Особливості зварювання КМ.

Здатність до зварювання КМ є складною проблемою. Високотемпературне

нагрівання при зварюванні КМ може викликати не тільки втрату властивостей КМ, а й значну крихкість зварних швів.

Тому в основному для зварювання КМ застосовуються способи зварюван-

ня в твердій фазі. Застосовується точкове, шовне вибухом, дифузійне, клино-пресове зварювання.

Режими зварювання тиском: не повинні змішувати і дробити армуючи

компоненти.

Зварювання плавленням застосовується дуже рідко. Треба вибирати спосо-

би і режими зварювання з мінімальним тепловкладанням в зону з'єднання. Зва-

вання плавленням застосовують для зварювання КМ з термодинамічно сумісни-

ми компонентами Сu - W, Аg - W (волокнисті ).

При зварюванні плавленням КМ виникає дві задачі : необхідність з'єднан-ня удовжки волокон і поперек.

Друга задача складніші, тому, що треба з'єднати як волокна, так і матричний матеріал. В процесі зварювання визначальними є процеси змочування

армуючого елемента матричним матеріалом.

Змочування волокон матричним матеріалом повинно бути максимальним (найкращим ), щоб забезпечити міцний зв'язок на межі розділу матриця – во-

локно. Для поліпшення змочування на поверхню волокон наносять бар'єрні по-

криття, або вводять в матрицю поверхнево-активні елементи.

При з'єднанні тонколистових ВКМ швом, розташованим вздовж волокон зварювання виконують неплавким електродом через вставку із матеріалу мат-

риці.

Необхідність застосування такої вставки обумовлена тим, що в склад шва

не повинен входити переплавлений матеріал волокон, який при хімічній вза-ємодії з матеріалом матриці дає крихкі інтерметаліди.

Розміри вставки Н, S₁ визначають режим зварювання, який визначить оп-

тимальні розміри шва. Оптимальний шов повинен мати мінімальну ширину і

опуклі поверхні з двох боків.

Точкове зварювання КМ.

Властивості точки залежіть від об'ємної частки армуючи наповнювачів.

Вища якість точки, коли об'ємна частка волокон < 50%. Якщо > 50% дета-

лі дуже жорстки. В деяких випадках рекомендується застосовувати проміжні

прокладки із алюмінієвій фольги.

Основні параметри режиму точкового зварювання.

Iзв. = 25 … 50 КА, tков = 0,05 … 0,1с

Fзв , Fков.

Більш ефективне точкове конденсаторне зварювання.

Точкове зварювання – паяння.

припой П 425 ( 65% Zn, 20% Аl, 15% Сu )

КМ

КМ КАС – 1А + КАС - 1А

S = 0,8…1,2 мм

δ = 0,3…0,5 мм

Клеє –зварні точкові з'єднання.

Дифузійне зварювання КМ буває 3^х видів.

а) в твердій фазі ( без деформування, або з незначним деформуванням);

б) з деформуванням;

в) близький до дифузійного паяння.

а) – зняття оксидної плівки на поверхні деталей перед зварюванням.

б) – не вимагається ретельна підготовка поверхні.

в) – між деталями розміщують фольгу.

Вирішальне значення має підготовка поверхні деталі (електрополірування,

шліфування)

Застосовують проміжні прокладки із Сu, ( 5 мкм), Аg ( 6 мкм ),

сплав Д1 ( 75 мкм ).

Режим зварювання Аl + В : Т = 4800С

Р = 2 МПа

t = 30…70 зв

Обладнання для дифузійного зварювання : ВСДУ.

Класифікація способів виконання нероз'ємних

з'єднань МКМ

Термо-механічні

(Тнач>Тпл.м.матр) (Тнач< Тпл.м.)

При зварюванні тиском та дифузійному зварюванні матриця зазнає пластич-ного деформування, а волокна не з'єднуються і не зазнають значного термічно-го впливу на зварювальний процес, тому що при дифузійному зварюванні

Тнач < Т пл..матр. , а при контактному зварюванні процес триває соті долі се-

кунди.

При зварюванні плавленням матриця розплавляється. Т нагрівання значна і

тому в зоні зварювання можуть розплавитися волокна. Тому застосування зва-

рювання плавленням потребує спеціальних технологічних заходів захисту арму-

юних волокон від розплавлення.

Контактне зварювання (точкове, шовне ).

Виконують на стандартному обладнанні. Підготовка поверхні – хімічне плав-

лення.

Утворення з'єднань виникає за рахунок розплавлення матриці в зоні контак-ту, а армуючи волокна не розплавляються, тому що час контакту малий, хо-

ча І зв. і тиск Р зв. великі.

Точкове зварювання – з'єднують внапусток елементи жорсткості з обшивка-ми, тонкостінні оболонки і панелі.

Шовне зварювання

– використовують при виготовленні силових оболонок, для приварки

елементів жорскості;

– стикове з'єднання з використанням накладок із матеріалу, близь-

кого до матриць.

Контактне зварювання – паяння – проміжний шар – припой низькотемпера-турний ( Т пл.. = 425⁰С )

Дифузійне зварювання – зварювання в твердій фазі з низько інтенсивним

нагріванням і значним силовим впливом.

З'єднання виникає в результаті термодеформаційної взаємодії металу мат-риці, а волокна не з'єднуються між собою.

Тиск Р, температура І, тривалість нагрівання t .

Захисна атмосфера – вакуум, інертний газ.

Нагрівання – індукційний струм високої частоти, контактне нагрівання.

Зварювання плавленням.

Є відомості про використання зварювання плавленням для з'єднання МКМ

з волокнами В і сталі.

Не повинні бути пошкодженими волокна. Для цього треба обмежити зону

ефективного нагрівання. Це можна досягти застосуванням ЕП і Л зв. , завдяки

глибокій h і малій ширині шва.

Використання стандартного способу АДЗ не дало позитивних результатів.

Проведені в ІЕЗ дослідження дугового зварювання МКМ системи Аl – В

марки ВКА – 2 на листових заготовках товщиною S = 1,0…4,0 мм. Матриця -

АД33, в якій розташовано 5 – 15 моношарів з одно направленим розташуванням волокон бора d = 0,14 мм. АДЗ не змінним струмом в

безперервному і імпульсному режимах.

Напрямок зварювання – вздовж волокон.

1 – присаджувальний дріт

2 – пристрій для притис-

кання пластин;

3 – деталі з МНК;

4 – підкладка;

5 – термонагрівач;

6 – піддув аргон;

7 –розплавлена вставка.

Зазор В = (0,6 – 1,5 ) S – критичний; при якому здійснюється сплавлення присадкового металу з матрицею. Частка присадочного метала у шві ≥ 90%.

Вставки мають різні форми:

Кромки піддавались плакуванню алюмінієвою фольгою АВ δ = 0,1…0,3мм.