прижатия колеблется в пределах 300-700 Н на сантиметр длины шва. Данное усилие создается посредством пневматического или гидравлического устройства.

На верхнем основании каркаса (жесткого) в закрепленном положении находится ложемент с подкладкой. Разжим кромок, которые необходимо сваривать между собой, осуществляется отдельно для каждого из листов при помощи набора клавиш, расположенных на балках. На клавиши пневмо штангами передается давление. Регулировка давления осуществляется редуктором.

Установка и дальнейшее прижатие листов имеет четкую последовательность:

Поворот эксцентрикового валика.
Далее из подкладки выдвигаются фиксаторы.
Заводится листовая заготовка в фиксаторы до упора.
Заготовка зажимается посредством подаваемого в шланг воздуха.
Фиксаторы убираются, после чего следует установка другой заготовки в кромку до упора.
Зажим подачей воздуха в шланг.

Сборка и сварка продольных стыков обечаек предусматривает выполнение основания приспособления в виде консоли. Таким образом, прижимные балки с клавишами закрепляются жестко одним концом, в то время как другим концом закрепление производится при помощи откидных болтов. Продольные швы служат побудителями нарушений прямолинейности образующих тонкостенных обечаек, после чего происходит уменьшение кривизны в поперечном сечении зоны шва. Для того чтобы исправить подобные сварочные деформации, используется прокатка роликами.

Во время выполнения кольцевых стыков сосудов, работающих под давлением, с тонкими стенками из материалов осуществляется концентрация напряжений. В связи с этим используется остающиеся подкладные кольца, облегчающие центровку кромок, а также их дальнейшую одностороннюю сварку. Отметим, что для целого ряда высокопрочных материалов подобный прием остается нежелательным. В данном случае рекомендуется собирать кольцевые стыки, после чего сваривать их на подкладках разжимных (съемных) колен. Нужно обратить внимание на то, что вследствие подогрева кромок перед сварочной дугой они будут расширяться, отходить в радиальном направлении от подкладного кольца. Это в свою очередь с большой вероятностью приведет к смещению кромок или же последующему образованию домика.

В тонкостенных сосудах, которые работают под давлением, всякое смещение кромок на стыке шва – опасный концентратор. Таким образом, при изготовлении нужно в обязательном порядке принимать меры их предотвращения или устранения. В целях прижатия кромок часто применяются наружные стяжные ленты, но их приходится размещать на определенном расстоянии от стыковой оси, к тому же перемещения лишь частично удастся предотвратить.

Более эффективным является прижатие кромок к роликовым подкладкам, которые перекатываются по поверхности стыка перед дугой сварки. Данный прижим не позволяет кромкам отрываться от поверхности подкладного кольца на месте сварного соединения. Прижимное приспособление для кромок обечаек закрепляется на консоли сварочной головки. При этом ролики для прижима опираются на обе кромки, которые свариваются между собой, во время чего происходит их прижатие к подкладному кольцу посредством пружины.

Стоит отметить, что для сварки стыка обечаек сосуда может также быть использована определенная схема, при которой стык выполняют изнутри обечайки. В данном случае участок кольцевого шва охватывается при помощи жесткого бандажа, который вращается во время сваривания вместе с изделием. Касательно сварки первого прохода, то она выполняется изнутри обечайки. Возникающие в области нагрева напряжения сжатия, стремятся увеличить длину стыковой свободной кромки, прижима ее к наружному бандажу.

Для большинства материалов деформации от кольцевого шва производят такое воздействие, благодаря которому можно наблюдать уменьшение диаметра обечайки. Подобное сокращение участка при помощи прокатки роликами отлично поддается исправлению. При сварке алюминиевых сплавов диаметр обечайки в области шва кольца может стать не только диаметром меньше, он даже получить не только равный размер, но и размер, больше первоначального.

Огромное внимание нужно уделить конструктивным особенностям, а также технологии изготовления замыкающего кольцевого шва тонкостенного сосуда. Если имеют место лозовые отверстия патрубков большого размера, в сосуд можно ввести разжимное кольцо разборного типа. При таких обстоятельствах одностороннее сваривание замыкающего шва выполняется на подкладке (съемной), руководствуясь обычной технологией. Однако подобная задача становится более сложной при малых размерах отверстий патрубков. Односторонняя сварка применяется в том случае, если подкладное кольцо – слишком резкий концентратор, использование которого крайне нежелательно.

Соединение элементов арматуры со стенкой сосуда выполняется зачастую стыковым типом, допуская соединение при помощи угловых швов. Стыковые круговые швы выполняются односторонней сваркой с канавкой на подкладке. Конструктивное оформление, а также вид сборочно-сварочной оснастки стыка определяются необходимостью качественного прижатия кромок к подкладке. Форма поверхности стены может быть сферической или цилиндрической. В зависимости от формы, толщины и материала свариваемых материалов, могут различаться конструктивно-технологические решения.

Сваривая фланец, в сосуд сферической формы из сплава алюминия АМг6 целесообразным будет использование соединения с буртиком. Технологическое предназначение буртика заключается в передаче усилия прижатия фланца на оболочку, а также обеспечении соосности, повышении кромочной жесткости фланца. Буртик позволяет упростить приспособление для прижима. Вдобавок ко всему, буртик помогает свести на нет смещение кромки во время сваривания элементов, уменьшить искажения формы оболочки. Если размер сосуда небольшой, сварку кругового шва выгоднее будет осуществлять неподвижной сварочной головкой при вращении приспособления со свариваемым зафиксированным стыком. Вваривая арматуру в узел существенных размеров, круговой шов удобнее выполнять головкой сварки, которая перемещается по элементу оболочки (его поверхности), закрепленного в неподвижном положении.

Крупносерийное производство тонкостенных сосудов, работающих под высоким давлением, применяют для сборочно-сварочных операций специализированные полуавтоматические установки. Для сборки и сваривания продольного стыка обечайки в них нужно выполнят определеннее операции: ориентирование стыка, приемку обечайки, прижатие стыка к подкладке в симметрическом положении по отношению к формирующей проплав канавке, выполнение шва, а также освобождение обечайки. Пожалуй, самой сложной процедурой для автоматизации сегодня является ориентирование. В том случае, когда ориентирование выполняется рабочим, установка в значительной мере упрощается, что служит причиной от применения автоматизированных устройств.

Сосуды со стенками средней толщины

Сосуды с толщиной стенок средней толщины (до 0,4 см), работающие под давлением, выполнены из низколегированных и низкоуглеродистых сталей. Изготовление таких сосудов заключается по большей части в автоматической сварке под флюсом. Работающие в агрессивных средах сосуды изготавливают из хромистых и хромоникелевых сталей, сплавов, цветных металлов посредством автоматической сварки под флюсом и аргонопродувной сварки. Для экономии дефицитных и дорогостоящих материалов довольно часто применяются двухслойные листы.

Сосуды цилиндрической формы зачастую собирают из нескольких обечаек, а также эллиптических и полусферических днищ в количестве двух единиц. Обечайки вальцуются из сварной карты или одиночного листа во время расположения швов вдоль образующей. Касательно днищ стоит сказать, что они могут быть сваренными из штампованных лепестков, либо из штампуются из листа целиком. Также могут изготавливаться из сварной заготовки для сосуда.

Сборка и сварка цилиндра сосуда выполняется на роликовом стенде. Стык (продольный) обечайки собирается на прихватках посредством простейших стяжных приспособлений. Стоит уделить внимание тому, что сборка кольцевого стыка между обечайками – более трудоемкая операция в изготовлении сосуда, работающего под воздействием давления. Для того чтобы ее механизировать, роликовый стенд следует оборудовать скобой, которая установлена на тележке. Тележка передвигается по рельсовому пути вдоль стенда.

Скоба настраивается в вертикальной плоскости при помощи тяги. Последовательность операций во время сборки в данном случае следующая:

Применяя кран, на роликовый стенд подаются две обечайки.
Далее скобу продвигают таким образом, чтобы опора гидроцилиндра очутилась в области стыка, который собирается.
После этого закрепляется включением гидроцилиндра на первой обечайке.
Когда гидроцилиндр установил требуемый зазор в месте стыка, дугой гидроцилиндр выравнивает кромки, после чего ставит прихватку.

Поворот обечаек (собираемых) на некоторый угол для того, чтобы установить другие прихватки, требователен не только к отводу прижимов гидроцилиндров, но также к их опорам. Последнее осуществляется посредством незначительного поворота скобы вокруг оси. Происходит это под воздействием штока поршня гидроцилиндра.

Сосуды с толстыми стенками (многослойные)

По мере роста размеров сосуда, а также внутреннего давления толщина стенок может достигать 4 сантиметров. Вместе с технологическими трудностями изготовления подобных монолитных толстостенных обечаек значительно растет опасность хрупкого разрушения. В связи с этим такие сосуды, как правило, изготавливают многослойными.

На сегодня можно выделить несколько основных методик получения обечаек сосудов с многослойными стенками. Первый метод в изготовлении толстостенных сосудов означает предварительное собирание, дальнейшее сваривание обечайки продольными швами разного диаметра.

По окончании зачистки усиления швов сосуда, а также калибровки, обечайки надевают одну на другую до того момента, пока не выйдет требуемая суммарная толщина. Для того чтобы осуществить натяг между слоями, насаживаемую обечайку, прежде чем насадить, нагревают до 600°С. Эта мера позволяет обеспечить соприкосновение до 95% смежной поверхности сосуда.

Второй способ заключается в том, что на внутреннюю обечайку последовательно накладываются полу-обечайки сосуда. После этого следует обтяжка при помощи гидравлических устройств, сварка двумя продольными швами. По окончании зачистки швов накладываются последовательно следующие полу-обечайки до требуемой толщины.

Технология ручной сварки стыков труб, работающих под давлением

На первый взгляд технологическая часть сваривания труб водо-газопровода, кажется достаточно сложной. Однако не всегда сложная на первый взгляд процедура является действительно таковой. Для начала следует знать, что в сварке существуют технологические способы сварки труб, которые классифицируют на три вида.

Виды сварки:

Термический;
Термомеханический;
Механический.

Первый в списке вариант сварки труб – термический – представляет собой несколько видов сварки, во время применения которых используется методика плавления (дуговая лазерная, газовая, электронно-лучевая). Второй вариант в перечне – термо-технический – включает в себя использование магнитоуправляемой дуги. Механический вид сваривания труб технологически основан на трении и взрыве.

Технология

Ручная дуговая сварка стыковых мест трубы под углом 30-35° c V-образной разделкой кромок осуществляется в несколько слоев. Числовой показатель количества слоев швов при угле разделки 20-25° вполне может быть уменьшен на один, но менее двух допустить никак нельзя. С учетом этого фактора каждый слой должен иметь шов, который необходимо обязательно очистить от шлака перед наложением последующего слоя.

Первый слой имеет вогнутую поверхность, тем самым обеспечивая качественное сваривание в месте корня стыка. Следующие слои сплавляются со слоями, идущими перед ними, а также с кромками стыка. Последний слой (облицовочный) должен располагать плавным переходом к основному металлу. Также последнему слою должна быть присуща мелкочешуйчатая поверхность.

Касательно первого слоя (корневого) скажем, что он накладывается при помощи электродов, диаметр которых составляет 2-3 миллиметра. Все последующие слои накладываются посредством электродов толщиной от 4 до 5 миллиметров.

Сила тока для сварки углеродистых сталей необходимо определить по формуле. При сваривании неповоротных стыков труб сила тока уменьшается на 15%.

Преимущества сварочного соединения

Безусловно, сварка на сегодняшний день является наиболее надежным видом соединения металлических деталей. Однако этот показатель – не единственный в своем роде, поскольку сварке присущи также другие положительные стороны, которые стоит рассмотреть ниже.

Во время сваривания металлических деталей экономится материал, поскольку направленный металл составляет в большинстве случаев 1% (не более 2%). Также нужно отметить, что свариваемые стыки труб не требовательны к дополнительным элементам, утяжеляющим конструкцию.

Сложное оборудование не требуется, к тому же нет потребности в специальной подготовке рабочей поверхности. Экономный расход материала совместно с незначительной трудоемкостью процесса дает возможность сварке иметь невысокую себестоимость, если сравнивать с другими методиками соединения труб.

Высокое качестве соединения швов газовых труб, работающих под высоким давлением, которые выполнены таким способом, гарантирует отличную и высочайшую герметичность трубопровода, а этот показатель невероятно важен в случае с трубами высокого давления.

Автоматизированная, механизированная или ручная сварка труб может с легкостью сваривать трубы. Естественно, для ручной сварки труб требуются определенные инструменты, и тогда процедура сварки покажется намного легче.

Сварка труб отопления

Для внутреннего и внешнего устройства водопровода сегодня применяются несколько разновидностей труб. Прокладку водопроводных стальных труб (оцинкованных и не оцинкованных) осуществляют не без участия сварки.

Сварка оцинкованных и неоцинкованных труб

Сварка системы водопровода из оцинкованных труб выполняют при помощи садозащитной проволоки диаметром от 0,8 до 1,2 миллиметров. Также доступно соединение оцинкованных труб водопровода посредством электродов диаметром до 3 мм, специально покрытых рутиловым или фтористо-калиевым веществом.

Не оцинкованные водопроводные трубы диаметром до 25 мм свариваются внахлест. Сваривание труб данного диаметра встык выполняется только на производстве, где доступно специальное оборудование. Сварочный шов в обязательном порядке должен соответствовать определенным требованиям, согласно которым внешняя поверхность обязательно ровная, безо всяких наплывов, визуальных повреждений (трещин, порезов). Отверстия для патрубков выполняются сверлением, фрезеровкой, вырубкой при помощи пресса.

Сварка труб отопительной действующей системы может вызвать и, как правило, вызывает ряд трудностей, так как часто трубопровод пролегает вплотную к стене, в узком и неудобном канале. Водопроводные трубы укладываются стационарно, и поэтому провернуть трубу в нужное положение не представляется возможным.

Этапы сварочных работ:

Для выполнения сварочных работ на таких трубах нужно сначала позаботиться о том, чтобы вырезать отверстие в трубе, которое в дальнейшем понадобится для применения сварки изнутри. После этого следует сваривание остальной поверхности трубы. Иногда для сварки водопровода невозможно обойтись без зеркала.
Сваривание следует начинать с центра, прорабатывая сначала нижнюю поверхность. Во время работы нужно следить за перпендикулярностью расположения сварочного электрода по отношению к рабочей поверхности. Перпендикулярность необходима для качественного выполнения шва на трубе.
Для сваривания вертикального шва нужно поменять расположение электрода. При таких обстоятельствах он должен находиться под углом вверх. Допускается нанесение вертикального шва путем точечной сварки.
Стоит отметить, что сварка отопительных труб горизонтального участка, работающих под давлением, не требует какой-либо невероятной сноровки. Так, главным и обязательным условием тут является качественное выполнение шва, отсутствие повреждения металла.
Далее следует очистить готовый шов трубы от загрязнений (шлака), после чего перейти к другому этапу – выполнению сварочного шва с центра на другой стороне трубы (внизу). Работа по нанесению шва проводится аналогично предыдущему этапу. Будет лучше, если начать выполнение работ с корня шва, а затем начинать накладывать на него новый. Однако зачастую сварщики проваривают всего один шов.

Также нужно знать о способах сваривания деталей, без которых обуздать процесс на практике будет практически невозможно.

Сварка плавлением и давлением

Все современные способы сварки можно разделить по технологическим особенностям на две основные группы.

Технологические группы сварки:

Способы сварки плавлением;
Способы сварки давлением.

Плавление в сварке

В первой группе находятся все способы сварки, во время использования которых формирование непрерывной кристаллической структуры достигается за счет кристаллизации металла, расплавленного в зоне шва без участия в процессе каких-либо ударных, статических, вибрационных давлений. Сварщик может добиться плавления металла при помощи любого сварочного источника тепла.

Сварка давлением

В этой группе находятся все способы сварки, во время применения которых металл может быть холодным (в зоне шва), иметь температуру ниже либо выше точки плавления. Пожалуй, самым главным является то, что на сварное соединение во время сварочного процесса производится статическое, ударное или высокочастотное вибрационное давление.

Сегодня можно выделить несколько способов и видов сваривания под давлением:

Сварка методом Игнатьева;
Контактно-шлаковая сварка;
Стыко-дуговая сварка;
Газопрессовая сварка;
Сварка при помощи трения;
Сварка термитная;
Холодная сварка;
Сварка при помощи ультразвука;
Диффузионная сварка в вакууме;
Сварка методом взрывом.

Далее детальнее рассмотрим способы сварки металлических деталей давлением.

Сварка методом Игнатьева

Известно, что данный способ предполагает использование бесконтактного нагрева деталей. Во время его применения электрический ток подводится посредством роликов от трансформаторов к свариваемым металлическим деталям, оказывая на рабочий участок давление. Далее от каждого трансформатора ток проходит по детали, прилегающей к нему, может регулироваться в каждом трансформаторе отдельно (в соответствии с размерами нагреваемых металлических деталей).

Итак, метод Игнатьева имеет одно существенное отличие: направление электрического тока перпендикулярно направлению действия давления. Таким образом, во время нормальной контактной сварки направление тока всегда совпадает с направлением действия давления. Сварка с применением методики Игнатьева сегодня имеет ограниченное применение.

Контактно-шлаковая сварка

Этот вариант соединения металлических деталей при участии сварки под давлением был разработан в Институте электрической сварки им. Е. О. Патона. Стоит отметить, что методика так же, как и предыдущая, на сегодняшний день не распространена.

Суть сварки данным методом заключается том, что контакт свариваемых деталей достигается не без участия расплавленного флюса. Это дает возможность значительно снизить электрическую работающую мощность.

Стыко-дуговая сварка при помощи контактной дуги

Новое использование электрической дуги для нагрева металла – метод сваривания металлических элементов вращающейся дугой, наиболее распространенной во время стыковой сварки труб. Таким образом, на концах труб размещаются катушки, которые, в свою очередь, создают магнитный поток в зазоре между трубами. Силовые линии магнитного потока направлены постоянно радиально. Генератор постоянного тока позволяет зажечься электрической дуге. Дуга в данном случае является идеально подвижным проводником.

Касательно скорости перемещения электрической дуги стоит сказать, что она невероятно велика, причем настолько, что появляется иллюзия присутствия кругового сплошного огня. Дуга постепенно нагревает торцы труб, и по достижении одинакового распределения температуры металла трубы свариваются между собой давлением, которое направлено по оси.

Можно выделить и другие варианты подвода сварочного тока, а также возбуждения магнитного потока. Практическое значение данной методики заключается в создании газозащитной атмосферы в зазоре между трубами. В свою очередь газозащитная атмосфера позволит достигнуть соединения высочайшего класса.

Сварка под давлением с нагревом высокого качества также может применяться при вариантах токопровода. Во время применения высокочастотного нагрева тонкостенных труб, ток двигается по направлению к индуктору, представляющему собой петлю, состоящую из обратного и прямого проводов. Провода выполнены из трубок (внутри охлаждаемых водой). На них надевают слоистые металлические сердечники с целью концентрации магнитного потока.

Магнитные индукторы отыгрывают немаловажную роль в сварке – роль трансформатора, первичным витком у которого является провод, в то время как магнитная система – сердечник (замыкается магнитными кромками). В качестве вторичного витка служат свариваемые кромки, нагревающиеся за счет магнитного гистерезиса, вихревых токов Фуко на протяжении нагрева.

Газопрессовая сварка

Среда применения газопрессовой сварки – стыковая сварка работающих труб. Данный способ также относится к сварке давлением. Суть сварочного процесса газопрессовым методом заключается в нагреве торцов работающих труб при помощи газовой горелки, имеющей особую конструкцию с кольцевым расположением сопел. Желающий более тщательно вникнуть в подробности сварки этой методикой может воспользоваться специальной литературой.

Термитная сварка

Еще один способ сваривания металлических деталей под давлением. Используется в большинстве случаев для сваривания стыковых мест трамвайных рельсов, а также стальных проводов.

Нагрев стыков – сущность метода. Стыки, заформованные в опоке при помощи расплавленного железа и шлака, выходят в тигле в результате всем известной термитной реакции восстановления железа алюминием из его окислов.

«Холодная» сварка или сварка прессом

Относительно новый способ соединения деталей посредством воздействующего на них давления. Прессовая сварка давлением осуществляется благодаря сближению молекул металла в твердом состоянии во время глубокой пластической деформации в месте сварки. Деформация оказывает разрушительное воздействие на хрупкие пленки окислов, которые создают препятствия для сварки. Стоит отметить, что пластическая деформация не в силах удалить жировые загрязнения, поверхность свариваемых деталей от которых должна в обязательном порядке очищаться перед работой. Данным способом свариваются детали из пластичных металлов, включая алюминий, свинец, медь, никель, нержавеющую сталь, латунь и многие другие.

В наше время применяются особо популярные способы стыковой, точечной и роликовой холодной сварки. Наиболее применяемая прессовая сварка широко распространена в соединении шин и проводов в электротехнике. Именно с помощью стыковой прессовой сварки соединяют алюминиевые шины, сечение которых может достигать значительных площадей – до 300 мм².

Касательно роликовой сварки скажем, что она приобрела популярность в изготовлении алюминиевой посуды, толщиной до 2 миллиметров.

Более детально

Если говорить коротко о холодной сварке, то при глубоких пластических деформациях металлических деталей границы между зернами разрушаются, зерна поддаются дроблению ан мелкие блоки, схватывающиеся друг с другом. Во время скольжения осколков блоков друг относительно друга, на поверхности происходит вспыхивание высоких температур. Под влиянием температур отдельные атомы металлических решеток, а также группы элементарных кристаллов схватываются между собой. Этот процесс приводит в дальнейшем к деформации в самостоятельные блоки.

Внутри металлической свариваемой поверхности практически постоянно движутся группы кристаллов, а также кристаллические блоки в целом виде, которым присуща различная энергия. Силы металлической связи также направлены по-разному. Многочисленные атомные слои выходят незаполненными. Рядом образуются сверхнормальные сгущения при расположении атомов.

В энергообъемах металл энергетически неуравновешен, в связи с чем разряжается различными способами избыточная энергия. К примеру, разряжение может происходить путем формирования новых зерен из соседствующих осколков. При таких обстоятельствах один осколок имеет незаполненные атомные «вакансии», а другой приобретает быстрое энергетическое превосходство, а также избыточный уровень содержания неуравновешенные элементарных кристаллов или атомов.

Все процессы по натуре являются электрическими, поскольку каждому изменению формы любого объема металла соответствуют упругие деформации электронных оболочек свободных электронов. Стоит отметить, что изредка перестройка оболочек может сопровождаться микроискровыми разрядами, круговыми микротомами, опадая под влияние которых с различной частотой следует рекристаллизация.

Нужно отметить, что рекристаллизациям присуща способность атомов перемещаться только в области расположения соседних зерен. Все внутренние процессы при соединении металлов происходят в течение короткого времени сдавливания пуансонов. Конечным результатом процесса является эффективное и достаточно прочное сваривание металлических деталей конструкции, включая трубы водопровода и газовые трубы.

Сегодня в достаточном объеме освоено сваривание алюминия, меди, а также алюминия меди. Нужно сделать акцент на том, что свариваются также с большим успехом некоторые пластичные сплавы на основе алюминия, медные элементы с определенными упрочняющими примесями (примером может служить кадмиевая медь).

Электропроводность совместно с механической прочностью сварных соединений меди (труб, работающих под давлением), алюминия, а также алюминия с медь. Показывают отличный результат и качественное сваривание металлических элементов. Справедливо полагать, что для подобного рода соединений контактная сварка потеряла сое значение, уступив при этом холодной сварке.

Сварка трением

Данный способ осуществляется при помощи тепла, выделяющегося во время трения торцов свариваемых стержней, после чего следует сжатие их осадочным давлением. Стоит сказать, что во время сваривания металлических материалов подобной методикой торцы могут разогреваться до 1200 ℃.

сварка трубы трением

Для того чтобы вращать и сжимать детали применяются специализированные станки, напоминающие по своей конструкции и механической схеме токарные. Применяется метод с достаточной успешностью в сваривании режущего инструмента, стержней круглого сечения из чугуна, стали, меди, латуни, алюминия, диаметр которых колеблется в пределах 1-7 сантиметров. Также трением свариваются работающие трубы наружного диаметра (до 16 сантиметров в диаметре, до 1,5 сантиметра в толщину).

Более детально

Сварка с применением трения основывается на том, что одна из свариваемых металлических деталей трется о другую посредством определенного осевого давления. Процедура тепловыделения происходит за счет трения деталей. Моментальные температуры при постоянных схватывания и разрывах граничных кристаллитов превосходят точку плавления. Средний температурный показатель в месте контакта близится к температуре плавления.

Трение продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто в результате теплопроводности распределение температур по торцам труб, работающих под давлением, которого будет вполне хватать для пластической деформации. Качественный показатель соединения при сварке обеспечивается данным способом достаточно высокий. Благодаря этому будет иметь рациональное место сварка тела вращения диаметральным сечением от 8 до 35 миллиметров (к примеру, валы для КПП автомобиля, клапаны для двигателей, а также инструменты и др.).

Современная сварочная технология методом трения вытеснила из тракторной, инструментальной и автомобильной промышленностей контактную сварку. Подобное доверие производства говорит о высоком качестве и других положительных сторонах данной методики сваривания металлических материалов, включая трубы.

Сварка при помощи ультразвука

Сварка ультразвуком является современным способом сваривания металлических деталей, труб и сосудов, относящимся к группе сварки давлением. Процедура осуществляется за счет совместного действия ультразвуковых механических высокочастотных колебаний на свариваемые металлические поверхности. Частота во время ультразвуковой сварки может достигать порой 20 кГц. Также происходит небольшое сжимающее усилие на ввариваемые материалы.

Ультразвуковое колебание достигается с использованием специальных высокочастотных генераторов. Мощность генераторов колеблется в пределах 3-10 кВт. Также в качестве «обывателя» ультразвуковых колебаний применяются магнитострикционные преобразователи (магнитострикцией называется изменение размеров тела посредством намагничивания). Давления и колебания передаются к свариваемым металлическим деталям через специализированное устройство.

В свою очередь колебания вызывают местные деформации материалов, вытеснение из зоны сварочного процесса окисных пленок, а также прочих загрязнений. Нагревание, а также образование точек схватывания происходит в процессе возникновения сил связи между поверхностями чистых свариваемых материалов.

Нужно отметить тот факт, что сваривание металлических деталей может производиться при боле низких температурах, чем, к примеру, при контактном электрическом нагреве торцов труб. Отличительной особенностью ультразвукового сваривания является возможность соединения поверхностей, которые покрыты окисными пленками существенной толщины.

Данный метод сварки применятся в областях приборостроения, радиоэлектроники (толщиной до полутора миллиметров). Например, способ может отлично показать себя в действии при соединении хромеля и алюминия, где температурный показатель составляет 350 ℃.

Более детально

Ультразвуковая сварка является наиболее оригинальным, к тому же одним из новейших методов соединения металлических элементов незначительного веса. При ультразвуковой сварке до сегодняшнего дня остаются не изученными все физические процессы, происходящие в контакте. Физические явления, происходящие в веществе под воздействием ультразвука, довольно многообразны, чрезвычайно результативны. Доказательством этого служит конечный результат.

Сегодня ультразвуковые колебания успешно используются в металлургической отрасли, а также в медицине, производстве текстиля. Не исключение и сварка. Невероятно сложно упомянуть все производственные отрасли, в которых применятся ультразвуковое воздействие.

Ультразвуковые колебания отличны от нормальных звуковых только превышающим уровнем частотности и энергии. Для сравнения нужно сказать, что нормальные звуковые колебания вызывают в каком-либо веществе только упругие колебания, причем без различных остаточных явлений и последствий. Энергия, к которой мы привыкли от слышимых звуков, достаточно мала, так как не сконцентрирована на определенном направлении. Очень редко энергии звука имеет направленное действие.

В качестве примера скажем, что при одновременно и собранном крике всех жителей города вскипятить стакан воды все равно не удастся. Относительно ультразвуков, то они обладают невероятной интенсивностью, которая может достигать предела сотен Вт на квадратный сантиметр. Таким образом, становится понятно, что при такой мощности доступно не только сваривание металлических деталей, но также их разрушение.

Ультразвуковые волны возникают с помощью специализированных вибраторов. Сердечник (преобразователь) выполнен из никелевого сплава. На сердечник навита обмотка, которая запутывается электрическим током от высокочастотного генератора. Для достаточно большого количества сплавов и материалов характерен так называемый магнитострикционный эффект, который еще в далеком 1847 году был открыт Р. Джоулем.

Эффект состоит в том, что кристаллы меняют размер во время воздействия магнитного потока. Магнитострикционный эффект может проявляться по-разному, в зависимости от магнитного и физического строения свариваемых металлов. Так как катушка запитана высокочастотным переменным током, преобразователь с идентичной частотой меняет размеры, тем самым заставляя колебаться концентратор. Концентратору присуща такая форма, чтобы на остром его конце была обеспечена высокая концентрация энергии ультразвука, а также увеличивалась амплитуда колебаний.

Ультразвуковая энергия передается на свариваемый участок металлических деталей при помощи силы Р, которая придавливает детали к концентратору. Огромного внимания заслуживает то, что, находясь под влиянием ультразвуковой силы, в контакте сваривания происходят сложные и различные физические процессы. Все кристаллы внутри металла имеют различные магнитные и электрические ориентации. Именно поэтому в металле, а также свариваемом контакте под влиянием механических поворотов зерен выделяется тепловая энергия.

Всякое механическое воздействие на металлическую деталь в масштабе микрообъемов между соседними кристаллами вызывает электрические процессы. Данные процессы выглядят, как круговые микроточки, либо искровые разряды. В особенности подобное наблюдается, когда имеют место разрушения связи между зернами металла и неметаллическими включениями.

В конце концов, все процессы заканчиваются определенным тепловым выделением, увеличивающим энергию кристаллитов, а также их блочных осколков. Это, в свою очередь, способствует быстрому схватыванию, дальнейшему свариванию деталей под воздействующим на них давлением Р.

Особенность ультразвуковой сварки – относительно небольшая зона термического влияния. Благодаря этому данный метод сваривания металла, включая работающие трубы и сосуды, отличается рациональностью при соединении деталей тех конструкций приборов, устройств радиотехники, которые не могут допустить потер исходных свойств металла. Стоит отметить, что контактная сварка в отличие от ультразвуковой такого полезного свойства не имеет.

Холодная (прессовая), ультразвуковая сварки, а также сварка трением

В свариваемые пластины внедряются пуансоны, тем самым обеспечивая пластические деформации металла в области контакта. Во время этого происходит перечень достаточно сложных металлофизических процессов. Стоит отметить, что результатом процессов является непрерывная кристаллическая структура, формирующаяся вокруг контакта. Таким образом, происходит сваривание деталей конструкции.

Все данные способы являются новыми. Холодная сварка имеет все шансы осуществляться внахлест или встык. Металлические детали, которые нужно сваривать, предварительно зачищаться. Далее поверхности зажимаются между стальными цилиндрами, служащими в качестве направляющих для стальных пуансонов.

Диффузионная сварка в вакууме

Разработал способ диффузионной сварки в вакууме именитый профессор Н. Ф. Казаков. Диффузионный способ сваривания металлических деталей, к примеру, стыков работающих труб малого сечения, можно с уверенностью отнести к самым новым методикам соединения металла под давлением.

Суть сваривания заключается в том, что элементы конструкции под воздействующим на них давлением нагреваются высокочастотными токами в вакууме (вакуумированном пространстве). Это дает возможность выхода адсорбированных и растворенных газов из металлических деталей, допускает возгонку поверхностных окислов, а также способствует поверхностной, более активной, диффузии в плоскости контакта. Сваривание металлических элементов производится между однородными материалами, сплавами. Также диффундирующей вакуумной сварке доступно соединение металлических частей с неметаллическими, к примеру, керамикой.

Конструктивные особенности свариваемых деталей и контакта в отличие от контактной сварки в данном случае не отыгрывает главную роль при определении технологического режима сварки.

Сваривание при помощи взрыва

Данный метод сваривания деталей до сих пор не освоен должным образом, несмотря на то, что достаточно перспективен. Процесс заключается в сваривании металлических элементов в «холодном» состоянии, при помощи воздействующего ударного сообщаемого взрывного давления.

Стоит отметить, что на первый взгляд способ соединительной процедуры кажется лишенным развития, так как технологически он связан с взрывной техникой, что само по себе небезопасно. Вопреки всему современные разработки науки в этой области доказывают и показывают, что ударное давление не должно быть обязательно связанны с взрывоопасными веществами.

Область применения «взрывного» способа сваривания сегодня ограничена определенными изделиями, поверхность которых покрыта тонкими металлическими антикоррозийными сплавами. Размеры поверхности, а также ее форма не играют такой такую роль, которая требуется во время контактного способа сваривания металлических деталей, включая детали труб.

Если Вы собрались освоить сварку труб или сосудов своими силами, будьте готовы к трудностям, наберитесь терпения. Сварка труб, сосудов и прочих металлических конструкций таит в себе множество полезных, но в то же время ответственных моментов.