На чем основана так называемая холодная сварка металлов


Холодная сварка металлов – никакого волшебства!

Холодной сваркой называется соединение металлов в твердой фазе, достигаемое совместным пластическим деформированием соединяемых элементов без применения нагрева. Процесс осуществляется на воздухе при комнатной температуре, которая для большинства материалов ниже температуры рекристаллизации (чаще всего – путем приложения давления). Поэтому в ГОСТ 2601 данный способ имеет следующее определение:

Холодная сварка
сварка давлением при значительной пластической деформации без внешнего нагрева соединяемых частей

ВНИМАНИЕ! Если вы искали клей "холодная сварка" см. статью "Холодная сварка" – клей, но не сварка

Холодная сварка металлов – экскурс в историю

Холодная сварка металлов известна с древних времен. Как показывают археологические исследования и исторические хроники – "Колосс Родосский" был снаружи покрыт тонкими медными листами, которые были соединены между собой с использованием холодной сварки. То есть данная технология была применена и при создании шедевров античного периода.

В Национальном музее в Дублине (Ирландия) хранятся золотые коробочки, которые по заключению экспертов, изготовлены в эпоху поздней бронзы с применением данного способа.

В 1724 году священником Дезагюлье (J. L. Desaguliers) был представлен способ соединения свинца с помощью холодной сварки. Опыт заключался в том, что два свинцовых шарика диаметром около 25 мм сдавливали вместе и вращали, в результате они соединялись. Последующие попытки разорвать данное соединение и измерить величину разрыва с помощь весов показали, что прочность соединения некоторых образцов оказалось ничем не хуже основного металла. Результаты данных опытов были опубликованы в научных журналах.

На данный способ получения соединения впервые всерьез посмотрели в 1940-х годах, именно в это время ученые обнаружили странный эффект взаимодействия нескольких кусков одного и того же металла в абсолютном вакууме – при наличии чистых плоских граней они притягиваются.

Начиная со второй половины 1940-х годов она начала применяться в промышленно развитых странах: в 1947 - 1948 гг. появилась в США, а в 1949 г. началось использование и в СССР.

В настоящее время она успешно применяется для соединения изделий из пластичных металлов, таких как медь, алюминий, свинец, олово, никель и др.

Что такое холодная сварка?

Холодная сварка – процесс, при котором происходит соединение двух твердых тел без нагрева свариваемых деталей на стыке соединения. Отличительной особенностью холодной сварки металлов является отсутствие фазы расплавления.

На первый взгляд, холодная сварка может показаться волшебством. Многие люди не могут понять, как может производится процесс соединения без нагрева, электрического тока или специальных растворов. Если посмотреть видео – у многих возникает мысль: "Это что-то магическое". На самом деле никакой магии нет.

Метод холодной сварки основан на использовании пластической деформации, с помощью которой разрушают на свариваемых поверхностях хрупкую пленку окислов. В настоящее время известно, что сила сцепления от контакта может быть значительно увеличена благодаря сильному сжатию деталей между собой, увеличению времени контакта, повышению температуры деталей, а также от комбинирования вышеперечисленных факторов.

Основная трудность подготовки поверхности деталей заключается в тщательном удалении с нее органических и окисных пленок. Органические пленки – это тонкие пленки масел, жирных кислот и парафинов, покрывающие свариваемые поверхности. Препятствуют сцеплению также пленки адсорбированных на поверхности газов.

При контакте с кислородом или другими реактивными веществами происходит образование поверхностных слоев, которые в значительной мере или полностью исключают вероятность возникновения эффекта холодной сварки. Ведь именно образующаяся из-за содержания кислорода в воздухе на поверхности металла оксидная пленка не дает соединиться свариваемым деталям в нормальных условиях. Кстати, даже при помещении в вакуум оксидная пленка не исчезает, то есть поверхность металла требует дополнительной очистки.

Интересные факты:

  1. Золотые самородки в природе образуются благодаря методу холодной сварки, а происходит это потому, что у золота попросту нет оксидной пленки, как всем известно – золото не окисляется.
  2. При возникновении механических проблем на первых моделях искусственных спутников Земли все списывалось именно на эффект холодной сварки. Однако позже было доказано, что причиной возникновения проблем стали простые недоработки в конструкции, а возникновение данного эффекта на орбите до сих пор не подтверждено (конечно же, кроме случаев, когда в определенных экспериментах он вызывался человеком преднамеренно).

При холодной сварке металлы соединяются благодаря совместному пластическому деформированию по поверхности их взаимного контакта. Образование цельнометаллического соединения происходит за счет возникновения металлических связей между соединяемыми металлами. Эти связи возникают между атомами при сближении поверхностей соединяемых материалов в результате образования общего электронного облака, взаимодействующего с ионизированными атомами обеих металлических поверхностей. Сварное соединение образуется только путем деформации, без нагрева извне. Это обстоятельство позволяет сваривать термически разупрочняемые материалы без нарушения их физических свойств. Отсутствие нагрева исключает опасность образования хрупких интерметаллических прослоек в зоне контакта разнородных металлов (например, алюминия и меди). Холодную сварку можно выполнять во взрывоопасной среде, возможна герметизация объектов, нагрев которых недопустим (это широко используют в промышленности).

В реальных условиях нет идеально чистых и гладких металлических поверхностей. На них имеются неровности, выступы, окисные, адсорбированные пленки, органические пленки, которые препятствуют сближению поверхностей на расстояния действия межатомных сил. Поэтому получение сварного соединения возможно только при значительных пластических деформациях, приводящих к сминанию выступов, разрушению и раздроблению поверхностных слоев и их удалению из зоны сварного соединения вследствие пластического течения. В результате в контакт вступают по всей свариваемой поверхности чистые слои металла, между которыми образуется металлическая связь.

Исследования показали, что даже у самых гладких поверхностей металлических деталей есть шероховатости, и именно эти высокие точки прикасаются к противоположной детали. В процессе образования сварного шва фактически участвуют лишь несколько тысячных долей процента площади поверхности детали, но этих микроскопических участков вполне достаточно для создания мощных молекулярных соединений. Так что при соблюдении необходимых показателей гладкости свариваемых поверхностей деталей между точками соприкосновения создается мощнейшая связывающая сила.

Снижение прочности сварного соединения за счет уменьшения толщины металла в месте соединения до известной степени компенсируется повышением прочности деформированного металла, получающего наклеп. Например, предел прочности технически чистого алюминия в зоне максимальной деформации возрастает примерно в два раза.

Виды материалов пригодных к свариванию

Применение холодной сварки ограничивается физическими свойствами материалов и пригодна для различных металлов и их сплавов, достаточно пластичных при комнатной температуре:

  • алюминий
  • медь
  • кадмий
  • никель
  • свинец
  • олово
  • цинк
  • титан
  • серебро
  • индий
  • золото
  • платина и др.

Пластичность соединяемых материалов может быть повышена подогревом до соответствующей температуры. Так, например, высокопрочные алюминиевые сплавы при температуре 300-350°С свариваются за счет соответственно направленной пластической деформации подобно чистому алюминию при комнатной температуре.

Если на металл нанести твердые пленки электролитическим способом, например на медь пленку твердого никеля, или принять меры к предотвращению загрязнения, выполняя холодную сварку сразу же после окончания обработки механической щеткой, то в этих случаях связь происходит при значительно меньших деформациях.

Свариваемость при данном способе может быть оценена максимальной остающейся толщиной металла в месте соединения, выраженной в процентах по отношению к первоначальной толщине детали до сварки.

Параметры режимов холодной сварки

Основной параметр, определяющий процесс – величина деформации в месте соединения, которая зависит от свойств металла, его толщины, типа соединения и способов подготовки поверхностей.

Основными параметрами режима холодной сварки являются:

  • удельное давление
  • глубина вдавливания пуансона
  • величина вылета деталей из цанг (при стыковом способе)
  • диаметр пуансона
  • степень деформации

Величина удельного давления выбирается в зависимости от физико-механических свойств свариваемых материалов. Рекомендуемое удельное давление при стыковой холодной сварке:

  • алюминиевых деталей: 180-250 кг/мм2
  • медных деталей: 650-800 кг/мм2
  • для разнородных металлов, например, алюминий – медь: 500-650 кг/мм2
  • Усилие зажатия образцов в зажимах с насечкой должно превышать усилие осадки для алюминия более чем на 50%, а для меди – более чем на 80%

Зависимость деформации от свойств
Металл Относительная глубина вдавливания пуансона, %
Алюминий 55 – 60
Алюминиевые сплавы 75 – 80
Медь 85 – 90
Олово 85 – 88
Титан 70 – 75
Серебро 82 – 86
Армко-железо 85 – 92
Свинец 80 – 85
Никель 85 – 90
Индий 10 – 15

Величина вылета стержня составляет:

  • для алюминия 1-1,2 диаметра стержня
  • для меди 1,25-1,5 диаметра стержня
  • для разнородных металлов алюминий – медь: вылет медного стержня должен быть на 30-40% больше, чем алюминиевого

Степень необходимой деформации при холодной сварке разнородных материалов определяется свойствами того из свариваемых металлов, при соединении которого требуется меньшая деформация. Этим пользуются при необходимости сварить малопластичные материалы, применяя прокладки из пластичных металлов.

Предварительные исследования свариваемости показывают следующие результаты:

Металл Свариваемость в %
Алюминий особо чистый 40
Алюминий технически чистый 30
Дюралюминий 20
Кадмий 16
Свинец 16
Медь 14
Никель 11
Цинк 8
Серебро 6

Из этих данных видно, что наилучшие результаты холодной сварки дают алюминий и алюминиевые сплавы, удовлетворительные результаты дает медь. Довольно удовлетворительную свариваемость дает никель, имеющий высокую температуру плавления (1450°С).

Условия получения надежного сварного соединения

Надежное сварное соединение холодной сваркой может быть получено при соблюдении следующих условий:

  • тщательная подготовка поверхности свариваемых изделий. При точечном и роликовом способах поверхность рекомендуется зачистить механическими щетками, торцы деталей при стыковом способе для соединения проводов сравнительно небольшого диаметра – с помощью специальных ручных кусачек или механического ножа, а торцы деталей большого сечения подвергают механической обработке. При этом необходимо обеспечить параллельность свариваемых поверхностей обеих деталей и отсутствие на них жировых загрязнений;
  • одновременная пластическая деформация соединяемых деталей;
  • значительное и симметричное относительно центра зоны соединения растекание металла в плоскости соединения. Данное растекание вызывает разрушение оксидных или иных пленок, вытеснение их обломков из зоны соединения. Одновременно, растекание создает условия для интенсивного движения дислокаций с образованием активных центров на соединяемых поверхностях. Симметричное растекание необходимо для более полного удаления пленок из зоны сварного шва;
  • сжатие заготовок на заключительной стадии образования сварного соединения, что требует значительных давлений в зоне контакта;
  • очистка кромок соединяемых заготовок от загрязнений (промывка растворами, бензином, спиртом) и окисных пленок. Применение абразивного инструмента недопустимо, так как шаржированные в поверхность заготовок абразивные зерна затруднят получение сварного соединения;
  • предварительная подготовка поверхностей заготовок (шероховатость – Rz не более 10 мкм; неплоскостность поверхности не более 0,1 мм).

Виды холодной сварки

В зависимости от способа приложения давления и схемы деформации определяют следующие виды:

Области применения холодной сварки металлов

Как мы уже писали в статье данным способом успешно соединяют металлы, обладающие хорошими пластическими свойствами. Этот способ нашел применение главным образом в приборостроении, для соединения алюминиевой оболочки кабелей, при изготовлении корпусов полупроводниковых приборов, при изготовлении бытовых приборов из алюминия – чайников, подставок, каркасов, в электромонтажном производстве для соединения проводов и шин внахлестку и встык при монтаже сетей связи, троллейбусных проводов, электропроводки в домах. В летательных аппаратах встык варят шпангоуты. В последнее время достигнуты успехи в соединении полупроводниковых материалов.

Одним из направлений применения данного способа является его сочетание с обработкой давлением: прокаткой, высадкой, штамповкой, вытяжкой и т.п. С помощью последней, например, получают биметаллические переходники из алюминия и коррозионно-стойкой стали, которые затем используются в бесфланцевых соединениях трубопроводов летательных аппаратов.

Последние исследования открывают широкие возможности применения в процессе производства на микроуровне и наноуровне. Кроме того, экономически оправдано её применение при соединении небольших деталей из мягких, пластичных металлов, а также тонких металлических пленок, использующих полимеры в качестве подложки.

Холодную точечную сварку можно выполнять на любых прессах: гидравлических, эксцентриковых и т. п. Если сваривается несколько точек за один ход пресса, то требуются прессы усилием 500-1000 кг. Для холодной сварки одной точки достаточно пресс усилием 50-100 кг.

Какие виды сварки бывают разными и какая лучшая?

Наши родственники на протяжении тысячелетий склеивают куски металла с помощью сварки. Но с 19 века было разработано множество различных техник, которые имеют свои преимущества и недостатки друг перед другом.

Здесь мы исследуем, что на самом деле означает сварка, и обсуждаем, какие типы лучше всего подходят для каких целей. Мы также познакомим вас с парочкой художников, которые делают интересные работы, используя сварку.

СВЯЗАННЫЕ С: РУКОВОДСТВО ПО ЗАРАБОТКЕ ДЕНЕГ НА СВАРКЕ: ВАРИАНТЫ КАРЬЕРЫ И СОВЕТ

Что такое сварка и почему это делается?

Сварка - это производственный процесс, в котором для плавления и сплавления деталей используются высокие температуры. Однако следует отметить, что давление также можно использовать для облегчения процесса или использовать исключительно для получения сварного шва.

Согласно brighthubengineering.com, «процесс сварки не просто связывает две части вместе, как при пайке и пайке, вместо этого он заставляет металлические конструкции двух частей соединяться вместе, и становится одним за счет использования из-за сильного нагрева и иногда с добавлением других металлов или газов."

Его обычно отличаются от методов плавления металлов при более низких температурах, таких как пайка или пайка, которые обычно не плавят основной металл.

Сварка обычно также включает использование чего-то, что называется присадочным материалом или расходным материалом. Это, как Название предполагает, используется для обеспечения «наполнителя» или ванны расплавленного материала, который помогает облегчить образование прочной связи между основными металлами.

Источник: NZ Defense Force / Flickr

Для большинства сварочных процессов также потребуется определенная форма экранирования для защиты основных компонентов и наполнителя от окисления во время процесса.

Сварку можно производить с использованием различных источников энергии. Примеры включают в себя газовое пламя (питаемое таким химическим веществом, как ацетилен), электрическую дугу (электрическую), лазер, электронный луч, трение и ультразвук. Существуют различные методы сварки, подходящие для работы на открытом воздухе, под водой и даже в космосе.

Какие бывают виды сварки?

Сварка используется в металлургии тысячелетия. Хотя кузнечная сварка, при которой кузнецы соединяют железо и сталь путем нагрева и обработки молотком, какое-то время была единственной жизнеспособной техникой.Все изменилось в 19 веке, когда были разработаны более совершенные методы, такие как дуговая сварка и кислородная сварка.

Платформа обзора сварочного оборудования Welder Station перечисляет некоторые из наиболее распространенных сварочных процессов:

  • MIG-сварка - газовая дуговая сварка металла (GMAW)
  • TIG-сварка - газовая вольфрамовая дуговая сварка (GTAW)
  • Сварка палкой - экранированный металл Дуговая сварка (SMAW)
  • Сварка под флюсом - порошковая сварка (FCAW)
  • Энергетическая сварка пучком (EBW)
  • Сварка атомарным водородом (AHW)
  • Газовая вольфрамо-дуговая сварка
  • Дуговая сварка плазмой
Источник: Divers Institute of Technology

Какие бывают типы сварочных аппаратов?

Есть довольно много разных типов сварочных аппаратов.Эти машины выделяют тепло, плавящее металлические части, чтобы их можно было соединить. Однако не существует единого сварочного аппарата, подходящего для всех сварочных целей.

Сварочные аппараты большего размера обычно используются на промышленных предприятиях, например, на заводах, в то время как аппараты меньшего размера лучше подходят для домашних или любительских целей.

Согласно Welding Hub, существует пять основных типов сварочных аппаратов. Это:

  • Сварочные аппараты MIG (металлический инертный газ).
  • Сварочные аппараты Mig с тиристорным управлением.
  • Аппараты для сварки TIG.
  • Аппараты для точечной сварки.
  • Аппараты для дуговой сварки экранированным металлом.
Источник: sally sally / YouTube

Сварочные аппараты MIG - одни из лучших для большинства типов сварки, будь то дома или на заводе. Они, как правило, могут обрабатывать различные металлы, включая низкоуглеродистую сталь, нержавеющую сталь и даже алюминий.

Сварка МИГ - это процесс дуговой сварки, при котором непрерывный сплошной проволочный электрод подается через сварочную горелку в сварочную ванну, соединяя два основных материала вместе.Защитный газ, пропускаемый через сварочную горелку, защищает сварочную ванну от загрязнения.

Сварка MIG обычно выполняется довольно быстро и обеспечивает длительное время дуги, даже если электроды не полностью заряжены.

Сварочные аппараты MIG тиристорного типа обычно лучше всего подходят для фиксации предметов или их установки на подходящей поверхности. Эти машины, как правило, хорошего качества и прослужат очень долго.

Такие сварочные аппараты вырабатывают небольшое количество искры, что упрощает управление.Эти машины лучше всего подходят для сварки твердых стержневых и флюсовых материалов. Они могут обрабатывать низкоуглеродистую сталь, низкоуглеродистую сталь, легированную сталь и т.д.

Сварочные аппараты TIG более специализированы, чем другие, и обеспечивают чистый и чистый сварной шов без брызг, искр или дыма. Эти машины могут обрабатывать нержавеющую сталь, латунь, золото, магний, алюминий, медь и никелевые сплавы.

Сварочные аппараты TIG обычно не подходят для полевых работ, но отлично подходят для ремонта поврежденных деталей.

Источник: Джулиан Карвахаль / Flickr

Машины для точечной сварки обычно используются для соединения внахлест между такими предметами, как листы стали. Для этого металлические листы обычно защищают с помощью пары электродов, пропуская через них ток.

Сварочные аппараты для точечной сварки имеют много преимуществ по сравнению с другими, например, эффективное использование энергии, высокую производительность, простую автоматизацию и т. Д. Эти типы сварочных аппаратов обычно используются в автомобильной промышленности.Кроме того, они обычно намного дешевле, чем их альтернативы.

Дуговая сварка защищенным металлом, также известная как сварка штангой, использует электрический ток, протекающий из зазора между металлом и сварочной палкой. В этом типе сварки электрический ток используется для создания дуги между основным материалом и присадочным стержнем (также называемым электродным стержнем). Присадочный стержень покрыт флюсом, который предотвращает окисление и загрязнение из-за выделения углекислого газа в процессе сварки.

Какой тип сварного шва самый прочный?

Ответить на этот вопрос не так просто, как может показаться на первый взгляд.Наилучший сварной шов зависит от рассматриваемого основного материала и его предполагаемого использования. Каждый метод, от TIG до плазменной сварки, имеет свои уникальные преимущества и недостатки по сравнению с другими.

Согласно Crom Weld, самым прочным типом сварного шва может быть сварка электродом: «если важна чистая прочность и толщина материала, который можно сваривать, то лучше всего будет сварка. только один, способный сваривать чугун, кроме того, он также работает на грязных материалах и в суровых погодных условиях."

Но это не обязательно означает, что сварка штучной сваркой - лучший выбор для всех сценариев. MIG может применяться к более широкому выбору металлов различной толщины, в то время как сварка TIG позволяет получать сварные швы самого высокого качества, особенно когда речь идет о тонких металлах. . "

Источник: Виталий Сова / iStock

Это также зависит от металла, который вы хотите сваривать. Например, сварка алюминия может быть сложной задачей, поскольку это довольно мягкий металл, который не выдерживает слишком большого количества тепла. По этой причине есть только два жизнеспособных метода сварки, которые можно использовать с алюминием: сварка MIG и сварка TIG.

Из этих двух методов сварка TIG считается наиболее подходящей для достижения наилучших результатов.

Сварка нержавеющей стали, с другой стороны, отличается, поскольку это намного более прочный металл по сравнению с алюминием. По этой причине он может подвергнуться гораздо большему наказанию, прежде чем ослабит свою силу. Но какой способ сварки обеспечивает наиболее прочный сварной шов, зависит от толщины материала.

Сварка MIG считается лучшим методом для большинства сталей.Когда дело доходит до более толстых стальных листов, многие склоняются перед превосходством сварки палкой и флюсом.

Если сталь мягкая и нержавеющая, сварка TIG и MIG может использоваться без каких-либо серьезных проблем.

Как правильно выбрать сварочные перчатки?

Помимо качественной сварочной маски и сварочного аппарата, еще одним важным элементом сварочного оборудования являются перчатки. Поскольку их работа - защитить ваши драгоценные, но хрупкие человеческие руки от потенциально серьезных ожогов, выбор пары хорошего качества абсолютно необходим.

Но когда дело доходит до сварочных перчаток, не существует универсального решения. Принимаются во внимание такие факторы, как тип сварки, для которой вы их будете использовать, и то, какая ловкость вам понадобится.

Источник: meredith_nutting / Flickr

Тип сварки, который вы будете использовать, будет вызывать разное количество искр и другие опасности. Например, сварка MIG имеет тенденцию к образованию большого количества искр, от которых необходимо экранировать и затем очищать.

Перчатки также бывают из разных материалов.Для большинства пользователей кожа является наиболее предпочтительным видом, поскольку она прочная, непроводящая и отлично отводит тепло.

Но кожа может быть сделана из различных видов шкур животных. Вот несколько распространенных примеров:

  • Козья кожа - Этот вид кожи обеспечивает непревзойденную стойкость к истиранию и растяжению, оставаясь при этом мягкой и эластичной. Это идеально подходит для сварки TIG, где требуется максимальная ловкость.
  • Horsehide - Horsehide - прочная, но при этом удобная.Хотя кожаные перчатки менее популярны, они также отлично подходят для сварки TIG.
  • Свиная кожа - Свиная кожа прочная и очень хорошо работает во влажных и жирных рабочих средах. Этот вид кожи отлично подходит для сварки TIG, MIG и др.
  • Бычья кожа - Бычья кожа - один из самых распространенных видов кожи. Он очень прочный и удобный, и его обычно предпочитают для ручной сварки и сварки MIG.
  • Deerskin - Мягкая и гибкая кожа, обеспечивающая свободу движений, делает ее еще одним отличным выбором для сварки TIG.
  • Кожа лося - Кожа лося не затвердевает так же быстро, как кожа воловьей, при воздействии тепла. Elkskin - еще один отличный выбор для сварки MIG из-за большого количества выделяемого тепла.

Какой сварщик лучший для новичка?

Если вы новичок в мире сварки, некоторые методы намного легче освоить, чем другие. Например, сварка MIG считается самой простой в освоении и эксплуатации. Но почему?

Источник: Weldscientist / Wikimedia Commons

Сварка МИГ имеет высокую регулируемость выходной мощности.Он также обеспечивает очень чистые сварные швы по сравнению с большинством других методов. Это также здорово, поскольку обычно выполняется довольно быстро, и эта функция нравится как новичкам, так и мастерам.

Существуют и другие методы, если позволяет ваш бюджет. Вы можете подумать о приобретении чего-то, что называется гибридным сварщиком. Это позволяет вам опробовать несколько техник с помощью одного инструмента. Тем не менее, несмотря на это, многие практикующие сварщики одобряют простоту и надежность сварки MIG для изучения канатов.

Для чего можно использовать сварку непромышленного назначения?

Хотя сварка очень полезна во многих отраслях промышленности по всему миру, ее можно использовать и для других целей.Один пример - в мире искусства.

Если вы когда-нибудь смотрели вневременной классический анимационный фильм The Iron Giant , Дин МакКоппин сделал именно это.

Источник: ShyCityNXR / Flickr

Прослеживая наши шаги назад в реальный мир, многие художники используют упомянутые выше техники для создания великолепных произведений искусства. Из тех художников, которые используют сварку в своих работах, интересным примером является «Сварка прерывателей цепи».

Этот парень использует старые велосипедные цепи для создания прекрасных эстетически приятных скульптур.Вам действительно стоит посмотреть его работы в Instagram.

Еще один великий художник-сварщик - Давид Мадеро. Этот глава создает потрясающие произведения искусства, используя плазменные резаки и методы точечной сварки.

Это всего лишь двое из множества художников по всему миру, создающих интересные работы с использованием вневременной техники сварки.

.

Что такое предварительный нагрев?

Объяснение предварительного нагрева для сварки

Предварительный нагрев включает в себя нагрев основного металла либо целиком, либо только области, окружающей соединение, до определенной желаемой температуры, называемой температурой предварительного нагрева, перед сваркой. Нагревание можно продолжать во время процесса сварки, но часто тепла от сварки достаточно для поддержания желаемой температуры без продолжения внешнего источника тепла. Температура между проходами, определяемая как температура основного металла между первым и последним сварочными проходами, не может опускаться ниже температуры предварительного нагрева.Температура между проходами здесь не обсуждается. Предварительный нагрев может иметь множество положительных эффектов; однако, не зная основополагающих принципов, можно потерять деньги или, что еще хуже, ухудшить целостность сварного шва.

Зачем нужен предварительный нагрев?
Существует четыре основных причины использования предварительного нагрева: (1) он снижает скорость охлаждения металла сварного шва и основного металла, создавая более пластичную металлургическую структуру с большей устойчивостью к растрескиванию (2) более низкая скорость охлаждения дает возможность для любого водород, который может присутствовать для безвредной диффузии, не вызывая растрескивания (3), он снижает усадочные напряжения в сварном шве и прилегающем основном металле, что особенно важно в соединениях с сильными ограничениями, и (4) он повышает температуру некоторых сталей выше температуры, при которой они становятся хрупкими. при изготовлении может произойти перелом.Кроме того, предварительный нагрев может использоваться для обеспечения определенных механических свойств, таких как ударная вязкость.

Когда следует использовать предварительный нагрев?
При определении необходимости предварительного нагрева следует учитывать следующий набор факторов: требования норм, толщина сечения, химический состав основного металла, ограничения, температура окружающей среды, содержание водорода в присадочном металле и предыдущие проблемы с растрескиванием. Если необходимо соблюдать правила сварки, то в них обычно указывается минимальная температура предварительного нагрева для данного основного металла, процесса сварки и толщины сечения.Это минимальное значение должно быть достигнуто независимо от ограничений или вариаций химического состава основного металла; однако при необходимости минимальное значение может быть увеличено. Пример показан в следующем разделе.

Когда нет правил, регулирующих сварку, необходимо определить, требуется ли предварительный нагрев, и если да, то какая температура предварительного нагрева будет подходящей. Как правило, предварительный нагрев обычно не требуется для низкоуглеродистой стали толщиной менее 1 дюйма (25 мм). Однако по мере увеличения химического состава, уровня диффузионного водорода в металле сварного шва, ограничения или толщины сечения потребность в предварительном нагреве также возрастает.Существует несколько методов определения необходимой температуры предварительного нагрева для данного основного металла и толщины сечения, которые будут обсуждаться в следующем разделе.

Какая требуется температура предварительного нагрева?
Сварочные нормы обычно определяют минимальные значения температуры предварительного нагрева, которые могут быть или не быть достаточными для предотвращения растрескивания в каждом случае применения. Например, если соединение балки с колонной должно быть изготовлено с помощью электрода с низким содержанием водорода, сделанного из больших секций ASTM A572-Gr50 и A36 (толщина от 4 до 5 дюймов).), то требуется минимальный предварительный нагрев до 225 ° F (107 ° C) (AWS D1.1-96, Таблица 3.2). Однако для выполнения стыковых сращиваний на больших участках рекомендуется увеличить температуру предварительного нагрева сверх минимального предквалифицированного уровня до уровня, требуемого AISC для стыкового сращивания на больших участках, а именно 350 ° F (175 ° C) (AISC LRFD J2. 8). В этой консервативной рекомендации признается, что минимальные требования к предварительному нагреву, предписанные AWS D1.1, могут быть недостаточными для этих сильно ограниченных соединений.

Если коды сварки не указаны и необходимость предварительного нагрева установлена, как определить соответствующую температуру предварительного нагрева? В качестве основы для обсуждения рассмотрим AWS D1.1-96, Приложение XI: «Руководство по альтернативным методам определения предварительного нагрева», в котором представлены две процедуры для определения температуры предварительного нагрева, разработанные в основном на основе лабораторных испытаний на растрескивание. Эти методы полезны, когда существует риск растрескивания увеличивается из-за состава, ограничений, уровня водорода или меньшего погонного тепла.

В Приложении XI к AWS D1.1-96 описаны два метода: (1) контроль твердости в зоне термического влияния (HAZ) и (2) контроль содержания водорода. Метод контроля твердости ЗТВ, который ограничен угловыми сварными швами, основан на предположении, что растрескивания не произойдет, если твердость ЗТВ будет ниже некоторого критического значения. Это достигается за счет управления скоростью охлаждения. Критическая скорость охлаждения для данной твердости может быть связана с углеродным эквивалентом стали, который определяется как:

CE = C + ((Mn + Si) / 6) + ((Cr + Mo + V) / 5 ) + ((Ni + Cu) / 15)

Затем по критической скорости охлаждения можно рассчитать минимальную температуру предварительного нагрева.(В статье Блоджетт, озаглавленной «Расчет скорости охлаждения с помощью компьютерного программирования», описывается процедура расчета, основанная на скорости охлаждения, подводимой теплоте, толщине листа, температуре, при которой скорость охлаждения является критической, температуре предварительного нагрева, теплопроводности и удельной теплоемкости.) На это следует указать. при этом отмечается, что «хотя метод может использоваться для определения уровня предварительного нагрева, его основное значение заключается в определении минимального подводимого тепла (и, следовательно, минимального размера сварного шва), который предотвращает чрезмерное упрочнение» (Приложение XI, параграф 3.4, AWS D1.1-96.)

. Метод контроля водорода основан на предположении, что растрескивания не произойдет, если количество водорода, остающегося в соединении после его охлаждения примерно до 120 ° F (50 ° C), не превышает критического значения, зависящего от состава стали. и сдержанность. Эта процедура чрезвычайно полезна для высокопрочных низколегированных сталей, имеющих высокую закаливаемость. Однако расчетный предварительный нагрев может быть слишком консервативным для углеродистой стали.

Три основных этапа метода контроля водорода: (1) Расчет параметра состава, аналогичного углеродному эквиваленту; (2) Рассчитайте индекс восприимчивости как функцию параметра состава и содержания диффундирующего водорода в присадочном металле; и (3) Определить минимальную температуру предварительного нагрева по уровню удержания, толщине материала и индексу восприимчивости.

Как применяется предварительный нагрев?
При выборе метода предварительного нагрева следует учитывать толщину материала, размер сварного шва и имеющееся нагревательное оборудование. Например, небольшие производственные узлы могут наиболее эффективно нагреваться в печи. Однако для крупных конструктивных элементов часто требуются группы нагревательных горелок, электрических ленточных нагревателей, индукционных или лучистых нагревателей.

Обычно не требуется высокой точности для предварительного нагрева углеродистой стали.Хотя важно, чтобы изделие было нагрето до минимальной температуры, допустимо превышение этой температуры примерно на 100 ° F (40 ° C). Однако это не относится к стали с закалкой и отпуском (Q&T), поскольку сварка перегретых сталей Q&T может быть вредной в зоне термического влияния. Поэтому для сталей Q&T требуется, чтобы максимальная и минимальная температуры предварительного нагрева были установлены и строго соблюдались.

При нагревании свариваемого стыка код AWS D1.1 требует, чтобы минимальная температура предварительного нагрева была установлена ​​на расстоянии, которое, по крайней мере, равно толщине самого толстого элемента, но не менее 3 дюймов.(75 мм) во все стороны от места сварки. Чтобы обеспечить нагрев всего объема материала, окружающего стык, рекомендуется нагревать сторону, противоположную свариваемой, и измерять температуру поверхности, прилегающей к стыку. Наконец, следует проверить температуру стали, чтобы убедиться, что минимальная температура предварительного нагрева была установлена ​​непосредственно перед зажиганием дуги для каждого прохода.

Сводка
Предварительный нагрев может предотвратить растрескивание и / или обеспечить определенные механические свойства, такие как ударная вязкость.

Предварительный нагрев должен использоваться всякий раз, когда это указано применимыми кодами; когда никакие коды не применяются к данной ситуации, инженер-сварщик должен определить, нужен ли предварительный нагрев и какая температура потребуется для данного основного металла и толщины сечения.

Приложение XI к AWS D1.1-96 содержит руководящие указания по альтернативным методам определения надлежащего количества предварительного нагрева: метод контроля жесткости HAZ или метод контроля водорода.

Предварительный нагрев может применяться в печи или с использованием нагревательных горелок, электрических ленточных нагревателей, индукционных или лучистых нагревателей.Углеродистые стали не требуют точной точности температуры, но индукционные или радиевые нагреватели, максимальная и минимальная температура предварительного нагрева должны строго соблюдаться для закаленных и отпущенных сталей.

Библиография
ANSI / AWS D1.1-96 Нормы структурной сварки: сталь. Американское общество сварщиков, 1996.

Бейли Н. Свариваемость ферритных сталей. Институт сварки, 1995.

Бейли Н. и др. Сварка сталей без водородного растрескивания.Институт сварки, 1973.

Блоджетт, 0. "Расчет скорости охлаждения с помощью компьютерного программирования", Журнал сварки. Март 1984 г.

Graville, B.A. Принципы предотвращения образования холодных трещин в сварных швах. Dominion Bridge Company Ltd., 1975.

Ирвинг, Б. "Предварительный нагрев: основная защита от водородного крекинга". Сварочный журнал. Июль 1992 г.

Стаут Р.Д., Доти В.Д. Свариваемость сталей. Совет по исследованиям в области сварки, 1971.

Справочник по методике дуговой сварки.Фонд дуговой сварки Джеймса Ф. Линкольна, 1994 г.

.

сварка | Типы и определение

Сварка , техника, используемая для соединения металлических деталей, обычно путем нагрева. Этот метод был открыт во время попыток придать железу полезные формы. Сварные клинки были разработаны в 1-м тысячелетии нашей эры, самые известные из которых были произведены арабскими оружейниками в Дамаске, Сирия. В то время был известен процесс науглероживания железа с получением твердой стали, но получаемая сталь была очень хрупкой.Техника сварки, которая включала прослойку относительно мягкого и вязкого железа с высокоуглеродистым материалом с последующей ковкой с молотком, позволила получить прочное и жесткое лезвие.

дуговая сварка

дуговая сварка в среде защитного металла.

ВМС США

В наше время усовершенствование технологий производства чугуна, особенно внедрение чугуна, ограничивало сварку кузнецами и ювелирами. Другие методы соединения, такие как крепление болтами или заклепками, широко применялись в новых изделиях, от мостов и железнодорожных двигателей до кухонной утвари.

Современные процессы сварки плавлением являются результатом необходимости получения непрерывного соединения на больших стальных листах. Было показано, что клепка имеет недостатки, особенно для закрытых контейнеров, таких как бойлер. Газовая сварка, дуговая сварка и контактная сварка появились в конце XIX века. Первая реальная попытка широкого внедрения сварочных процессов была предпринята во время Первой мировой войны. К 1916 году кислородно-ацетиленовый процесс был хорошо развит, и применяемые тогда методы сварки используются до сих пор.С тех пор основные улучшения коснулись оборудования и безопасности. В этот период также была внедрена дуговая сварка с использованием плавящегося электрода, но изначально использовавшаяся неизолированная проволока приводила к хрупким сварным швам. Решение было найдено, обернув оголенный провод асбестом и переплетенным алюминиевым проводом. Современный электрод, представленный в 1907 году, состоит из неизолированной проволоки со сложным покрытием из минералов и металлов. Дуговая сварка не использовалась повсеместно до Второй мировой войны, когда острая необходимость в быстрых средствах строительства для судоходства, электростанций, транспорта и сооружений стимулировала необходимые разработки.

Сварка сопротивлением, изобретенная в 1877 году Элиху Томсоном, была принята задолго до дуговой сварки для точечного и шовного соединения листов. Стыковая сварка для изготовления цепей и соединения стержней и стержней была разработана в 1920-х годах. В 1940-х годах был введен процесс вольфрам-инертный газ с использованием неплавящегося вольфрамового электрода для выполнения сварных швов плавлением. В 1948 году в новом процессе с защитой от газа использовался проволочный электрод, который расходился во время сварки. Совсем недавно были разработаны электронно-лучевая сварка, лазерная сварка и несколько твердофазных процессов, таких как диффузионная сварка, сварка трением и ультразвуковое соединение.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Основные принципы сварки

Сварной шов можно определить как слияние металлов, образованное нагревом до подходящей температуры с приложением давления или без него, а также с использованием или без использования присадочного материала.

При сварке плавлением источник тепла выделяет достаточно тепла для создания и поддержания ванны расплава металла необходимого размера. Тепло может поступать от электричества или от газового пламени.Сварку сопротивлением можно рассматривать как сварку плавлением, потому что образуется расплавленный металл.

Твердофазные процессы позволяют получать сварные швы без плавления основного материала и без добавления присадочного металла. Всегда используется давление и обычно подается немного тепла. Теплота трения возникает при ультразвуковом и трении соединения, а нагрев печи обычно используется при диффузионном соединении.

Электрическая дуга, используемая при сварке, представляет собой сильноточный низковольтный разряд, обычно в диапазоне 10–2000 ампер при 10–50 вольт.Столб дуги сложен, но, в общем, состоит из катода, который испускает электроны, газовой плазмы для проведения тока и области анода, которая становится сравнительно более горячей, чем катод, из-за бомбардировки электронами. Обычно используется дуга постоянного тока (DC), но могут использоваться дуги переменного тока (AC).

Общее количество энергии, потребляемой во всех сварочных процессах, превышает то, что требуется для создания соединения, потому что не все выделяемое тепло можно эффективно использовать. Эффективность варьируется от 60 до 90 процентов, в зависимости от процесса; некоторые специальные процессы сильно отклоняются от этой цифры.Тепло теряется из-за проводимости через основной металл и излучения в окружающую среду.

Большинство металлов при нагревании вступают в реакцию с атмосферой или другими близлежащими металлами. Эти реакции могут быть чрезвычайно пагубными для свойств сварного соединения. Например, большинство металлов быстро окисляются при расплавлении. Слой оксида может препятствовать надлежащему соединению металла. Покрытые оксидом капли расплавленного металла захватываются сварным швом и делают соединение хрупким. Некоторые ценные материалы, добавленные для достижения определенных свойств, настолько быстро реагируют на воздействие воздуха, что осажденный металл не имеет того же состава, что и изначально.Эти проблемы привели к использованию флюсов и инертной атмосферы.

При сварке плавлением флюс играет защитную роль, облегчая контролируемую реакцию металла, а затем предотвращая окисление, образуя слой над расплавленным материалом. Флюсы могут быть активными и помогают в процессе или неактивными и просто защищать поверхности во время соединения.

Инертная атмосфера играет такую ​​же защитную роль, как и флюсы. При сварке металлической дугой в среде защитного газа и вольфрамовой дугой в среде защитного газа инертный газ - обычно аргон - течет из кольцевого пространства, окружающего горелку, непрерывным потоком, вытесняя воздух вокруг дуги.Газ не вступает в химическую реакцию с металлом, а просто защищает его от контакта с кислородом воздуха.

Металлургия соединения металлов важна для функциональных возможностей соединения. Дуговая сварка иллюстрирует все основные характеристики соединения. В результате прохождения сварочной дуги образуются три зоны: (1) металл шва или зона плавления, (2) зона термического влияния и (3) неповрежденная зона. Металл сварного шва - это та часть соединения, которая была расплавлена ​​во время сварки.Зона термического влияния - это область, прилегающая к металлу шва, который не был сварен, но претерпел изменение микроструктуры или механических свойств из-за высокой температуры сварки. Неповрежденный материал - это то, что не было достаточно нагрето, чтобы изменить его свойства.

Состав сварочного металла и условия, при которых он замерзает (затвердевает), значительно влияют на способность соединения соответствовать эксплуатационным требованиям. При дуговой сварке металл шва состоит из присадочного материала и основного металла, который расплавился.После прохождения дуги происходит быстрое охлаждение металла шва. Однопроходный сварной шов имеет литейную структуру со столбчатыми зернами, проходящими от края ванны расплава до центра сварного шва. При многопроходной сварке эта литая структура может быть модифицирована в зависимости от конкретного свариваемого металла.

Основной металл, прилегающий к сварному шву, или зона термического влияния, подвергается ряду температурных циклов, и его изменение в структуре напрямую связано с максимальной температурой в любой заданной точке, временем воздействия и охлаждением. тарифы.Типы основного металла слишком многочисленны, чтобы обсуждать здесь, но их можно сгруппировать в три класса: (1) материалы, не подверженные воздействию тепла сварки, (2) материалы, упрочненные в результате структурных изменений, (3) материалы, упрочненные процессами осаждения.

Сварка вызывает напряжения в материалах. Эти силы вызваны сжатием металла сварного шва и расширением, а затем сжатием зоны термического влияния. Не нагретый металл накладывает ограничения на вышеуказанное, и, поскольку преобладает усадка, металл сварного шва не может свободно сжиматься, и в соединении создается напряжение.Это обычно называется остаточным напряжением, и для некоторых критических применений оно должно быть снято термической обработкой всего изделия. Остаточное напряжение неизбежно во всех сварных конструкциях, и, если его не контролировать, произойдет искривление или деформация сварного соединения. Контроль осуществляется методами сварки, приспособлениями и приспособлениями, процедурами изготовления и окончательной термообработкой.

Существует большое разнообразие сварочных процессов. Некоторые из наиболее важных обсуждаются ниже.

.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Механические свойства имеют первостепенное значение в более крупных промышленных применениях металлов, поэтому они требуют большого внимания при их изучении.

Прочность. - Прочность материала - это свойство сопротивления внешним нагрузкам или напряжениям без повреждения конструкции. Термин «предел прочности » относится к удельному напряжению (фунты на квадратный дюйм), развиваемому в материале в результате максимальной медленно прикладываемой нагрузки, которой материал может выдержать без разрушения при испытании на растяжение.Испытание на растяжение наиболее часто применяется к металлам, потому что оно говорит об их свойствах гораздо больше, чем любое другое отдельное испытание. В металлургии о разрушении часто говорят как об отказе, разрыве или разрушении; перелом металла - это название поверхности, на которой произошел разрыв.

Прочность металлов и сплавов зависит от двух факторов, а именно, прочности кристаллов, из которых они состоят, и прочности сцепления между этими кристаллами.Самое сильное известное вещество - это вольфрамовая проволока электрических ламп накаливания. Чистое железо непрочно, но когда сталь легирована углеродом для получения стали, она может быть прочнее любого из чистых металлов, кроме вольфрама.

Напряжение и деформация. - Напряжение - это сила внутри тела, которая сопротивляется деформации из-за приложенной извне нагрузки. Если эта нагрузка действует на поверхность единичной площади, это называется единичной силой, а сопротивление ей - единиц. Таким образом, количественно напряжение - это сила на единицу площади; на европейском континенте он выражается в килограммах на квадратный миллиметр, в Соединенных Штатах - фунтах на квадратный дюйм, а в Англии обычно используются длинные тонны на квадратный дюйм.

Когда внешняя сила действует на эластичный материал, материал деформируется, и деформация пропорциональна нагрузке. Это искажение или деформация составляет деформаций, единиц деформации, измеряемой в США и Англии в дюймах на дюйм, а в Европе - в сантиметрах на сантиметр. Единичная деформация - это отношение расстояний или длин.

Эластичность. - Любой материал, подверженный внешней нагрузке, деформирован или деформирован.Упруго напряженные материалы возвращаются к своим первоначальным размерам при снятии нагрузки, если она не слишком велика. Такое искажение или деформация пропорциональна величине нагрузки до определенной точки, но когда нагрузка слишком велика, материал постоянно деформируется, а при дальнейшем увеличении нагрузки до определенной точки материал разрушается. Свойство восстановления исходных размеров после снятия внешней нагрузки известно как эластичность .

Модуль упругости. - В пределах эластичности отношение напряжения к деформации известно как модуль упругости (т.е. мера упругости).

Модуль упругости выражает жесткость материала. Для стали и большинства металлов это постоянное свойство, на которое мало влияет термическая обработка, горячая или холодная обработка или фактический предел прочности металла. Их модули упругости показывают, что когда стержни из стали и алюминия одинакового размера подвергаются одинаковой нагрузке, возникающая в результате упругая деформация в алюминии будет почти в три раза больше, чем в стальном стержне.



Пропорциональный предел упругости. - Металлы обычно не эластичны во всем диапазоне нагрузок. Предел пропорциональности напряжения к деформации известен как предел пропорциональности . Предел упругости - это максимальное удельное напряжение, которое испытываемый образец будет выдерживать и все еще возвращаться к своим исходным размерам после снятия нагрузки. Предел пропорциональности и предел упругости в металлах очень близки друг к другу, настолько, что их часто путают, и теперь принято объединять их в один термин «Предел пропорциональной упругости». Это важное свойство, напряжение, которое нельзя превышать при проектировании.

Природа эластичности. - Эластичность металлического вещества является функцией сопротивления его атомов разделению, сжатию или вращению друг относительно друга и, таким образом, является фундаментальным свойством материала. Итак, эластичность демонстрируется как функция атомных сил. Это объясняет, почему модуль упругости прочной и хрупкой термообработанной легированной стали точно такой же, как у сравнительно слабой и вязкой отожженной стали.

Предел текучести. - Это точка на кривой "напряжение-деформация", в которой напряжение выравнивается или фактически уменьшается при продолжении деформации. Этот термин строго применим только к малоуглеродистым сталям, поскольку определяющая его характеристика не встречается в других металлах, легированных сталях или даже холоднодеформированных или нормализованных низкоуглеродистых сталях.

Максимальная сила. - Наибольшая нагрузка, которую выдерживает образец, деленная на первоначальную площадь поперечного сечения, называется пределом прочности на разрыв или пределом прочности детали.

Пластичность. - Пластичность - это способность металла постоянно деформироваться при растяжении без разрушения. В частности, этот термин обозначает емкость, которую нужно тянуть от проволоки большего диаметра к меньшему. Такая операция, очевидно, включает в себя как удлинение, так и уменьшение площади, и значения этих двух характеристик металла, определенные при испытании на растяжение, обычно принимаются в качестве меры пластичности металла.

Прочность. - Вязкость определяется как свойство поглощения значительной энергии до разрушения. Это мера общей способности материала поглощать энергию, включая энергию как упругой, так и пластической деформации при постепенно прикладываемой нагрузке. Одним из наиболее распространенных тестов на ударную вязкость является «испытание на удар», в котором измеряется энергия, поглощенная при разрушении образца при внезапном ударе.

Природа прочности. - Прочность металла определяется степенью скольжения, которая может происходить внутри кристаллов, не приводя к разрушению металла.Возможно, это результат попеременного проскальзывания и расклинивания каждой клиновидной кристаллографической плоскости, удерживаемой до приложения большего напряжения. Хрупкий металл или сплав либо не перестанет скользить после достижения упругой деформации, либо остановится только на короткое время перед разрушением. Очевидно, что последовательная остановка и проскальзывание вызовут деформацию; поэтому вязкие металлы и сплавы часто являются наиболее пластичными и пластичными.

Иногда кристаллы металла могут быть прочными, но границы кристаллов могут содержать примеси, так что наименьшая деформация кристаллической массы может вызвать растрескивание через хрупкий материал границ зерен.Это верно для стали, содержащей значительное количество фосфора, и для меди, содержащей висмут.

Ковкость. - Ковкость - это свойство металла, которое допускает остаточную деформацию при сжатии без разрушения. В частности, это означает способность раскатывать или забивать тонкие листы. Свойство пластичности похоже, но не то же самое, что и пластичность, и разные металлы не обладают этими двумя свойствами в одинаковой степени: хотя свинец и олово относительно высоки в порядке пластичности, им не хватает необходимой прочности на разрыв. быть втянутым в тонкую проволоку.Большинство металлов обладают повышенной ковкостью и пластичностью при более высоких температурах. Например, железо и никель очень пластичны при ярко-красном огне (1000 ° C).

Хрупкость. - Хрупкость подразумевает внезапный отказ. Это свойство ломаться без предупреждения, то есть без видимой остаточной деформации. Это противоположность ударной вязкости в том смысле, что хрупкое тело имеет небольшое сопротивление разрыву после достижения предела упругости. Хрупкость противоположна пластичности в том смысле, что она предполагает разрыв без значительной деформации.Часто твердые металлы являются хрупкими, но эти термины не следует путать или использовать как синонимы.

Усталостный отказ. - Если металл подвергается частым повторяющимся нагрузкам, он в конечном итоге разорвется и выйдет из строя.

Чередование стресса приведет к неудаче быстрее, чем повторение стресса. Под «чередованием напряжений» подразумевается попеременное растяжение и сжатие в любом волокне. Разрушение металлов и сплавов под действием повторяющихся или переменных напряжений, слишком малых, чтобы вызвать даже остаточную деформацию при статическом применении, называется усталостным разрушением .

Коррозионная усталость. - Если элемент подвергается также воздействию коррозионных агентов, таких как влажная атмосфера или масло, не очищенное от кислоты, нагрузка, необходимая для выхода из строя, намного ниже. Самые прочные стали не выдерживают усталости и коррозии при удельном напряжении волокна не более 24000 фунтов на квадратный дюйм, даже если их предел прочности может указывать на то, что они могут выдерживать гораздо более высокое напряжение. Интересно отметить, что удельное напряжение чрезвычайно прочной термически обработанной легированной стали, подверженной коррозионной усталости, будет не больше, чем у относительно слабой конструкционной стали.Очевидна важность защиты поверхностей усталостных элементов от коррозии с помощью цинкования, гальванизации и т. Д., Если и когда это возможно.

Твердость. - Качество твердости является сложным, и подробное исследование показало, что оно представляет собой комбинацию ряда физических и механических свойств. Его чаще определяют в терминах метода, используемого для его измерения, и обычно означает сопротивление вещества вдавливанию. Твердость также может быть определена с точки зрения устойчивости к царапинам и, таким образом, связана с износостойкостью.Термин твердость иногда используется для обозначения жесткости или состояния деформируемых изделий, поскольку твердость металла при вдавливании тесно связана с его пределом прочности при растяжении.

В инженерной практике сопротивление металла проникновению твердым инструментом для вдавливания обычно считается определяющим свойством твердости. Был разработан ряд стандартизированных испытательных машин и пенетраторов, наиболее распространенными из которых являются машины Бринелля, Роквелла и Виккерса.

При испытании Бринелля шарик из закаленной стали диаметром 10 мм вдавливается в поверхность испытуемого материала под нагрузкой 500 или 3000 кг и измеряется площадь вдавливания.Затем твердость по Бринеллю выражается как отношение приложенной нагрузки к площади слепка.

В тестах Rockwell используется ряд различных масштабов тестирования с использованием различных пенетраторов и нагрузок. Чаще всего используются шкалы «C», в которых используется алмазный конусный пенетратор при основной нагрузке 150 кг, и шкала «B», в которой используется закаленный стальной шар диаметром 1/16 дюйма при основной нагрузке 100 кг. кг. В этом испытании разница глубины проникновения между глубиной проникновения небольшой нагрузки в 10 кг и приложенной основной нагрузкой принимается в качестве меры твердости.

В испытании Виккерса используется квадратный индентор в форме ромбовидной пирамиды, который может быть нагружен от 1 до 120 кг. Как и в тесте Бринелля, твердость выражается через приложенную нагрузку, деленную на площадь поверхности пирамидального отпечатка.

Тест Бринелля обычно используется только для довольно толстых срезов, таких как прутки и поковки, в то время как тест Роквелла обычно используется как для толстых, так и для тонких срезов, таких как полосы и трубки. Поверхностный Роквелл можно использовать для деталей толщиной до 0.010 дюймов. Тестер Виккерса чаще всего используется как лабораторный прибор для очень точных измерений твердости, а не как инструмент производственного контроля.

Склероскоп Шора измеряет упругость, а не твердость, хотя они взаимосвязаны. Склероскоп измеряет отскок падающего молотка от испытательной поверхности, и число твердости выражается как высота отскока в терминах максимального отскока от полностью закаленной высокоуглеродистой стали.

Природа твердости и мягкости. - Сопротивление металла проникновению другим телом, очевидно, частично зависит от силы сопротивления его межатомных связей. На это указывает почти точная параллель порядка твердости металлов и их модулей упругости. Единственное известное исключение - это соотношение магния и алюминия. Магний поцарапает алюминий, хотя его модуль упругости и средняя прочность межатомных связей меньше.


Дата: 24.12.2015; просмотр: 1246


.

Смотрите также