книги / Электрооборудование электровакуумного производства

К й : холодную —с температурой металла в месте сваркй ниже температуры рекристаллизации, горячую — в твер­ дом состоянии с нагревом между температурами ре­ кристаллизации и плавления и горячую — оплавлением с нагревом выше температуры плавления. На рис. 2-28 показаны примерные области холодной и горячей сты-

Рис. 2-28. Примерные области холодной (А), го­ рячей (В) стыковой сварки в твердом состоянии и оплавлением (П -

5 — область рекристаллизации; ^ — температура плав*

ления окислов; Q — температура рекристаллизации.

ковой сварки для чистых металлов. На рис. 2-29 при­ ведена классификация способов сварки на основе при­ менения давления (осадки) при сварке. По этому при­ знаку все способы сварки разделяются на две группы: сварка давлением; сварка плавлением без давления. Все остальные признаки не принимаются во внимание, даже состояние металла. К сварке плавлением примы-

sei

С в а р к а м е т а л л о в

Рис. 2-29. К лассификация способов сварки.

кает пайка, отличающаяся тем, что расплавляется лишь присадочный материал (припой), а основной сваривае­ мый металл остается нерасплавленным, в то время как при сварке частично расплавляется основной металл. Возможна классификация способов сварки по виду при­ меняемой энергии, по степени механизации, по виду свариваемых металлов и т. д. В электронной промыш­ ленности используются почти все способы сварки в за­ висимости от особенностей технологического процесса производства. Однако наиболее массовым способом сварки является электросварка в различных модифика­ циях. При изготовлении различных электровакуумных приборов электросварка используется для соединения деталей из разнородных металлов, имеющих сложную конфигурацию и разную толщину. Например, в произ­ водстве осциллографических электронно-лучевых тру­ бок контактной электросваркой осуществляется привар­ ка отклоняющих пластин из стали толщиной 0,3 мм к выводу из ковара, имеющему диаметр около 1,5 мм; при этом геометрическое местоположение пластины строго определено и не должно меняться, а также не должно наблюдаться коробления пластины в резуль­ тате термического воздействия сварки. При монтаже электронно-оптических систем ЭЛТ осуществляется при­ варка хвостика катода, выполненного из никелевой плющенки толщиной 0,1 мм, к коваровому выводу нож­ ки (бесцокольный вариант прибора), имеющему диа­ метр 1,5 мм. Еще более жесткие требования предъяв­ ляются к сварочному оборудованию в производстве масочных кинескопов цветного телевидения. В произ­ водстве счетчиков излучения применяется вакуумно­ плотная шовная сварка. Миниатюризация приемно-уси­ лительных ламп при их массовом выпуске также ставит перед сварочным оборудованием очень серьезные зада­ чи получения высококачественных сварных соединений на малых деталях при высокой производительности. Задачи получения высококачественных сварных соеди­ нений деталей сложной конфигурации из разнородных металлов при разных толщинах в условиях массового и единичного производства с сохранением высокой про­ изводительности в основном решаются на базе спе­ циального оборудования, использующего принцип элек­ трической контактной сварки. Электрическая контакт­ ная сварка (сварка сопротивлением) основана на ис-

133

пользовании тепла для нагрева деталей в месте сварки в результате прохождения электрического тока.

Токоподводящие электроды, как правило, одновре­ менно используются для передачи давления на нагре­ ваемые детали. Таким образом, электрическая контакт­ ная сварка относится к сварке давлением. На рис. 2-30 показаны три основных вида контактной сварки, кото-

Рис. 2-30. Виды контактной сварки.

й — стыковая; б — точечная; в — шовная; 1 — свариваемый ме­ талл; 2 — токоподводящие электроды; 3 — сварочный трансфор­

матор.

рые различаются по форме выполняемых соединений: а — стыковая; б — точечная; в — шовная или роликовая. Контактная стыковая сварка — это соединение метал­ лов с концентрированным электронагревом и осадкой свариваемых концов деталей. Концентрированное теп­ ловыделение происходит за счет как контактного, так и собственного сопротивления детали. Контактная сты­ ковая сварка подразделяется на стыковую сварку со­ противлением, стыковую сварку оплавлением, роликово­ стыковую, Т-образную сварку и сварку по методу Игнатьева. Следует указать, что сварка оплавлением имеет ряд существенных преимуществ, заключающихся в том, что она позволяет сваривать почти все металлы и сплавы, несмотря на различие физических свойств, а также не требует специальной подготовки поверхно­ сти деталей, так как в процессе сварки сгорают и уда­ ляются вместе с расплавленным металлом загрязнения. Однако крупным недостатком сварки оплавлением явля­ ется большая потеря металла, что может иметь сущест­ венное значение при высокой стоимости металла или в случае сварки деталей, изготовленных с высокой точ­ ностью, которая может быть потеряна.

Точечная сварка является наиболее широко распро­ страненной. При точечной сварке детали зажимаются

134

между двумя электродами. В результате пропускания тока происходит локальный нагрев, приводящий к обра­ зованию расплава на границе соединяемых деталей. При выключении тока происходит охлаждение метал­ ла, причем сначала затвердевает расплавленная зона. При кристаллизации наблюдается усаДка. В зоне свар­ ки может происходить рост зерна, приводящий к по­

ка из-за формы применяемых электродов часто называется роликовой. На рис. 2-31 показана принци­ пиальная электрическая схема получения сварного соединения при контактной электрической сварке. По

деталями. В случае сварки деталей из однородного металла сопротивление,сварочной цепи равно:

/?= 2^э+ 2J?M+1/?к,

135

а тепловая мощность и выделяемое тепло определяются соответственно как

W=k(2R9+2RM+ R B)R, Дж/с;

Q=k(2Ra+2RM+ R B)I4, Дж.

Тепло, выделяемое в металле свариваемых деталей и на границе между деталями на контактном сопро­ тивлении, является полезным для процесса сварки, а тепло, выделяемое на контакте между деталью и элек­ тродом,— вредным, так как оно приводит к усиленному износу электродов и обгоранию наружной поверхности свариваемых деталей. В процессе сварки сопротивление металла детали, подвергающегося нагреву, растет с по­ вышением температуры и для цветных металлов при­ ближенно выражается следующей зависимостью:

Рг—ро(1+а7),

где ро—удельное сопротивление при 0°С; а — температурный коэффициент электрического со­

противления, для чистых металлов а=4-10~3, для сплавов а— »-0 (очень мало).

Электрическое сопротивление сталей разных марок при повышении температуры стремится к одному зна­ чению, что связано с аустенитным превращением же­ леза.

136

^Дельное сойрО'Гйвлёкйе для некоторых мётаЛДов при комнатной температуре приведено в табл. 2-3.

Электрическое сопротивление RK контакта изменяет­ ся в сторону уменьшения. Повышенное сопротивление контакта в начале сварки вызвано тремя факторами: малым действительным сечением металла в зоне кон­

окисных пленок и загрязнений с малой электропроводностью на поверхности металла. В связи с этим кон­ тактное сопротивление зависит от величины приложен­ ного давления и уменьшается с увеличением давления, так как при увеличении давления увеличивается дейст­ вительное сечение за счет уплотнения неровностей по­ верхности металла. Зависимость между давлением, приложенным к контакту, и его электрическим сопро­ тивлением определяется следующей формулой:

Сопротивление контакта уменьшается с увеличением температуры и при температурах выше 700°С стано­ вится очень малым (рис. 2-33). Таким образом, сопро­ тивление металла возрастает, а сопротивление контакта уменьшается при возрастании температуры, в результа­ те чего общее сопротивление сварочной цепи уменьша­ ется не резко. Приведенные формулы позволяют доста­ точно точно определить общее количество тепла, выде­ ляемого при сварке. Однако очень трудно рассчитать

137

й лучеиспусканием, поэтому для практических расчетов приходится пользоваться опытными данными.

Качество сварного соединения зависит от многих факторов, но определяющими являются следующие;

1) геометрия свариваемых деталей (размеры и форма);

2) материал деталей (физические свойства);

3)качество подготовки поверхности (механическая обработка, химическая очистка и т. д.);

4)материал и форма электродов, а также траекто­ рия их движения;

5)давление;

6) величина сварочного тока;

7) длительность (временная) процесса сварки;

8) условия проведения процесса сварки (защитная среда, вакуум и т. д.).

Если первые три фактора не зависят от оборудова­ ния, то последние пять целиком определяются приме­ няемым оборудованием.

Для контактной сварки процесс осадки так же ва­

рис. 2-34 показаны простейшие кинематические схемы движения электрода. Вторая схема имеет преимущест­ венное распространение, так как не обладает недостат­ ком бокового соскальзывания, который присущ первой

138

схеме. В большинстве случаев необходимое давление получают применением электропривода, магнитного, гидравлического или пневматического привода. Так как при сварке давление оказывается весьма большим, то конструкция оборудования должна обеспечивать необ­ ходимую жесткость, иначе нарушится точность работы и снизится качество сварного соединения. Электроды не только подводят ток, но и, как правило, передают боль­ шие механические усилия, поэтому требования, предъяв­ ляемые к ним, весьма противоречивы. Электроды обыч­ но изготавливаются из материалов, обладающих хоро­ шей электро- и теплопроводностью, причем для обес­ печения надежного контакта материал должен быть

Чаще всего для изготовления электродов используется кованая или холоднокатаная чистая электролитическая медь марки Ml. Однако медь не удовлетворяет ряду требований, которые предъявляются электронной про­ мышленностью к электродам при контактной сварке. Поэтому используются электроды, изготовленные из специальных сплавов, обладающих при удовлетвори­ тельных электро- и теплопроводности высокой твер­ достью и механической прочностью. Применяются низ­ колегированные сплавы меди (количество присадок 1—2%), сохраняющие цвет и внешний вид меди, напри­ мер медно-хромоцинковый сплав ЭВ. Высоколегирован­ ные сплавы меди имеют светло-серый цвет, так как легирование обычно проводится вольфрамом, например медно-вольфрамовый сплав кирит. Применение высоко­ легированных электродов диктуется производственной необходимостью. Например, при сборке катодного узла электронно-лучевой трубки рекомендуется использовать вольфрамовый электрод или электрод из сплава «Эльконайт», не оставляющие следов меди в месте сварки. При наличии таких следов есть опасность отравления като­ да медью во время работы готового прибора. Наиболее часто применяется цилиндрическая форма электрода с конусным наконечником, однако возможно примене­ ние любой удобной для работы формы электродов, осо­ бенно в случае использования двух подвижных элек­ тродов, как, например, сварочные щипцы или клещи.

139