Technologie Materiałowe II Spajanie materiałów

Transkrypt

1 KATEDRA INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ I SPAJANIA ZAKŁAD INŻYNIERII SPAJANIA Technologie Materiałowe II Spajanie materiałów Wykład 11 Zgrzewanie metali dr inż. Dariusz Fydrych Kierunek studiów: Inżynieria Materiałowa Studia stacjonarne I stopnia sem. VI Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

2 CHARAKTERYSTYKA OGÓLNA ZGRZEWANIA 2

3 KLASYFIKACJA ZGRZEWANIA 3

4 4

5 5

6 ZGRZEWANIE PUNKTOWE 6

7 ZGRZEWANIE PUNKTOWE 7

8 ZGRZEWANIE PUNKTOWE 8

9 9

10 10

11 11

12 ZGRZEWANIE PUNKTOWE 12

13 13

14 14

15 15

16 ZGRZEWANIE PUNKTOWE 16

17 17

18 18

19 Elektrody zgrzewarek, mają za zadanie: 1. Doprowadzenie prądu zgrzewania, 2. Przeniesienie nacisku, 3. Odprowadzenie ciepła ze styku elektroda przedmiot. Muszą zatem charakteryzować się: 1. Dużą przewodnością elektryczną i cieplną, również w podwyższonych temperaturach, 2. Dużą wytrzymałością, odpornością na zgniot i twardością, również w podwyższonych temperaturach, 3. Nie zgrzewalnością ze zgrzewanym metalem i minimalną przyczepnością odprysków, 4. Możliwością łatwego wykonania, 5. Dużą trwałością (wysoką temperaturą mięknięcia - jest to graniczna temperatura do której metal zachowuje twardość uzyskaną na drodze obróbki cieplnej lub zgniotu). Charakterystyce takiej odpowiadają tylko wybrane materiały. Stosowane może być elektrody z miedzi elektrolitycznej (prócz zgrzewania Cu), jednak ze względu na b. małą twardość (HB=90) ich trwałość jest znikoma. Podwyższenie własności użytkowych można uzyskać poprzez: Dodatki stopowe do miedzi (Cr, Zr, Co, Be, Cd, Ni, Si), tab.3, Utwardzanie dyspersyjne, Zgniot (walcowanie, przeciąganie, kucie, wyciskanie) 19

20 ZGRZEWANIE PUNKTOWE Stacjonarna zgrzewarka punktowa typu ZPm-16 20

21 ZGRZEWANIE LINIOWE 21

22 ZGRZEWANIE LINIOWE 22

23 ZGRZEWANIE TARCIOWE 23

24 ZGRZEWANIE TARCIOWE 24

25 ZGRZEWANIE TARCIOWE 25

26 ZGRZEWANIE TARCIOWE 26

27 ZGRZEWANIE TARCIOWE 27

28 ZGRZEWANIE TARCIOWE 28

29 ZGRZEWANIE TARCIOWE 29

30 ZGRZEWANIE TARCIOWE 30

31 OBRÓBKA METALI WYBUCHEM 31

32 ZGRZEWANIE WYBUCHOWE ZGRZEWANIE WYBUCHOWE proces otrzymywania wytrzymałego połączenia dwóch lub więcej elementów metalowych przez ich zderzenie z dużymi prędkościami ( m/s) spowodowane detonacją materiału wybuchowego 32

33 ZGRZEWANIE WYBUCHOWE ZALETY: 1. Możliwość spajania metali trudnospajalnych, np.: stal+aluminium, 2. Możliwość łączenia elementów o małych i dużych powierzchniach, 3. Bardzo dobre własności mechaniczne złączy, 4. Brak zmiany składu chemicznego i grubości łączonych elementów, 5. Duża odporność połączeń na korozję i działanie wysokiej temperatury, 6. Możliwość zgrzewania elementów obrobionych plastycznie i cieplnie, 7. Stosunkowo niski koszt procesu, 8. Możliwość jednoczesnego łączenia wielu płyt z różnych metali. 33

34 ZGRZEWANIE WYBUCHOWE 34

35 ZGRZEWANIE WYBUCHOWE Materiały wybuchowe są to związki chemiczne lub mieszaniny, które po wpływem bodźca zewnętrznego są zdolne do bardzo szybkiej przemiany chemicznej (rozkładu), w wyniku której wytwarzają się duże ilości nagrzanych gazów o dużym ciśnieniu, zdolnych do wykonania pracy mechanicznej. Wybuchowe związki chemiczne są niestałymi układami chemicznymi zdolnymi pod wpływem czynników zewnętrznych do egzotermicznych przekształceń. Mieszaniny wybuchowe to układy w najprostszym przypadku złożone z dwóch składników chemicznych, ale nie związanych ze sobą. Mogą występować jako mieszaniny ciekłe, gazowe i stałe. Proces rozkładu MW może mieć dwie rożne postacie spalania i wybuchu znacznie różniące się pomiędzy sobą przebiegiem. 35

36 ZGRZEWANIE WYBUCHOWE Proces spalania MW - przebiega wolno z prędkością kilku metrów na sek. i zależy od warunków zewnętrznych. Wybuch praktycznie nie zależy od warunków zew. a przemiany wybuchowe charakteryzują się b. dużą prędkością przebiegu reakcji (kilka tysięcy m/s), egzotermicznością reakcji, tworzeniem dużej ilości gazów o wysokiej temperaturze i ciśnieniu zdolnych do wykonania pracy mechanicznej. Detonacja MW jest najbardziej doskonałą formą przemiany wybuchowej charakteryzuje się powstaniem i działaniem fali detonacyjnej przebiegającej ze stałą prędkością, największą z możliwych w danych warunkach i dla danego materiału wybuchowego. Detonacja charakteryzuje się określoną wielkością wydzielonej energii oraz czasem jej działania. 36

37 ZGRZEWANIE WYBUCHOWE Sprawność wybuchu w aspekcie wykonania pracy użytecznej wynosi 5-6%. 37

38 ZGRZEWANIE WYBUCHOWE MATERIAŁY WYBUCHOWE- różnią się pomiędzy sobą czułością na pobudzenie, ciepłem i temperaturą wybuchu, energią wyzwalaną przy wybuchu, szybkością reakcji wybuchowej, gęstością, trwałością i postacią w jakiej się znajdują. Ze względu na ich wrażliwość na oddziaływania zewnętrzne jak i możliwości zastosowania, dzielimy je na: 1. INICJUJĄCE, 2. MIOTAJĄCE, 3. KRUSZĄCE, 4. PIROTECHNICZNE. 38

39 MATERIAŁY WYBUCHOWE INICJUJĄCE MW- INICJUJĄCE to materiały detonujące pod wpływem stosunkowo słabego bodźca zewnętrznego. Wymagają dużej delikatności obchodzenia się z nimi. Mogą reagować na lekki dotyk, potarcie, promienie świetlne, temperaturę, płomień. Tak wrażliwe materiały nie są dopuszczone do praktycznych zastosowań. Znaleziono inne związki o dużej wrażliwości, które są odpowiednio bezpieczne. Najbardziej znane to piorunian rtęci, srebra, złota wrażliwe na nakłucie o temperaturze detonacji 187 C-190 C Siłę kruszenia piorunianu rtęci ocenia się jako 5-cio krotnie większą od prochu. Przez dziesiątki lat służył jako materiał do pobudzania wybuchu innych materiałów: dynamitu, prochu, saletry. Konkurencyjne w stosunku do piorunianu rtęci inicjujące MW: -azydek ołowiu mało wrażliwy na wilgoć, siłą przewyższający nitroglicerynę - czuły na bodźce mechaniczne, mało wrażliwy na płomień b. silny! -trójnitrorezorcyjan ołowiu- nieco słabszy od azydku, zaleta: reaguje na działanie płomienia- w zapalnikach na wierzchu warstwy azydku zaprasowuje się cienką powłokę z trójnitrorezorcyjanu. (temp detonacji. 267 C-268 C) 39

40 MATERIAŁY WYBUCHOWE KRUSZĄCE MW kruszące wybuchają pod działaniem materiałów inicjujących, cechuje je b. duża szybkość reakcji tz. szybkiego narastania ciśnienia w jednostce czasu. MW kruszące są mało wrażliwe na impulsy zewnętrzne. MW kruszące trudniej jest pobudzić, wybuchają pod działaniem mat. inicjujących umieszczonych w zapalnikach lontowych lub elektrycznych, cechuje je bardzo duża szybkość reakcji tzn. szybkiego narastania ciśnienia w jednostce czasu. Wykres ciśnienia detonacji jako funkcji czasu dla: 1 - kruszących, 2- miotających 40

41 UKŁADY ZGRZEWANIA WYBUCHOWEGO 41

42 UKŁADY ZGRZEWANIA WYBUCHOWEGO Schematy przebiegu zderzenia płyt dla podstawowych układów zgrzewania: beta kąt zderzenia, delta kąt odrzutu, alfa kąt wstępnego ustawienia płyt 42

43 ZGRZEWANIE WYBUCHOWE 43

44 ZGRZEWANIE WYBUCHOWE TRZECH PŁYT 44

45 ZGRZEWANIE WYBUCHOWE TRZECH PŁYT Tylko do zgrzewania płyt o małych długościach 45

46 ZGRZEWANIE WYBUCHOWE TRZECH PŁYT Powyższe układy dotyczą elementów płaskich 46

47 ZGRZEWANIE WYBUCHOWE Stanowisko zgrzewania układ równoległy 47

48 MECHANIZM ZGRZEWANIA WYBUCHOWEGO Mechanizm zgrzewania wybuchowego nie został do tej pory ostatecznie wyjaśniony. Wynika to z faktu współdziałania wielu zjawisk: Formowania się fal, Samooczyszczenie powierzchni, Oddziaływania ciepła, Występowania odkształcenia plastycznego, Działania naprężeń rozciągających. Dodatkowo po uformowaniu się zgrzein obserwuje się procesy dyfuzji i rekrystalizacji wpływające na własności połączeń. 48

49 BUDOWA ZŁĄCZY ZGRZANYCH WYBUCHOWO 49

50 ZASTOSOWANIE ZGRZEWANIA WYBUCHOWEGO 50

51 ZASTOSOWANIE ZGRZEWANIA WYBUCHOWEGO 51

52 ZASTOSOWANIE ZGRZEWANIA WYBUCHOWEGO 52

53 ZASTOSOWANIE ZGRZEWANIA WYBUCHOWEGO 53

54 ZASTOSOWANIE ZGRZEWANIA WYBUCHOWEGO 54

55 ZASTOSOWANIE ZGRZEWANIA WYBUCHOWEGO 55

56 ZASTOSOWANIE ZGRZEWANIA WYBUCHOWEGO 56