Особенности применения сварки плавлением и давлением

Различия в способах образования монолитного соединения при сварке плавлением и давлением в определенной степени определяют подход к выбору их при изготовлении сварных конструкций.

Методы сварки плавлением получили широкое распространение благодаря их следующим преимуществам по сравнению с другими методами.

• 1. Возможностью сварки в монтажных и цеховых условиях.
• 2. Разнообразием применяемых типов соединений.
• 3. Широкими возможностями сварки конструкций различных габаритов.
• 4. Большим диапазоном свариваемых толщин металла — от нескольких микронов, например при сварке световым лучом, до 1 м и более — при электрошлаковой сварке.
• 5. Возможностью изменения химического состава наплавленного металла. При сварке плавящимся электродом можно изменить химический состав наплавленного металла, применяя сварочные проволоки различных марок и внося легирующие элементы в электродное покрытие или флюс. Это широко используется при сварке низколегированных и легированных сталей.
• 6. Возможностью сварки швов в любых пространственных положениях.

Сварка плавлением, однако, имеет ряд недостатков.

• 1. Кристаллизация металла шва протекает при растягивающих напряжениях, что является одной из причин образования трещин.
• 2. Необходима защита металла шва от воздействия атмосферы. Если не принимать каких-либо мер по его защите, то наплавленный металл будет иметь по сравнению с основным весьма низкие механические свойства и прежде всего пластичность (табл. 1.2).
• 2. Создание шлаковой и газовой защиты, применение вакуума уменьшают влияние атмосферы на металл или исключают его полностью.
• 3. Возможны образования (особенно при сварке разнородных металлов) в наплавленном металле хрупких интерметаллических включений, ликвация и примесей в шве. Характер ликвации примеси показан на рис. 1.5 (при наличии жидкой и твердой фаз — кривая 1, а после охлаждения шва и некоторого выравнивания концентраций — кривая 2). Степень ликвации, как и само количество примесей в металле, а также их расположение в шве влияют на прочность сварных конструкций. Примеси часто являются причиной возникновения трещин при сварке.
• 4. Образование напряжений и деформаций при сварке.
• 5. Изменение структуры основного металла под влиянием нагрева при сварке.

Методы сварки давлением (термомеханические и механические) имеют определенные преимущества по сравнению с методами сварки плавлением.

Рис. 1.5. Распределение примеси при наличии твердой и жидкой фазы (7) и при охлаждении закристаллизовавшегося металла (2); С₀ — начальная концентрация примеси в жидкой фазе Применение способов сварки давлением значительно расширило диапазон свариваемых материалов, в том числе разнородных металлов, а также неметаллических материалов, исключило в ряде случаев возникновение при сварке трещин, пористости, способствовало уменьшению деформаций сварных узлов. Важным является тот факт, что сварка давлением вызывает менее значительные изменения основного металла, чем сварка плавлением, хотя упругопластические деформации, необходимые при сварке без нагрева, приводят к некоторому физическому упрочнению металла шва и прилегающих к нему участков. В результате ухудшается пластичность металла (рис. 1.6), что следует учитывать при назначении конструктором механических методов сварки.

Рис. 1.6. Зависимость предела прочности а_в, предела текучести о, относительного удлинения § металла от степени деформации в Термомеханические и механические методы легче механизировать и автоматизировать, при большинстве из них достигается высокая производительность. Все это предопределило достаточно широкую область применения способов сварки давлением при производстве летательных аппаратов, приборов и деталей радиоэлектроники.

В то же время некоторые особенности указанных технологических процессов, связанные в основном с необходимостью использования при сварке давления, ограничивают их применение в ряде конструкций.