Применение холодной сварки: состав, область применения, преимущества, виды, инструкция по применению

Сварка в холодном состоянии – это процесс твердотельной сварки давлением Рис. 7.34. Вид под микроскопом, в котором внешнее давление прикладывается при комнатной температуре, вызывая существенную из двух сопрягаемых поверхностей, деформацию и сварку.Сварка холодным давлением отличается отсутствием тепла (дополнительно) и флюса. По крайней мере, один из соединяемых металлов должен быть очень пластичным для удовлетворительной холодной сварки.

Свариваемые поверхности необходимо очистить проволочной щеткой от оксидной пленки и тщательно обезжирить перед сваркой. Сварка холодным давлением листов

Два металлических листа приводятся в перекрывающий контакт, и специальный инструмент (пуансон) используется для создания локальной пластической деформации, которая приводит к слиянию между двумя частями.Процесс показан на рис. 7.35 (а). За этим процессом обычно следует отжиг сварного шва, который заменяет клепку.

Сварка проволоки холодным давлением производится на специальном аппарате. Рис. 7.35 (b) иллюстрирует этапы этого процесса. Как видно, концы проводов зажаты и многократно прижаты друг к другу, чтобы обеспечить соответствующую пластическую деформацию. Затем излишки высаженного металла обрезаются острыми краями зажимных губок.

Аппарат для холодной сварки состоит из следующих компонентов:

(i) Пробивные прессы.

(ii) Пробойник или матрица.

(iii) Ролики (как прокатные).

(iv) Статическая нагрузка (ручная или силовая).

Плашки для холодной сварки должны быть такими, чтобы они вызывали контролируемую деформацию в обеих пластинах равномерно. Прикладываемое давление должно быть с обеих сторон пластин.Таким образом достигается глубокая вмятина на поверхности деталей и уменьшение толщины до 50%.

(i) Метод сварки холодным давлением используется при сварке проволокой цветных металлов, таких как алюминий, медь или алюминиево-медные сплавы,

(ii) Используется при сборке небольших транзисторов, где нагрев не допускается,

(iii) Используется для соединения проводов, когда они обрываются во время работы,

(iv) Может использоваться для соединения разнородных металлов,

(в) Металлы, сваренные методом холодной сварки,

(а) Медь и ее сплавы,

(б) Алюминий высокой чистоты и его сплавы,

(c) Никель, цинк и серебро и

(г) Cd и Pd и др.

(i) Этот процесс не требует нагрева и флюса, и, следовательно, получается гладкое соединение.

(ii) Этот процесс подходит для сварки почти всех металлов от A1 до Cu.

Холодная сварка не подходит для высокопрочных (Fe) металлов и сплавов, так как для деформации требуется большее давление.

(PDF) Новый подход к холодной сварке металлов: применение к алюминиевым пруткам

Новый подход к холодной сварке металлов

:

Применение к

алюминиевым пруткам

D.

Iordachescu, M. Iordachescu, M. Blasco, J.L. Ocana

Centro Laser, Universidad Politecnica de

Madrid,

Ctra. де Валенсия, км. 7,3;

Campus Sur

U.P.M.

“LaArboleda”, 28031

Madrid,

Espana,

Тел .: +34 91 3365540, [email protected]

ETSI Caminos, Canales y Puertos, Dep. de Ciencia de Materiales, Universidad

Politecnica de

Madrid,

C / Profesor Aranguren s / n, 28040

Madrid,

Espana,

Тел .: +34 664687919, miordachescu @ mater.ump.es

Area Tematica: Ingenieria de Fabrication

Resumen

La soldadura por frio por presion es un process de fabrication de empalme en estado solido

con varios usos importantes, pero carente en sus фундаментальные. Este papel Presenta un

nuevo acercamiento de lavestigation en el campo, trayendo contribuciones originales

teoricas y Practicas al conocimiento del Principio de la soldadura en frio y creando lascesses

para el desarvrolos maosn .El

acercamiento se basa en un FEM capaz para precir el comportamiento material durante la

deformation, рассмотрение различных условий, введенных для использования кода: анализ

estatico no linear, stretch grande y desviacritasion grande, dislocritasiones. La

корреляция между напряжениями и деформацией материала, имеющего правильное значение. Las

измерений и лас характеристики де ла zona afectada mecanica – MAZ (desarrollado en el

material debido alproso de deformation) estan tambien alcanzados.

Palabras Clave: modelo con elemento finito, soldadura por frio, deformation pldstica,

empalme de aluminio

Abstract

Сварка холодным давлением – это производственный процесс соединения твердого тела с несколькими важными

приложениями, но с пробелами в его основных принципах . В данной статье представлен новый подход исследований

в данной области, вносящий как теоретический, так и практический оригинальный вклад в знания

о принципе холодной сварки и создающий основы для разработки новых процессов

, касающихся современных материалов.Подход основан на МКЭ, способном прогнозировать

поведения материала во время настройки с учетом нескольких ограничений, введенных

используемого кода FEA: нелинейный статический анализ, большие деформации и большие отклонения, заданные перемещения

. Далее рассматривается корреляция между напряжениями и деформацией материала.

Определены размеры и характеристики Зоны механического воздействия – МАЗ (разработанный в

материал в результате наладки).

Ключевые слова: моделирование методом конечных элементов, стыковая холодная сварка

сварка,

пластическая деформация, алюминий

соединения

1.

Введение

Процесс холодной сварки может быть легко и комфортно реализован, что фактически является результатом

усилие прижатия прилагается между двумя металлическими листами надлежащим образом и тщательно очищается

. Этот процесс требует значительных степеней деформации материалов (обычно более

70%),

, полученных за счет использования высоких усилий прессования, способных создавать осадки 10

Холодная сварка | Actforlibraries.org

Холодная сварка – это соединение двух металлических частей вместе с использованием сильного давления и без применения тепла. Холодная сварка – это твердотельный процесс, при котором давление при температуре окружающей среды вызывает слияние двух металлов. Давление вызывает деформацию до тех пор, пока не будет достигнуто желаемое состояние. Холодная сварка особенно подходит для пластмассовых материалов (пластмасс и смол) и металлов, таких как алюминий, медь, серебро, никель и железо. Чаще всего применяется с алюминием и алюминием с разнородными металлами, такими как алюминий-медь.Холодная сварка широко используется в авиационной промышленности и электротехнике, а также в других областях.

Первая демонстрация холодной сварки была проведена в 1724 году, когда преподобный Дж. Л. Дезагюльерс продемонстрировал, что если два свинцовых шарика примерно 25 мм (0,9 дюйма) сжать и скрутить вместе, они образуют соединение. Совместные результаты были нестабильными; однако связи были такими же прочными, как и исходный материал, из которого они были сделаны. Это явление было изучено более подробно только в 1940-х годах.Стало известно, что если бы начальная интенсивная сила могла быть применена к двум частям аналогичного материала внутри вакуума, они бы соединились вместе. Постоянная сварка происходит на атомарном уровне, и связи намного прочнее, чем можно было бы достичь другими методами.

Ученые обнаружили, что холодная сварка также может выполняться без использования чрезмерного давления. Такие же результаты могут быть достигнуты путем применения низкого давления в течение более длительных периодов времени. На практике соединение двух материалов практически невозможно из-за неровностей поверхности.Для достижения максимальных результатов холодной сварки необходимо уменьшить любые формы загрязнения, а свариваемую зону необходимо максимально увеличить. Другой метод заключается в ускорении молекул двух материалов за счет повышения температуры их поверхности.

В 1950-х годах компания General Electric (GEC) разработала простой способ соединения двух частей из цветных металлов. Сварка происходит простым их сжатием. Одного давления достаточно для образования гомогенных связей в меди, алюминии, цинке, свинце, никеле и кадмии.Промышленный потенциал сварки холодным давлением позволил изготавливать проводники арматуры, соединения проводов, оболочки кабелей, герметичные банки, а также многие другие полезные изделия без использования техники сварки. Кроме того, сварка холодным давлением позволила изготавливать металлические соединения, которые были невозможны при электросварке.

Холодная сварка может использоваться для соединения большинства цветных металлов, включая медь и алюминий. Большинство черных металлов содержат углерод, который препятствует процессу холодной сварки.Были проведены испытания с использованием проволоки из низкоуглеродистой стали; однако для того, чтобы произошла холодная сварка, необходимо подвести тепло. Из-за стоимости и безопасности этого метода более практично использовать горячую сварку для соединения черных металлов. Другие сплавы, работающие под холодным давлением, могут быть изготовлены из латуни, никеля, серебра, цинка, золота и многих других. Проволока с покрытием, такая как никелевая пластина, посеребренная и утоненная медь, может быть приварена сама к себе или к простой меди.

В отличие от крупномасштабной холодной сварки, которая обычно требует приложения огромных давлений, новая технология с использованием нанопроволок диаметром менее 10 нм может использоваться для холодной сварки друг с другом посредством механического контакта и низкого приложенного давления.С помощью просвечивающей микроскопии (ПЭМ) было продемонстрировано, что связи в наномасштабе почти идеальны, с такой же ориентацией кристаллов, прочностью и проводимостью, что и использованная нанопроволока. Холодная сварка в наномасштабе, выполняемая между серебром и золотом и серебром и серебром, предполагает, что метод может быть в целом применим в макроскопическом масштабе холодной сварки.

В настоящее время холодная сварка находит широкое применение в различных отраслях промышленности, включая электротехнику, электронику и аэрокосмическую технику.Холодная сварка используется для соединения многих металлических предметов, включая проволоку, полосы, стержни, тонкостенные трубы и неметаллические материалы с достаточной пластичностью, включая пластмассы, смолы и стекло. Холодная сварка хорошо подходит для использования в космосе. Согласно nextbigfuture.com, холодная сварка металлов в наномасштабе будет играть важную роль в производстве электрических и механических наноустройств.

Холодная сварка – искусство соединения металлов без нагрева!

Что такое холодная сварка?

Большинство сварочных процессов связаны с теплопередачей и плавлением металла.Позвольте мне удивить вас, сказав, что существует популярная техника сварки, не зависящая от нагрева. Да, вы правильно прочитали; во время процесса нет необходимости в какой-либо тепловой энергии. Вот почему это называется «холодная сварка».

Чтобы понять принцип работы холодной сварки, давайте резюмируем основную идею наиболее распространенных сварочных процессов. Высокое напряжение или сила тока создают сильную дугу, чтобы обеспечить достаточно тепла, которое заставляет атомы металлов диффундировать друг в друга.

Капли расплавленного металла образуют сварной шов или стык при охлаждении.В отличие от этого, холодная сварка включает приложение высокого давления в диапазоне нескольких мегабаров, чтобы заставить металлы соединиться. Из-за приложения давления к металлам в твердом состоянии этот тип сварки также называют сваркой холодным давлением или сваркой в ​​твердом состоянии или, иногда, контактной сваркой.

За свою сварочную карьеру вы могли скреплять металлы много раз или также прикладывали давление, но почему металлы не соединялись? Во-первых, давление было недостаточным, а во-вторых, профилактическое оксидное покрытие металлов не позволяет им этого делать.

Как известно, оксидный слой препятствует контактной сварке металлов; следовательно, предварительная обработка металлов является необходимым этапом. Металлы подвергаются чистке щеткой и очистке до тех пор, пока оксидный слой не отслаивается. Для достижения лучших результатов перед очисткой поверхности металлической щеткой также можно использовать методы обезжиривания металла. После завершения процесса очистки к металлам равномерно прикладывается давление. Металлы с плоской поверхностью обеспечивают лучшую сварку.

Помимо очистки, пластичность металла также влияет на его сварку.Эта сварка давлением подходит для цветных пластичных металлов, таких как алюминий, медь, свинец, золото и т. Д.

Сварщики используют эту технику сварки для многих соединений. Но чаще всего холодная сварка подходит для стыковых соединений и внахлестку .

Для стыковых соединений вам не придется тратить лишние усилия и время на очистку поверхности. Процесс сделает это за вас. В отличие от стыковых соединений, соединения внахлест обойдутся вам в дополнительный этап шлифовки металла.

Перенос холодного металла, сокращенно CMT, представляет собой интеллектуальный процесс сварки, управляемый сварочным роботом. Это модифицированный процесс переноса металла короткого замыкания MIG, при котором сигнал срабатывает, когда присадочная проволока входит в контакт с основным металлом.

Кроме того, это короткое замыкание происходит при низком входном токе, и, следовательно, наблюдается меньшее разбрызгивание. Генерируемый импульсный сигнал втягивает присадочную проволоку и позволяет сварочной ванне со смещением остыть.Таким образом, образовавшаяся капля закрепляется на месте, создавая эстетически улучшенный и прочный сварной шов. Лучшее в этом методе сварки – это контролируемая скорость наплавки металла с низким тепловложением.

Холодная сварка – единственный метод сварки, который можно использовать для сварки материалов на уровне нанометров. Вы можете себе представить сварку золотой проволоки диаметром до 10 микрон? Вау, разве не было бы замечательно делать очень маленькие сварные швы, которые не видны невооруженным глазом? Кроме того, эти нанопровода требуют приложения низкого давления для формирования сварного шва.Такие нано-сварные швы, полученные при тщательном контроле, дают идеальные соединения с такими похвальными характеристиками, как проводимость и прочность.

В основном твердотельная сварка в наномасштабе выполняется с использованием золотой и серебряной проволоки в процессах нанопроизводства.

Мы все хотим иметь коллекцию наших любимых вещей. Например, женщины любят макияж, и их сердца все равно хотят большего, даже если вы купите им все оттенки помад! Точно так же некоторые любители приключений интересуются коллекционированием патронов.

Пули также подвергаются «холодной сварке» из-за высокого напряжения шейки с латунным гильзой. Такое слияние обычно происходит, когда пули хранятся год или больше. Чтобы избежать этого типа нежелательной сварки, вы можете попробовать имперский сухой графит в качестве смазки для внутренней горловины.

Знаете ли вы, что холодная сварка происходит и в космосе? Когда металлические части соприкасаются в вакууме, они разрушаются и постоянно диффундируют друг с другом. Но это происходит только тогда, когда на металлах нет ржавчины или оксидного слоя.Это явление вызывает дефекты спутников и считается опасным в космических исследованиях.

Чтобы избежать плавления металлов в космосе, аэрокосмические инженеры разрабатывают оборудование из материалов с низкой контактной адгезией. Другие профилактические меры включают использование покрытых или смазанных поверхностей и уменьшение зависимости привода.

Машины для холодной сварки выпускаются в широком ассортименте в зависимости от диаметра проволоки, которую они могут сваривать. Обычно в машину подаются две проволоки, и давление прикладывается через рычаг.Внутренний механизм усиливает это входное давление для образования прочных сварных швов, более прочных, чем исходный материал проволоки.

Небольшой сварочный аппарат HP180 может сваривать проволочные ленты диаметром от 0,3 до 1,8 мм. Вы можете найти другие аппараты TIG, которые могут выполнять холодную сварку. Со скромным бюджетом вы можете купить аппараты для холодной сварки для проволоки диаметром до 15 мм.

Обычно сварочные аппараты TIG работают в двух режимах.Один предназначен для сварки TIG, а другой обозначен как «режим холодной сварки». Режим сварки TIG работает обычным образом, то есть при непрерывном нажатии спускового крючка возникает дуга, и подается присадочная проволока, которая соединяет основные металлы. Но в другом режиме для сварки используется электроискровая технология. Нет необходимости в присадочной проволоке, и вам нужно быстро нажимать на спусковой крючок с регулярными интервалами. Внезапно возникает искра, которая заставляет металлы плавиться и соединяться.

Задумываетесь, почему эту сварку до сих пор называют «холодной сваркой» из-за наличия искры и тепла? Логика такова, что сразу после сварки можно дотронуться до пистолета голыми руками и почувствовать тепло.

• Замечательное преимущество холодной сварки заключается в том, что в процессе сварки не расходуется тепло. Сварщикам не нужно иметь дело с высокой температурой и, как следствие, без брызг и, как следствие, беспорядка в рабочей зоне.
• Во-вторых, другие методы сварки менее подходят для соединения различных металлов. Холодная сварка лучше всего подходит для сварки алюминия и меди без образования хрупких интерметаллических соединений.Кроме того, образующиеся сварные швы привлекают внимание и в то же время прочные.
• Сварщики рекомендуют этим методом сваривать цветные ковкие металлы, такие как золото, медь, серебро, алюминий и латунь, особенно при небольшом диаметре проволоки.
• Это также эффективный по времени метод, так как не тратится время на нагрев и охлаждение основного металла.
• Алюминий серий 2xxx и 7xxx можно сваривать только холодным способом. Их нельзя сваривать MIG или TIG из-за склонности алюминия к горячему растрескиванию.
• Сварка холодным давлением не создает зоны термического влияния (HAZ). Вместо этого он покидает зону механического воздействия (МАЗ) из-за деформации и давления на склеенную область.

До сих пор мы обсуждали многие аспекты контактной сварки. Пришло время показать вам другую сторону картины. Есть несколько ограничений или недостатков холодной сварки, которые необходимо устранить.

Как опытный сварщик, я бы сказал, что холодная сварка – это непростая задача.Если методика не применяется идеально, вам придется пойти на компромисс в отношении прочности соединения / сварного шва. Неожиданные результаты в основном связаны с загрязненной поверхностью или ее неровностями.

Для холодной сварки подходят только цветные пластичные металлы, что делает ее ограниченным методом. Вы должны убедиться, что эти металлы не прошли ранее никаких других процессов закалки. Процессы закалки металлов обычно приводят к добавлению углерода к металлу, и, следовательно, металл склонен к разрушению под высоким давлением.

• В коммерческих целях эта сварка находит свое применение в аэрокосмической, нанотехнологической и автомобильной промышленности. Гидравлические, электрические или пневматические источники создают огромное давление, позволяющее производить сварку в твердом состоянии.
• Контактная сварка также применима при сборке небольших транзисторов, где нагревание может быть опасным.
• Всякий раз, когда проволока обрывается во время процесса, они соединяются посредством холодной сварки, поскольку это происходит быстро, а инструменты также переносятся.

Часто задаваемые вопросы FAQ’S

Сильна ли холодная сварка?

Да, холодная сварка дает прочные соединения, если соблюдены все условия.Лучше всего он работает только с пластичными и цветными металлами. Сварщики считают, что выполнить безупречный процесс холодной сварки сложно. Но если сделать это профессионально, сварные швы будут прочнее, чем основные металлы.

Что вызывает холодную сварку?

Силы притяжения между атомами металла являются основной причиной холодной сварки. Применение высокого давления приводит к более сильному притяжению между атомами металла, и они, вероятно, сливаются с образованием металлических связей.

В заключение, холодная сварка – это процесс соединения металла под давлением.Это быстрая и чистая техника сварки, позволяющая получить соединения прочнее, чем оригинальные металлы. Плюс холодной сварки в том, что ее можно использовать для сварки разнородных металлов или цветных пластичных металлов. Но холодная сварка ограничивается металлами без оксидных слоев и полезна только для соединений внахлест или стыковых соединений.

Экспериментальные и имитационные исследования процесса герметизации тепловых труб холодной сваркой | Китайский журнал машиностроения

Ортогональные экспериментальные результаты

Различные параметры, такие как зазор уплотнения (s _g ), длина уплотнения (s _l ), диаметр уплотнения (s _d ) и скорость уплотнения (s _{). v} ), исследуются, чтобы наблюдать их влияние на прочность соединения в CWSP.На рис. 7 представлены медные трубки до и после процесса герметизации. На рис. 7 (a) показаны медные трубки с разным диаметром уплотнения, а на рис. 7 (b) показаны герметизированные медные трубки с разной длиной уплотнения.

Медные трубки с разными параметрами уплотнения

В таблице 4 представлены ортогональные экспериментальные факторы и уровни, в которых комбинация A ₁ B ₁ С ₁ D ₁ означает, что образец имеет 0.Уплотняющий зазор 5 мм, длина уплотнения 6 мм, диаметр уплотнения 3,8 мм и скорость уплотнения 50 мм / с. В таблице 5 представлена ​​ортогональная схема эксперимента и соответствующие результаты. Значения давления насыщенного пара получены на основе зависимости, представленной на рис. 5, и соответствующих параметров k _1j , к _2j , к _3j для каждого фактора по трем уровням, а также диапазоны R образцов рассчитываются для анализа их влияния на прочность склеивания.Рис. 8 иллюстрирует взаимосвязь между четырьмя факторами и давлением насыщенного пара, которое является показателем прочности сцепления. Согласно ранжированию диапазонов выборки наиболее критическим фактором является зазор уплотнения, за которым следуют длина уплотнения, диаметр уплотнения и скорость уплотнения.

График зависимости между коэффициентами уплотнения и давлением насыщенного пара

Анализ интерфейса связывания

Морфология и металлографический анализ интерфейса соединения

Наблюдаются СЭМ-изображения интерфейса соединения и исходных внутренних поверхностей, как показано на рис.9. Рис. 9 (b) показывает, что верхняя область границы раздела склеивания демонстрирует относительно небольшие неровности на поверхности, в то время как на фиг. 9 (d) и (e) показывают, что исходные внутренние поверхности являются довольно гладкими из-за небольшой пластической деформации. Однако, как показано на Фиг.9 (c), поверхность соединения в центральной области является шероховатой, что указывает на то, что граница раздела испытывает сильное давление во время процесса соединения. Первичный металл может быть выдавлен перед прижатием к противоположной поверхности, и поверхность может иметь неправильную морфологию.Это открытие согласуется с ранее проиллюстрированным механизмом склеивания.

СЭМ-изображения границы раздела склеивания и исходных внутренних поверхностей

Рис. 10 и 11 показаны металлографические фигуры Образца 1 в продольном и поперечном сечениях границы раздела соединений, соответственно. Образец 1 подвергается наибольшей пластической деформации при наименьшем уплотнительном зазоре и диаметре. Рис. 10 (c) показывает, что несжатая область имеет регулярное распределение зерен.Однако рис. 10 (b) показывает, что распределение зерен явно изменяется в переходной области, а рис. 10 (d) показывает, что границу в области соединения трудно наблюдать. На рис. 11 видно, что зерно мелкое и неравномерное распределение. Толщина стенки у выпуклой стороны матрицы меньше, что свидетельствует о более острой пластической деформации. На рис. 12 показаны металлографические рисунки образцов 4 и 9 в положениях 1 и 2, отмеченных на рис. 11 (а). Образцы 4 и 9 имеют большие зазоры уплотнения и четкие граничные линии.Они имеют более крупные зерна и более регулярное распределение, чем образец 1.

Металлографические рисунки образца 1 на продольном сечении границы раздела склеивания

Металлографические фигуры образца 1 в поперечном сечении границы соединения

Металлографические рисунки в поперечном сечении границы раздела склеивания: (а) – (б) образец 4 и (в) – (г) образец 9

Твердость стыка соединения

Рис.10 (а) и 11 (а) показывают несколько позиций тестирования, выбранных для анализа твердости области соединения. Образцы 2, 4 и 9 имеют одинаковые уплотнительные диаметры, но разные уплотнительные зазоры. Длина уплотнения не имеет отношения к твердости в CWSP. Таким образом, влияние уплотнительного зазора на твердость определяется путем сравнения трех образцов.

На рис. 13 показаны графики твердости в различных положениях для испытаний в продольном сечении. Очевидно, что твердость возрастает при малых зазорах уплотнения, а твердость несколько снижается в направлении от выпуклой матрицы к вогнутой матрице на стыке соединения.На рис. 14 показана твердость позиций для испытаний в поперечном сечении. Очевидно, что твердость увеличивается при малых зазорах уплотнения, а твердость в испытательных положениях у Образца 2 намного больше, чем у образцов 4 и 9 в поперечном сечении. Средняя часть области соединения также демонстрирует повышенную твердость, чем в угловых областях.

Твердость контрольных позиций на продольном сечении

Твердость контрольных позиций в поперечном сечении

Анализ моделирования методом конечных элементов

Metal Flow

Рис.15 показано смещение медной трубки в направлении Y в продольном и поперечном сечениях с зазором уплотнения 0,5 мм и скоростью уплотнения 5 мм / с. В окружном направлении металл в средней области имеет большее смещение в Y , чем в углах, где металл встречает большее сопротивление потоку. В направлении толщины центральная часть приобретает большее смещение, чем с обеих сторон, потому что трение между трубкой и штампами на контактных поверхностях препятствует течению металла.На рис. 16 показан более заметный эффект смещения в направлении Z , который предполагает, что металл в основном сжимается, чтобы течь к углам. Рис. 17 представляет собой схему течения металла.

Смещение медной трубки в направлении Y в продольном и поперечном сечениях при с _г = 0,5 мм и с _v = 5 мм / с

Смещение медной трубки в направлении Z, при с _г = 0,5 мм и с _v = 5 мм / с

Принципиальная схема потока металла

Анализ деформации и напряжения

Рис. 18 и 19 показаны распределения общей эквивалентной пластической деформации в различных зазорах уплотнения при скорости уплотнения 20 мм / с и при различных скоростях уплотнения при зазоре уплотнения 0.5 мм соответственно. Увеличение скорости уплотнения при одном и том же зазоре уплотнения приводит к небольшому изменению пластической деформации, тогда как увеличение зазора уплотнения при той же скорости уплотнения приводит к значительному снижению пластической деформации. Этот результат указывает на то, что зазор уплотнения является более важным фактором в общей эквивалентной пластической деформации, чем скорость уплотнения. На рис. 18 (а) показаны выбранные узлы 8 075, 8 781, 3 743, 3 690, 12 052 и 8 148 в области соединения, которые используются для анализа общей эквивалентной пластической деформации.На рис. 20 показан соответствующий график для выбранных узлов. Пластическая деформация постепенно уменьшается в направлении от выпуклой матрицы к вогнутой матрице, поскольку уменьшение толщины стенки трубы больше у стороны выпуклой матрицы, что приводит к острой пластической деформации. Деформационное упрочнение могло произойти из-за перемещений дислокаций материала, вызванных пластической деформацией. Пластическая деформация так или иначе связана со степенью деформационного упрочнения во время процесса, и результаты согласуются с результатами экспериментального испытания твердости.

Распределение суммарной эквивалентной пластической деформации при различных зазорах при с _v = 20 мм / с

Распределение общих эквивалентных пластических деформаций при различных скоростях уплотнения при с _г = 0,5 мм

Полная эквивалентная пластическая деформация узлов вдоль области соединения

Рис.21 показано распределение эквивалентных напряжений при различных зазорах уплотнения и скоростях. Максимальное напряжение наблюдается в области соединения. При том же зазоре уплотнения 0,5 мм увеличение скорости уплотнения увеличивает эквивалентное напряжение. При той же скорости уплотнения 20 мм / с увеличение зазора уплотнения с 0,5 мм до 0,7 мм увеличивает эквивалентное напряжение, тогда как увеличение зазора уплотнения с 0,7 мм до 0,9 мм снижает эквивалентное напряжение. Этот результат указывает на то, что эквивалентное напряжение не всегда увеличивается с увеличением зазора уплотнения при той же скорости уплотнения, что, вероятно, связано с большим выделением тепла при малых зазорах уплотнения, которое снижает эквивалентное напряжение.Эквивалентные напряжения в области соединения в различных ситуациях намного больше, чем у исходного материала, что указывает на относительно острую пластическую деформацию в области соединения.

Распределение эквивалентных напряжений при различных уплотняющих зазорах и скоростях уплотнения

Изменение температуры

На рис. 22 показано распределение температуры продольного сечения на этапах 170, 190 и 200 при различных зазорах уплотнения при скорости уплотнения 20 мм / с.Герметичная медная трубка нагревается до 140 ° C перед CWSP. Перед этапом 170 внутренние поверхности, которые должны быть соединены, не соприкасались, и из-за деформации изгиба из-за выпуклой матрицы было получено небольшое количество тепла. При большом зазоре уплотнения полученного тепла недостаточно для компенсации потерь тепла в окружающую среду, что приводит к снижению температуры всей трубы. Склеиваемые поверхности на этапе 190 находились в полном контакте, и температура увеличивалась с большей скоростью, чем на предыдущих этапах.На рис. 22 (а) показано круговое распределение температуры, которое постепенно уменьшается от центра. Температура увеличивается до максимального значения в конце процесса штамповки на этапе 200 во время формирования соединения. На рисунке видно, что небольшой зазор уплотнения приводит к острой пластической деформации и высокой температуре. На рис. 22 (с) показаны узлы 8781 и 12 052 в середине скрепляющих стен. Узлы выбираются для отслеживания изменения температуры в области склеивания при разных скоростях запечатывания.

Распределение температуры на разных этапах при разных зазорах при с _v = 20 мм / с

На рис. 23 показаны температурные кривые узлов 8781 и 12052. Температура узла 8 781 сначала снижается с низкой скоростью, поскольку тепло передается окружающей среде и кристаллу. Кривая начинает медленно увеличиваться по мере того, как начинается процесс пластической деформации и выделяется тепло.Кривая увеличивается с большой скоростью, когда образуется соединение, и достигает пороговой деформации. Однако температура не может увеличиваться при скорости сварки 5 мм / с, пока не произойдет фактическое соединение. Точно так же низкая деформация возникает перед соединением для узла 12052, что демонстрирует отсутствие повышения температуры до установления контакта между соединяемыми поверхностями. Кривые показывают, что пороговая деформация мала при низкой скорости уплотнения [20], а температура увеличивается с высокой скоростью с меньшим количеством шагов.

Температурные кривые узлов 8 781 и 12 052 при разных скоростях уплотнения

Анализ эффекта

Влияние уплотнительного зазора на прочность соединения

На рис. 8 показано, что прочность соединения ослабевает по мере увеличения уплотнительного зазора и изменяется с большим наклоном, что означает, что небольшое изменение уплотнительного зазора вызывает большие отклонения в сцеплении. сила. Большая сила сжатия требуется для уменьшения толщины и возникновения большой пластической деформации с небольшим уплотнительным зазором, что приводит к шероховатой морфологии поверхности и высокой твердости поверхности.После достижения необходимого снижения порога для металлического соединения продолжающееся сжатие для небольшого зазора приводит к слиянию двух границ раздела и получению относительно большого повышения температуры. Прочность соединения быстро увеличивается по достижении пороговой деформации, а затем устанавливается квалифицированное соединение.

Влияние длины уплотнения на прочность соединения

Прочность соединения увеличивается с относительно большим запасом по мере увеличения длины уплотнения. Прочность соединения определяется как пропорциональная площади контакта при холодной сварке [21].ZHANG и BAY [12] предложили соотношение между номинальной прочностью сварного шва ( σ _В ) и эффективное нормальное давление ( p _В ), действуя на части интерфейса как

$$ \ sigma_ {B} = \ psi p_ {B}, $$

(2)

, где ψ – экспонирование перекрывающейся поверхности.Большая длина уплотнения с большой площадью контакта подразумевает большую эффективную площадь соединения и перекрывающуюся открытую поверхность из-за сжимающей нагрузки. Следовательно, большая длина запечатывания приводит к улучшенной прочности склеивания.

Влияние диаметра уплотнения на прочность соединения

Трубка с большим диаметром уплотнения имеет небольшое уменьшение общей толщины при сжатии до определенной толщины, что приводит к слабой прочности соединения. Меньшая пластическая деформация отражает слабую силу сцепления.Увеличение диаметра уплотнения увеличивает площадь соединения, что в некоторой степени увеличивает прочность соединения. Однако этот эффект незначителен, потому что площадь контакта увеличивается в поперечном сечении, и прочность соединения может не удерживать насыщенный пар внутри, когда он недостаточно прочен в любом месте поперечного сечения. Следовательно, увеличение диаметра уплотнения снижает прочность соединения.

Влияние скорости уплотнения на прочность соединения

Высокая скорость уплотнения приводит к повышению прочности сцепления, как показано на рис.7. Низкая скорость запечатывания оказывает небольшое влияние на прочность склеивания, тогда как высокая скорость запечатывания оказывает более значительное влияние на прочность склеивания. Низкая скорость запечатывания обеспечивает достаточно времени для экструзии первичного металла из-за разрушения оксидных пленок или покровных слоев, а необходимое снижение порога склеивания снижается [20]. Высокая скорость уплотнения вызывает очень критическое явление наклепа деформированного металла, которое сталкивается с высоким сопротивлением потоку при высокой скорости деформации.Высокая скорость деформации также увеличивает работу деформации, что вызывает теплоту пластической деформации, которая не может быть передана в течение короткого периода времени. Вырабатываемое тепло позволяет металлу более легко течь и образовывать металлическую связь с улучшенным воздействием на металл. В результате выделяемое тепло преобладает и усиливает силу склеивания, тем самым повышая прочность скрепления при высокой скорости запечатывания.

Процесс холодной сварки – Docsity

ПРОЦЕССЫ ХОЛОДНОЙ СВАРКИ ИЛИ ХОЛОДНОЙ СВАРКИ ДАВЛЕНИЕМ • Холодная сварка – это процесс твердотельной сварки давлением Рис.7.34. Вид под микроскопом, в котором внешнее давление прикладывается при комнатной температуре, вызывая существенную из двух сопрягаемых поверхностей, деформацию и сварку. Сварка холодным давлением отличается отсутствием тепла (дополнительно) и флюса. • По крайней мере, один из соединяемых металлов должен быть очень пластичным для удовлетворительной холодной сварки. Свариваемые поверхности необходимо очистить проволочной щеткой от оксидной пленки и тщательно обезжирить перед сваркой. Сварка листов холодным давлением.• Два металлических листа приводятся в перекрывающий контакт, и специальный инструмент (пуансон) используется для создания локальной пластической деформации, которая приводит к слиянию между двумя частями. Процесс показан на рис. 7.35 (а). За этим процессом обычно следует отжиг сварного шва, который заменяет клепку. • Сварка проволоки холодным давлением производится на специальном аппарате. Рис. 7.35 (b) иллюстрирует этапы этого процесса. Как видно, концы проводов зажаты и многократно прижаты друг к другу, чтобы обеспечить соответствующую пластическую деформацию.Затем излишки высаженного металла обрезаются острыми краями зажимных губок. • Холодная сварка, соединение материалов без использования тепла, может быть выполнено простым их сжатием. Когда две поверхности без промежуточного оксидного слоя сводятся вместе, одинаковые атомы с каждой стороны схлопываются друг в друга. В отличие от обычного процесса сварки, на границе раздела не происходит сильного нагрева или плавления материала. • Обе поверхности продолжают оставаться в твердой фазе на протяжении всего процесса принудительного склеивания.Необходимое усилие для склеивания прикладывается с помощью механических валков и штампов. Холодная сварка также известна как контактная сварка. Стало известно, что два куска одинаковых металлов будут скрепляться внутри вакуума, если они имеют чистые, плоские поверхности и может быть приложена сильная начальная сила. Во время процесса деформации возникают на 60-80% поверхности склеивания, и это позволяет чистым, чистым металлам вступать в контакт. • Тогда постоянное соединение происходит на атомарном уровне, и сварные швы намного прочнее, чем то, что можно было бы достичь другими способами.Еще одно преимущество состоит в том, что в качестве припоя не используются абсолютно какие-либо промежуточные материалы, поэтому, пока оксидам не позволено реформироваться по поверхности металла, он должен прослужить десятилетия. • С самого начала периода открытия исследователи показали, что холодная сварка также может выполняться без чрезмерных усилий. Аналогичных результатов можно добиться, применяя меньшее давление в течение более длительного периода времени. Другой метод – повысить температуру поверхности двух соединяемых материалов на короткий период времени, чтобы ускорить молекулы.Процесс холодной сварки: • Поверхности должны быть хорошо подготовлены, и необходимо давление, достаточное для создания деформации от 35 до 90 процентов в месте соединения, в зависимости от материала. Нахлесточные соединения листов и стыковая сварка проволоки холодным способом – основные области применения этого метода. • Давление можно прикладывать с помощью пробивных прессов, прокатных клетей или пневматических инструментов. Давление от 1 400 000 до 2 800 000 килопаскалей (от 200 000 до 400 000 фунтов на квадратный дюйм) необходимо для изготовления алюминиевого соединения; почти все другие металлы нуждаются в более высоких давлениях.• Между поверхностями фильеры при комнатной температуре происходит общий поток металла, растягивающий сопрягаемые поверхности металлов. По-настоящему однородный сварной шов формируется без введения связующего. В то время как большинство пластичных металлов можно сваривать в похожие или разнородные металлические соединения, некоторые из них легче соединить вместе. Алюминий, медь и черные металлы, плакированные алюминием или медью, относительно легко сливаются. Медь или плакированные медью материалы должны иметь менее электро никелированное покрытие для обеспечения оптимальной свариваемости.• Зона сварного шва не только однородна в металлургическом отношении, но и металл упрочнен и прочнее, чем прилегающие области. Детали соединяются без загрязнения от искр, пыли и паров. Не может быть загрязнений от флюсов, припоев или припоев, которые традиционно используются в определенных отраслях промышленности.

Соединение металлов без нагрева (холодная сварка)

Такие методы, как дуговая сварка, сварка трением, ультразвуковая сварка и лазерная сварка, так или иначе связаны с нагревом.Фактически, тепло считается синонимом сварки и является неотъемлемой частью соединения двух материалов. Но это далеко от истины, и холодная сварка – очевидное тому подтверждение. Холодная сварка – это процесс соединения двух металлов без использования тепла. Это может показаться невозможным, но это один из самых популярных методов сварки.

Элемент тепла в процессе сварки используется для того, чтобы сделать детали достаточно пластичными, так что может происходить диффузия атомов либо между двумя деталями, либо с другой средой в середине.Однако использование тепла для соединения материалов необязательно. Сварка в холодном состоянии демонстрирует это в режиме реального времени.

Холодная сварка использует давление для соединения двух материалов. С научной точки зрения этот процесс называется твердотельной диффузией, и для создания сварных швов в нем используется давление. Когда два материала прижимаются друг к другу, они обычно не свариваются. В основном это связано с тем, что на поверхности материалов имеется оксидный слой или тонкий барьер. Если мы возьмем случай металла, оксидный слой на поверхности подобен барьеру, который не позволяет ему диффундировать с другим металлом.

Холодная сварка решает эту проблему за счет подготовки металлов перед сваркой. Процесс подготовки включает очистку или чистку металлов щеткой до такой степени, что удаляется верхний оксидный или барьерный слой. Это достигается обезжириванием металла и последующей обработкой металлической щеткой. После достижения желаемой чистоты поверхности оба материала механически прижимаются друг к другу с нужным усилием. Величина силы зависит от самого материала, так как некоторые материалы могут свариваться только при высоких давлениях.

Одним из условий, необходимых для холодной сварки, является то, что хотя бы один из материалов должен быть пластичным и не должен подвергаться сильному упрочнению. Это, очевидно, сужает список материалов, которые могут быть кандидатами для холодной сварки. Мягкие металлы – лучший выбор для холодной сварки.

Наиболее распространенные соединения, возможные при холодной сварке:

При стыковом соединении удаление барьерного слоя металла не требуется, поскольку пластическая деформация, возникающая в процессе соединения, автоматически разрушает барьер.Тем не менее, нахлесточные соединения требуют особой обработки, потому что в противном случае материалы не будут прилипать друг к другу.

Ограничения холодной сварки

Очень сложно добиться идеальной холодной сварки. Это связано с несколькими причинами, такими как оксидные слои, которые образуются на поверхности металла в атмосферных условиях, неровности поверхности, поверхностное загрязнение и т. Д. Оптимальная холодная сварка возможна только в том случае, если две прижимаемые друг к другу поверхности чистые и не содержат каких-либо загрязнений.Чем ровнее и ровнее поверхность, тем легче и равномернее будет сварка. Кроме того, существуют ограничения на типы металлов, которые можно соединять при холодной сварке. Цветные мягкие металлы – единственные кандидаты, пригодные для холодной сварки. Медь и алюминий – два наиболее часто свариваемых методом холодной сварки. Металлы, содержащие углерод, не поддаются холодной сварке.

Преимущества использования холодной сварки

Наиболее заметным преимуществом холодной сварки является то, что полученные сварные швы имеют такую ​​же прочность сцепления, что и основной материал.Этот подвиг очень сложно воспроизвести в металлообработке. Холодная обработка также позволяет сваривать алюминий серий 2ххх и 7ххх, что часто невозможно с другими видами сварки.

В промышленности холодная сварка известна своей способностью сваривать вместе алюминий и медь, которые часто трудно сваривать другими методами сварки. Однако связь, созданная между двумя материалами при холодной сварке, очень прочная. Холодная сварка обеспечивает чистые и прочные швы без образования хрупких интерметаллических соединений.

Применение холодной сварки

Холодная сварка в основном применяется в сварочной проволоке. Поскольку при этом не требуется тепла и процесс может быть выполнен быстро, холодная сварка может обеспечить идеально свариваемую проволоку, в основном из алюминия, меди, латуни 70/30, цинка, серебра и серебряных сплавов, никеля и золота. Существуют даже портативные инструменты, которые можно использовать для холодной сварки проволоки, что делает его очень портативным и простым в использовании. Холодная сварка также используется в тех случаях, когда необходимо соединить разнородные металлы, например, между медью и алюминием, о которой мы уже говорили.

Холодная сварка обеспечивает один из самых прочных сварных швов для создания соединений, подобных основному металлу. Не требует ни тепловой энергии, ни специальных инструментов.