Трансформаторно-конденсаторная сварка

 

Данный вид сварки предназначен в основном для точечной и шовной сварки. Здесь разряд преобразуется с помощью сварочного трансформатора, в левом положении переключателя происходит зарядка конденсатора от источника постоянного тока, а в правом положении происходит разрядка конденсатора на первичную обмотку сварочного трансформатора, во вторичной обмотке наводится ток большой силы, обеспечивающий сварку предварительно сжатых заготовок.

Такой метод сварки применяется в производстве электроизмерительных и авиационных приборов, часовых механизмов, при изготовлении фотоаппаратов.

 

 

Неразрушающие методы контроля качества сварных соединений

1. Для испытания сварных швов емкостей одну сторону шва смазывают керосином, а другую сторону смазывают мелом. В местах неплотного соединения на поверхности шва, покрытого мелом, появляются темные пятна. Благодаря высокой проникающей способности керосина можно обнаружить не проваренные участки размером в несколько мкм.

2. Магнитный контроль качества сварного шва. Он основан на намагничивании сварных соединений и обнаружении полей магнитного рассеивания на дефектных участках. Изделие намагничивают и на поверхность наносят порошок железной окалины или его масляную суспензию, изделие слегка обстукивают для облегчения подвижности порошка и по его скоплению обнаруживают дефекты, находящиеся на глубине до 6 мм.

3. Рентгеновское просвечивание основано на различном поглощении рентгеновского излучения участками металла с дефектами и без них. Это используется для деталей из стали, толщиной 10 – 200 мм, для алюминия – до 300 мм, для меди – до 25 мм..

4. Ультразвуковой контроль основан на способности ультразвуковых волн отражаться от поверхности раздела двух сред. Вдоль поверхности сварного шва проводят сканирующим щупом и при встрече с дефектом на экране осциллографа фиксируется пик кривой. Такой вид контроля позволяет обнаруживать дефекты на глубине от 1 до 250 мм.

ГАЗОТЕРМИЧЕСКОЕ НАПЫЛЕНИЕ

По сравнению с химическим и электрохимическим и электрохимическим нанесением покрытий, в данном методе не требуется использование токсичных веществ и такой метод является экологически чистой технологией.

Напылённые покрытия могут обладать специфическими свойствами: эмиссионными и антиэмиссионными, тепло и электроизоляционными, антикоррозийными, биоактивными и биоинертными.

 

Тигельная металлизация (шоопирование).

 

Данный способ предусматривает плавление распыляемого сплава в тигле с помощью индукционного нагрева. Выпускается расплавленный металл через отверстие в дне тигля и распыляется с помощью газа, при давлении Р = 1 МПа на подложку. Более широко тигельная металлизация используется для напыления легкоплавких металлов: цинка, олова, свинца и их сплавов.

 

Электродуговая металлизация.

 

Отличается от предыдущей тем, что для напыления используют проволочный материал. Для распыляемых концов проволоки используют электрическую дугу, в эту же зону распыления подаётся газ под давлением и жидкие капли вместе, с помощью газа, оседают на подложке.

 

Плазменное напыление.

 

Это наиболее распространённый способ в газотермическом напылении. Сущность его заключается в том, что в плазменную струю при помощи плазмотрона впрыскивается порошок напыляемого материала, частицы этого порошка подхватываются потоком плазмы, ускоряются и разогреваются до высоких температур. На пути движения этих разогретых частиц порошка устанавливают подложку, и в момент столкновения с ней за счёт большой ударной силы, происходит формирование покрытия.

Сама плазма была открыта в 1929г. Лэнгмюром и Тонкстоном для газа, в котором более 1% атома и молекул находятся в ионизированном состоянии, но при этом газ остаётся квазинейтральным.

Плазма подчиняется большинству газовых законов, но отличается высокой электропроводимостью и взаимодействием с магнитными полями.

Плазма бывает: высокотемпературная, холодная, низкотемпературная.

Высокотемпературная плазма – данный вид плазмы протекает при термоядерных реакциях и имеет температуру в несколько миллионов градусов Цельсия.

Холодная плазма – этот вид плазмы получается при разрядке газа при низком давлении (тлеющий разряд) и применяется как источник ускорителя потока энергии ионов.

Низкотемпературная плазма – создаётся при атмосферном давлении, является более плотной, её температура находится в пределах 10 – 100 тысяч градусов Цельсия. Концентрация энергии такой плазмы достигает до 100 кВа/см², её энтальпия (теплосодержание системы) очень высока, при нахождении системы в равновесии будет наблюдаться максимальная энтальпия. Изменении энтальпии соответствует подведённому и отведённому количеству тепла, которое является тепловой функцией энтальпии.

Низкотемпературная плазма обладает хорошими переносными свойствами тепла и скоростью попадающими в неё частиц.

Приведённые свойства низкотемпературной плазмы обеспечивают её широкое применение в технологических процессах термического напыления материалов.

Эти процессы имеют следующие достоинства:

- высокая производительность (до 80 гк/час);

- широкая номенклатура напыляемых материалов, включая тугоплавкие материалы;

- большое количество регулируемых параметров режима напыления, что позволяет получать покрытии с заранее заданными свойствами;

- высокое значение коэффициента использования материала (до 0,8);

- относительно небольшая себестоимость технологий или оборудования;

- простота механизации и автоматизации.

К недостаткам низкотемпературной плазмы можно отнести следующее:

- пониженное значение коэффициента использования энергии;

- микронеоднородность структуры создаваемого покрытия;

- невысокая когезионная (сцепление частиц полученного покрытия между собой) и адгезионная (прочность сцепления покрытия с подложкой) прочность покрытия;

- повышенный уровень шума от технологического процесса.

 

Дуговые плазмотроны более простые по конструкции и более надёжные, а ВЧ плазматроны с повышенной температурой используются в плазмохимических процессах. Электрическая дуга плазмотрона может быть зависимой (прямой) или независимой (косвенной).

Независимая дуга образуется между электродом и соплом плазматрона так, что изделие получает тепло только от плазменной струи, но при этом снижается тепловой КПД процесса. С другой стороны упрощается система возбуждения дуги и создаётся возможность плазменного воздействия и на неэлектропроводящие материалы. Применяется такая дуга для напыления, химического синтеза, нагрева.

Зависимая дуга. В этом случае изделие получает дополнительную долю тепла, что в свою очередь увеличивает тепловой КПД плазматрона и позволяет использовать его для плазменной обработки электропроводящих металлов: резки, сварки, плавки, напыления и др.

 

 

Схема плазматрона

 

1. подложка с нанесённым покрытием;

2. струя плазмы с наносимым порошком;

3. сопло плазматрона;

4. анод;

5. низкотемпературная плазма;

6. катод.

 

Под давлением газа электрическая дуга смещается в сторону сопла, обдувается потоком газа, охлаждается и сжимается вдоль оси плазматрона, благодаря термическому пич-эффекту и за счёт собственного магнитного поля. В результате такого сжатия возрастает напряжённость электрического поля, удельная электрическая мощность, плотность тока увеличивается до100 А/мм², что на порядок выше плотности тока свободной дуги, за счёт этого повышается температура на оси дуги и она превращается в ядро низкотемпературной плазмы, а газ проходит через ядро, ионизируется и становится плазменной струёй. Перед выходом из сопла в плазменную струю вводится порошок, и когда на выходе струя расширяется, то возникает осевой градиент её собственного магнитного поля, за счёт этого скорость струи достигает до 2000 м/с, а скорость напыляемых частиц – до 200-300 м/с.

 

Плазмообразующие газы.

 

Плазмообразующие газы оказывают большое влияние на характеристики плазменной струи и, следовательно, должны быть наделены определёнными качествами:

- высоким показателем теплопереноса;

- инертностью;

- высоким значением энтальпии;

- небольшой стоимостью.

В качестве плазмообразующих газов используют водород, аргон, азот, а также их смеси. Для плазмы должны соблюдаться следующие условия: энергия ионизации должна быть меньше кинетической энергии частиц вещества и энергии связи атомных ядер, это условие выполняется при определённом соотношении между числом заряженных частиц, температурой электронов и диаметром камеры плазматрона d_камеры = 5(Т_е/N)^1/2, то есть в данном объёме должно содержаться определённое количество заряженных частиц достаточное для того, чтобы уход электрода на стенки камеры компенсировался возникновением электронного поля, и при этом соблюдалось условие квазинейтральности.

В зависимости от энергии ионизации, начальная температура существования плазмы находится в пределах (3000-10000)К.

Создание плазмы из одноатомных газов требует подвода меньшей энергии, так как для двух атомов требуется дополнительная теплота диссоциации. При рекомбинации атомов в молекулы в холодной зоне теплота диссоциации высвобождается, повышается эффект использования теплоты струи плазмы. Для большинства процессов нагрева двухатомные газы выгоднее одноатомных, однако, как пример, использование водорода вызывает сильную эрозию сопла плазматрона. Для работы с азотом, по мимо требующихся больших мощностей, необходимо наличие в технологическом процессе высоких напряжений. У азота при температуре в 5500К такое же теплосодержание, что и у аргона при температуре в 380К. однако выделение тепла из плазмы двухатомных газов сопровождается сравнительно небольшим падением температуры, а при использовании аргона – температура плазмы с отдачей тепла быстро падает.

 

Газ	Начало ионизации	Полная ионизация
Ar	8000К	18000К
N2	6000К	28000К
H2	9000К	30000К

 

Технологические схемы.

 

Технологические схемы различаются:

1. по принципу создания плазмы;
2. по способу формирования плазменной струи;
3. по состоянию используемого для распыления материала (распыление порошка, распыление проволоки, при чём распыление проволоки может осуществляться по двум схемам: проволока является нейтральной, или с применением проволоки анода);
4. по способу защиты процесса напыления от воздействия воздуха;

По первому пункту различают две основные схемы:

- с применением дугового плазматрона, где между электродами создаётся мощный дуговой разряд;

- напыление с использованием высокочастотного индукционного плазматрона, создающего безэлектродный разряд в электронном поле высокой частоты и повышенной напряжённости.

По второму пункту происходит различие по количеству создаваемых дуговых источников плазмы:

- однодуговая с радиальной подачей порошка;

- двухструйная с осевой подачей порошка;

- трехфазная с повышенной мощностью и с осевой подачей порошка.

 

При схеме №1 создаётся турбулентный поток истечения плазмы. С ограниченными показателями эффективности использования тепла представлены схемы №2 и №3, они обеспечивают получение ламинарного плазменного потока с увеличенными показателями эффективности и пониженным уровнем шума.