Контактная стыковая сварка


Способы контактной сварки

Различают стыковую, точечную и шовную сварку.

Стыковая контактная сварка

Стыковая контактная сварка - способ контактной сварки, при котором заготовки свариваются по всей площади касания. Схема контактной стыковой сварки приведена на рис.1. Свариваемые заготовки 1 закрепляют в зажимах стыковой машины. Зажим 3 установлен на неподвижной плите 2, зажим 4 - на подвижной плите 5. Сварочный трансформатор 6 соединен с плитами гибкими шинами и питается от сети переменного тока через включающее устройство. При помощи механизма давления подвижная плита 5 перемещается, свариваемые заготовки 1 сжимаются под действием усилия Р.

Различают стыковую сварку сопротивлением и оплавлением. Сваркa сопротивлением - стыковая сварка с разогревом стыка до пластического состояния и последующей осадкой. Сваркой оплавлением называется стыковая сварка с разогревом стыка до оплавления и последующей осадкой.

Параметрами режима контактной стыковой сварки являются плотность тока j (А/мм2), удельное усилие сжатия торцов заготовок p (Мпа), время протекания тока t (с) и установочная длина L (мм). Установочной длиной L называют расстояние от торца заготовки до внутреннего края электрода стыковой машины, измеренное до начала сварки.

Для правильного формирования сварного соединения и высоких механических свойств соединения необходимо, чтобы процесс протекал в определенной последовательности. Совместное графическое изображение изменения тока I и давления Р при сварке называется циклом или циклограммой контактной машины.

Контактная стыковая сварка сопротивлением.

Цикл стыковой сварки сопротивлением представлен на рис.2.

При сварке сопротивлением чисто обработанные торцы свариваемых заготовок приводят в соприкосновение и сдавливают усилием Р. Затем включают сварочный ток I. После нагрева металла в зоне контакта до пластического состояния увеличивают усилие (осаживают заготовки) и одновременно выключают ток. При этом происходят пластическая деформация металла в стыке и образование соединения в твердом состоянии. При сварке сопротивлением трудно обеспечить равномерный нагрев заготовок по сечению и достаточно полное удаление окисных пленок. Поэтому сварка сопротивлением используется ограниченно. Этим способом сваривают одинаковые заготовки простой формы (круг, квадрат, прямоугольник с малым отношением сторон) малого сечения (до 250 мм2) из низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей и цветных металлов и сплавов.

Контактная стыковая сварка оплавлением в отличие от стыковой сварки сопротивлением не требует предварительной подготовки торцов заготовок. Стыковая сварка оплавлением имеет две разновидности: непрерывным и прерывистым оплавлением.

При непрерывном оплавлении заготовки сближают при включенном сварочном токе и очень малом усилии. В начале соприкосновение заготовок происходит по отдельным небольшим площадкам, через которые проходит ток высокой плотности, вызывающий оплавление заготовок в результате непрерывного образования и разрушения контактов - перемычек между их торцами. В результате оплавления на торце образуется слой жидкого металла. Затем производят осадку и выключение тока. При осадке жидкий металл вместе с загрязнениями и оксидными пленками выдавливается из стыка, образуя грат. Соединение при этом образуется в твердом состоянии. Цикл сварки непрерывным оплавлением показан на рис.3.

При прерывистом оплавлении зажатые заготовки сближают под током, приводят их в кратковременное соприкосновение и вновь разъединяют на небольшое расстояние. Повторяя одно за другим сближение и разъединение, производят оплавление всего сечения. Затем ток выключают и производят осадку заготовок.

Стыковой сваркой оплавлением можно сваривать заготовки с различными сечениями, как простой, так и сложной формы, из однородных или разнородных металлов. Сварка непрерывным оплавлением применяется для соединения заготовок сечением до 1000 мм2, а прерывистым оплавленном - до 10 000 мм2. Наиболее типичными изделиями, свариваемыми стыковой сваркой, являются элементы трубчатых конструкций, колеса, кольца, рельсы, железобетонная арматура и др.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

7. Что называется стыковой сваркой?

8. Какова последовательность технологических операций при сварке

сопротивлением и оплавлением ?

9. Чем отличается стыковая сварка сопротивлением от стыковой сварки оплавлением?

10. Чем отличается стыковая сварка непрерывным оплавлением от стыковой сварки прерывистым оплавлением?

  1. В каких случаях целесообразно применять стыковую сварку сопротивлением? А когда оплавлением (непрерывным или прерывистым)?

Контактная точечная сварка

Точечная сварка - вид контактной сварки, при котором заготовки соединяются в отдельных точках. Поверхности заготовок перед сваркой тщательно очищают от грязи, масла и оксидных пленок (наждачным кругом, металлической щеткой или травлением). При точечной сварке (рис.4) заготовки собранные внахлестку, сжимает электродами, связанными со сварочным трансформатором, при включении которого заготовки в месте контакта нагреваются электрическим током до появления расплавленной зоны (ядра точки). Затем ток выключают, а усилия сжатия некоторое время сохраняют постоянными для того, чтобы кристаллизация расплавленного металла точки проходила под давлением. Тем самим предотвращается образование усадочных дефектов - трещин, рыхлот и т.п. В некоторых случаях для улучшения структуры сварной точки усилие сжатия перед выключением тока увеличивается (проковка точки).

Точечная сварка по количеству одновременно свариваемых точек может быть одно- , двух- и многоточечной.

По способу подвода тока точечная сварка может быть двусторонней (рис.4а) и односторонней (рис.4б)

При двусторонней сварке ток подводят к верхней и нижней заготовкам, при односторонней - к одной из них. Для повышения плотности тока в зоне соединения при одностороннем токоподводе, заготовки располагают на токоподводящей медной подкладке. Одностороннюю сварку применяют при затрудненном доступе к одной из заготовок, а также при необходимости увеличения производительности процесса, так как в этом случае можно одновременно сваривать две точки.

Один из циклов точечной сварки - цикл с проковкой представлен на рис 5.

Весь цикл сварки состоит из четырех периодов: сжатие свариваемых заготовок электродами включение тока и разогрев места контакта до температуры плавленая с образованием литого ядра точки; выключение тока и увеличение усилия сжатия (проковка точки); снятие усилия с электродов.

Режим точечной сварки может быть мягким и жестким. Мягкий режим характеризуется относительно малой плотностью тока (j=80…160A/мм2) и большим временем его протекания (Т=0,5…3с) при сравнительно малом удельном давлении (р=15…40МПа). Жесткий режим характеризуется большой плотностью тока (j=160…350А/мм2), большим удельным давлением (р=40…150МПа) и малым временем протекания тока (t=0,001…0,1с). Мягкие режимы применяют преимущественно при сварке углеродистых и низколегированных сталей, жесткие – коррозионностойких сталей, алюминиевых и медных сплавов.

Точечной сваркой можно сваривать листовые заготовки одинаковой или разной толщины, пересекающиеся стержни, листовые заготовки со стержнями или профильными заготовками (уголками, швеллерами и т.п.), изготовленными из низкоуглеродистых, углеродистых, низколегированных и коррозионно-стойких сталей, алюминиевых и медных сплавов. Толщина свариваемых металлов составляет 0,5-6 мм, а в отдельных случаях может достигать 30 мм.

Многоточечная контактная сварка - разновидность контактной сварки, когда за один цикл свариваются несколько точек. Многоточечную сварку выполняют по принципу односторонней точечной сварки. Многоточечные машины могут иметь от одной пары до 100 пар электродов, соответственно можно сваривать 2 - 200 точек одновременно. Многоточечную сварку применяют в основном в массовом производстве;

Разновидностью точечной сварки является и рельефная сварка,

Рельефная сварка

Рельефная сварка - способ точечной контактной сварки, при котором расположение точек определяется заранее подготовленными выступами (рельефами) в заготовке2. При рельефной сварке (рис.6) заготовки 2 и 4 зажимают между плоскими электродами 5 и 1 (контактными плитами). Соединение происходит в точках 3 (определяемых выступами), которые получает штамповкой в одной из заготовок.

При включении тока верхний электрод сжимает заготовки и спрессовывает их до полного уничтожения выступов. Таким образом, за один ход машины выполняют столько сварных точек, сколько выступов оказалось между электродами; Этот способ высокопроизводителен. Недостатком является значительная потребляемая мощность.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

  1. Что называется точечной сваркой?

  2. Какова последовательность технологических операций при точечной сварке?

  3. Чем отличается двусторонняя точечная сварка от односторонней?

  4. На каких режимах выполняют точечную сварку?

  5. Чем отличается мягкий режим от жесткого?

  6. Для сварки каких изделий применяют точечную сварку?

  7. Что называется многоточечной сваркой?

  8. Что называется рельефной сваркой?

Контактная шовная сварка

Шовная сварка - вид контактной сварки, при которой сварной шов образуется путем постановки последовательного ряда перекрывающих друг друга точек, что обусловливает его плотность и герметичность. При шовной сварке подвод тока i передачу усилия Р к заготовкам 1 и их перемещение осуществляют через вращающиеся дисковые электроды - ролики 2 (рис.7).

Перед сваркой заготовки с очищенными поверхностями от грязи масла и оксидных плёнок собирают внахлестку. Ровную сварку так же как и точечную можно выполнять при двусторонней (рис.7а) и одностороннем (рис.76) подведении тока.

На рис.8 представлены наиболее распространенные циклограммы шовной сварки с непрерывным включением тока (а) и с прерывистым (б) при непрерывном вращении роликов.

Последовательность операций такая же, как и при точечной сварке.

Первый цикл предназначен для сварки коротких швов и металлов и сплавов, не склонных к росту зерна и не претерпевающих заметных структурных превращений при перегреве околошовной зоны (низкоуглеродистые и низколегированные стали); второй цикл для сварки длинных швов и металлов и сплавов, для которых опасен перегрев околошовной зоны (нержавеющие стали, алюминевые сплавы).

Основными параметрами режима шовной сварки являются: плотность тока j в А/мм2» удельное давление р в МПа и скорость сварки vсв м/ч.

Шовная сварка широко используется в массовом производстве для изготовления различных емкостей, резервуаров, топливных баков автомобиля и т.д. из низкоуглеродистых, легированных конструкционных сталей, а также цветных металлов и сплавов, Толщина свариваемых листов составляет 0,3…3 мм.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

20. Что называется шовной сваркой?

21. Какова последовательность технологических операций при шовной сварке?

22. В каких случаях применяют прерывистую шовную сварку, а когда непрерывную?

23.Для каких конструкций целесообразно применять шовную сварку?

ЗАДАНИЕ

Для одного из вариантов разработайте технологический процесс сборки и точечной сварки балки из низкоуглеродистой стали (рис.9). Шаг точек t=3dt. Производство крупносерийное.

№ варианта

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

толщина ∂ мм

0.5

2

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

6

7

8

1. Укажите подготовку заготовок под сварку. По толщине свариваемых заготовок выберите тип машины и укажите ее технические данные. Рассчитайте площадь контактной поверхности электрода. По значениям плотности тока j (А/мм2) и давления р (МПа) определите сварочный ток J (А) и усилие Р (МН), приложенное на электродах. Определите время сварки изделия t (с).

2. Начертите и опишите цикл точечной сварки.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ

Тип машины выбирают по табл., в зависимости от толщины заготовок S (мм) и их химического состава. После выбора типа машины необходимо указать её техническую характеристику. В режим точечной сварки входят: плотность тока j (А/мм2), давление р (МПа), длительность протекания тока t (с). Для расчета основных технологических параметров при точечной сварке необходимо определить диаметр контактной поверхности электрода который зависит от толщины свариваемых заготовок:

dt=2S+3, мм; где S - толщина более тонкой заготовки, мм

Таблица I Техническая характеристика машин для точечной сварки

Тип машины

Ш-1217

УТ-1222

УГ-4017

Мощность, кВА

65

60

495

Первичный ток, «А

180

154

1300

Сварочный ток, кА

12,5

12,5

40.0

Диапазон свариваемых толщин, мм из низкоуглеродистых сталей

от 0,7 + 0,7 до 1, 5 + 1,5

от 0,5 + 0,5 до 5 + 5

от 2,5 + 2,5 до 8 + 8

Число сварок в минуту при сварке заготовок минимальной толщины

250

375

70

Затем рассчитываем площадь контактной поверхности:

, мм2

Сварочный ток J (А) и усилие Р (МН), приложенное на электродах, для точечной сварки подсчитывают как произведение площади контактной поверхности Fк (мм2) на плотность тока j (А/мм2) и давление р (МПа): J=j.Fk и P=p.Fk.

При этом необходимо учитывать, какие режимы наиболее целесообразно применять - жесткие или мягкие. Низкоуглеродистые стали толщиной до 6 мм сваривают на жестком режиме, болев 6 мм - на мягком.

Диапазон значений параметров мягких режимов:

J= 80-160 А/мм2, р = 15-40 МПа, t = 0.5-3 с.

Диапазон значений параметров жестких режимов:

J= 160-360 А/мм2, р = 40-150 МПа, t= 0,001-0,1 с.

При сварке заготовок из низкоуглеродистой стали толщиной более 6 мм применяют цикл сварки с ковочным усилием:

Pk= (2 - 2.5) Р, МН.

Время сварки одной точки можно определить исходя из производитель­ности машины. Зная время сварки одной точки, можно рассчитать время сварки t (с) изделия по формуле: t = n.tсв .где n - число точек на изделии.tсв-.время сварки одной точки, с,

studfiles.net

Pereosnastka.ru

Стыковая контактная сварка

Категория:

Сварка металлов

Стыковая контактная сварка

Стыковые контактные машины изготовляют для сварки металла сечением от десятых долей до десятков тысяч квадратных миллиметров; усилие осадки может изменяться от сотен граммов до сотен тонн, электрическая мощность — от сотен ватт до сотен киловатт. Они весьма разнообразны по конструкции осадочных и зажимных устройств и по приводу — от ручного до полностью механизированного и автоматизированного гидравлического, пневматического, электрического и пр.

Станины машин — литые или сварные из листовой и профильной конструкционной стали. Машины имеют горизонтальный, наклонный или вертикальный рабочий стол. Для зажатия деталей применяют различные зажимные приспособления.

Зажимное устройство должно обеспечивать прочное зажатие изделий, устраняющее возможность смещения изделий в процессе сварки. Для увеличения силы трения между зажимом и изделием одну половину зажима часто делают стальной и снабжают насечкой; вторую половину изготовляют медной или из медного сплава, она выполняет функции электрода, подводящего ток к изделию. Для разгрузки зажимного приспособления от усилий осадки иногда применяют упоры или упорные приспособления. Упор принимает на себя основную часть давления осадки, а назначение зажима — главным образом подводить ток к изделию.

Зажатие изделий в зажимных приспособлениях требует значительных физических усилий от рабочего, обслуживающего машину. В особенности трудной становится эта работа в быстродействующих машинах и при значительных сечениях изделий, когда зажимное давление достигает нескольких тонн. В подобных случаях современные контактные машины снабжены зажимными приспособлениями с пневматическим, гидравлическим (обычно масляным) или электроприводом.

Процесс осадки в простейших небольших контактных машинах выполняется вручную. Для создания необходимой величины давления осадки пользуются рычажными, винтовыми, кулачковыми и тому подобными устройствами. Необходимая величина давления осадки для обычных низкоуглеродистых сталей колеблется в пределах 2—5 кГ/мм2. Таким образом, даже сравнительно небольшое сечение свариваемых деталей 1000 мм2 требует давления осадки 2—5 т- При более крупных сечениях давление осадки может достигать 10—20 т и выше. Поэтому механизация процесса осадки является более необходимой, чем механизация процесса зажатия. Приводы осадочных устройств могут быть гидравлическими, пневматическими или электрическими.

Стыковая контактная сварка имеет две основные разновидности: сварка без оплавления, иногда называемая сваркой сопротивлением, и сварка оплавлением. Первый способ состоит в следующем. Детали, зажатые в машине, доводят до соприкосновения и сжимают под небольшим давлением, обеспечивающим удовлетворительный контакт свариваемых поверхностей. Затем включают сварочный ток, который разогревает металл изделия, в особенности зону, прилегающую к контакту, так как здесь имеется значительное переходное сопротивление контакта. Сварщик наблюдает за разогревом металла и после нагрева до ярко-белого каления (для низкоуглеродистой стали), производит осадку, одновременно выключая сварочный ток прерывателем. Место сварки имеет значительное усиление вследствие высадки металла.

Сварка без оплавления пригодна и дает хорошие результаты для металлов, обладающих хорошей свариваемостью в пластическом состоянии, как например низкоуглеродистой стали. Металл соединяемых деталей должен быть однородным.

Сечение участка сварки должно быть простым, компактным, с небольшим отношением периметра к сечению. Такими сечениями являются, например, круг, квадрат, прямоугольник с малым отношением сторон. Сечения с более развитым периметром — тонкая полоса, тонкостенная труба, угольник, двутавр, рельс и т. п. — малопригодны для сварки без оплавления, так как при этом трудно обеспечить необходимое равномерное распределение тока по площади сечения. В подобных случаях применяется стыковая сварка оплавлением.

Сварка оплавлением имеет две разновидности: прерывистым и непрерывным оплавлением. При прерывистом оплавлении зажатые детали в первой стадии процесса оставляют разъединенными;

после включения напряжения питающей сети между деталями создается напряжение холостого хода вторичной цепи. Затем детали приводят в кратковременное соприкосновение и снова разъединяют. В результате происходит размыкание сварочного тока силой в тысячи и десятки тысяч ампер, что сопровождается сильным искрением и разбрызгиванием расплавленного металла под действием магнитного поля вторичного контура. Повторяя ряд

быстро следующих одно за другим замыканий и размыканий сварочной цепи, можно в короткое время вызвать оплавление всего сечения сварки.

При замыканиях в первую очередь оплавляются неровности и выступы на свариваемых поверхностях, которые постепенно выравниваются (рис. 1).

Рис. 1. Процесс постепенного оплавления поверхности сварки:

Рис. 2. Стык:

Когда достигнуто равномерное оплавление всей поверхности свариваемого участка, производят быструю осадку с приложением повышенного давления, и в процессе осадки выключают сварочный ток. Под значительным давлением почти весь расплавленный металл выдавливается из зоны сварки, образуя так называемый грат, а место сварки получает сравнительно небольшое усиление (рис. 1). Грат, содержащий большое количество окислов металла, механически непрочен и легко удаляется со сварного стыка.

Сварка оплавлением имеет ряд существенных преимуществ. Металл, подлежащий сварке, даже если он плохо сваривается в пластическом состоянии, часто хорошо поддается сварке оплавлением, например технически чистые медь и алюминий. Можно сказать, что почти все металлы и сплавы могут быть сварены по способу оплавления. В процессе оплавления выравниваются все выступы и неровности на поверхности сварки, поэтому поверхность стыка под сварку не требует какой-либо особой подготовки. В процессе оплавления сгорают и удаляются вместе с расплавленным металлом загрязнения его поверхности.

Выравнивание сечения в процессе оплавления позволяет равномерно оплавить и разогреть сечения даже очень сложной формы, с сильно развитым периметром, например успешно могут быть сварены листы толщиной 1 мм при длине сварного стыка 1200— 1300 мм. Могут быть сварены между собой во многих случаях разнородные металлы, например быстрорежущая и углеродистая стали, медь и алюминий и т. д., несмотря на значительные различия их физических свойств. Указанные преимущества обеспечили сварке оплавлением широкое применение в промышленности, поэтому современные стыковые машины обычно приспособлены к этому процессу. Некоторым недостатком сварки оплавлением является довольно значительная потеря металла на оплавление, что может иметь значение при высокой стоимости металла, например быстрорежущей стали.

Сварка оплавлением возможна и при непрерывном сближении деталей, при условии, что оно происходит достаточно медленно и равномерно. Процесс в этом случае идет следующим образом. На зажатые в машину и разъединенные детали подается напряжение вторичной цепи, затем начинается медленная подача деталей в сторону сближения. Соприкосновение происходит сначала лишь в немногих отдельных точках, в которых возникают весьма высокие плотности тока вследствие замыкания сварочной цепи. В результате происходит местное расплавление и испарение металла, который выбрасывается наружу в плоскости стыка под действием магнитного поля.

Контакт в точках первоначального соприкосновения нарушается, но вследствие непрерывного перемещения деталей в соприкосновение входят новые точки, процесс повторяется и т. д. Происходит непрерывное расплавление и выбрасывание металла из плоскости стыка, между деталями непрерывно проходит ток по кратковременным мостикам жидкого металла. Когда достигнуто равномерное и достаточное оплавление всей поверхности стыка, производится быстрая осадка значительным давлением. Равномерность подачи, необходимая при сварке непрерывным оплавлением, трудно выполнима при ручной работе, и этот процесс осуществляется обычно лишь на машинах с механизированным электрическим приводом осадки. Осадочное давление передается профильным кулачком (рис. 3).

Рис. 3. Кулачок сварки непрерывным оплавлением

Способ непрерывного оплавления весьма удобен для массового производства однотипных деталей на стыковых машинах с электроприводом. На стыковых машинах могут быть сварены также стыки в замкнутых контурах, например в ободьях колес, звеньях цепей и т. п. При сварке замкнутого контура лишь часть тока идет через свариваемый стык, часть же шунтируется сплошным металлом. Поэтому при сварке замкнутых контуров приходится увеличивать подводимую мощность. Увеличение мощности при сварке замкнутого контура, в зависимости от его размеров, составляет 20—50% мощности, необходимой для сварки открытого, незамкнутого контура. Замкнутые контуры можно сваривать как без оплавления, так и оплавлением — прерывистым и непрерывным; чаще применяется последнее.

Заслуживает внимания оригинальный способ стыковой сварки, предложенный советским изобретателем А. М. Игнатьевым, имеющий существенное значение для изготовления сварного металлорежущего инструмента. При нормальном способе стыковой контактной сварки электрический ток и давление осадки направлены нормально к поверхности стыка. При сварке по способу А. М. Игнатьева давление также прилагается нормально к поверхности стыка, но электрический ток проходит параллельно поверхности стыка (рис. 5).

Рис. 4. Сварка замкнутого контура

Рис. 5. Сварка по способу А. М. Игнатьева: 1 — электрод; 2 — пуансон осадочного пресса; 3 — заготовка углеродистой стали; 4 — пластинка быстрорежущей стали; 5 — изолирующая прокладка

Способ А. М. Игнатьева дает возможность приваривать тонкие пластины большой площади, изготовлять многослойные стальные ленты для режущих лезвий и пр.

Читать далее:

Применение стыковой контактной сварки

Статьи по теме:

pereosnastka.ru

Контактно-стыковая сварка оплавлением

Стыковая сварка – способ контактной сварки, когда детали соединяются в процессе совместной пластической деформации нагретых электрическим током торцов деталей при осадке по всей площади сечения. Детали 1 (рис.1) устанавливают в токоподводящих зажимах 2 и 3, один из которых, например, зажим 3 подвижный и соединен с приводом усилия сжатия машины. Сварка состоит из двух этапов – нагрева торцов деталей и их осадки.

Нагрев деталей при стыковой сварке происходит благодаря тому, что через них проходит электрический ток Iсв и на общем электрическом сопротивлении деталей R выделяется тепло Q (закон Джоуля – Ленца): Q = Iсв2R/t , (1) где: t – время сварки. Общее сопротивление деталей определяется выражением: R = 2Rд+Rк, (2) где: Rд – сопротивление деталей (вылетов деталей из электродов машины); Rk - контактное сопротивление между деталями (при сварке оплавлением Rk – электрическое сопротивление искрового зазора). Сопротивление деталей 2Rд зависит от удельного электрического сопротивления металла ρ, длины их вылетов из электродов машины (установочной длины под сварку) Lсв и площади поперечного сечения деталей S: 2Rд = Kп ρLсв/S , (3) где: Кп – коэффициент поверхностного эффекта (заметно растет до температуры ферромагнитного превращения).

При сварке оплавлением вначале на детали подают напряжение от сварочного трансформатора, а затем их сближают с заданной скоростью. При соприкосновении деталей в образующихся отдельных контактах вследствие большой плотности тока металл контактов быстро нагревается и взрывообразно разрушается. Часть выделившегося при этом тепла безвозвратно теряется в атмосфере с брызгами металла, другая часть благодаря теплопроводности накапливается в стыке. Накопление тепла в процессе непрерывного образования и разрушения контактов – перемычек обеспечивает нагрев торцов деталей. К концу процесса нагрева на торцах образуется сплошной слой жидкого металла. В этот момент резко увеличивается скорость сближения деталей. Торцы соединяются, большая часть жидкого металла вместе с поверхностными пленками и частью твердого металла выдавливается из зоны сварки, образуя утолщение - грат. Сварочный ток выключается во время осадки деталей. Основная технологическая роль оплавления заключается в нагреве деталей до образования на торцах слоя расплавленного металла и в получении соответствующего распределения температур в околошовной зоне для проведения последующей осадки и удаления расплава и оксидов.

Механизм нагрева при оплавлении можно представить следующим образом. При сближении деталей при включенном напряжении между твердыми или жидкими локальными участками поверхности торцов образуются электрические контакты. Нагрев контактов происходит током большой плотности, который вызывает их быстрое плавление и образование перемычек из жидкого металла (рис.2). Перемычки мгновенно разрушатся (длительность существования перемычек не превышает 0,001...0,005 с). Поскольку детали сближаются, то взамен разрушающихся перемычек возникают новые. При этом процесс образования и разрушения перемычек происходит по всей площади поперечного сечения стыка, что обеспечивает его равномерный нагрев. Таким образом, нагрев оплавлением заключается в непрерывном образовании и разрушении электрических контактов (перемычек) в процессе сближения свариваемых торцов на величину припуска на нагрев оплавлением. Форма и размеры перемычек определяются действием двух основных противоположно направленных сил (рис.2,а): сил от поверхностного натяжения σ, стремящихся при сближении деталей уменьшить зазор Δз, увеличить диаметр перемычки dп, и электромагнитных сил Fс (пропорциональных квадрату сварочного тока), стремящихся сжать и разорвать перемычку. Сжатие перемычки вызывает увеличение в ней плотности тока и скорости нагрева. При достаточно большой плотности тока (около 3000 А/мм2 при оплавлении низкоуглеродистой стали) металл в центре перемычки переходит в парообразное состояние и происходит ее взрывообразное разрушение под действием сил Fп, [1, 2]. Давление паров в момент взрыва достигает 10…12 МПа, а температура 6000…8000 оС. Расплавленный металл выбрасывается из зазора в виде искр со скоростями, превышающими 60 м/с и ведет к укорочению деталей. Между одновременно существующими перемычками, как между проводниками с током одного направления, действуют электромагнитные силы Fв (рис.2,б), стремящиеся их сблизить и объединить. Однако из-за быстрого разрушения перемычек этот процесс обычно не успевает завершиться. Силы Fк, вызванные взаимодействием тока в перемычках с магнитным полем сварочной машины, способствуют их перемещению в искровом промежутке и выталкиванию из сварочного контура.

Количество и размер перемычек определяют величину сопротивления искрового зазора Rк, которая уменьшается с увеличением числа одновременно существующих перемычек и их сечением. Среднее значение Rк при сварке сталей оплавлением составляет 100…1500 мкОм. Сопротивление деталей в начальной стадии оплавления значительно меньше Rк и сравнительно мало влияет на нагрев деталей. К концу оплавления скорость сближения возрастает и благодаря увеличению при этом количества и размера перемычек сопротивление искрового зазора уменьшается, а сопротивление деталей 2Rд в результате нагрева несколько возрастает. Суммарное сопротивление к концу оплавления снижается благодаря большому количеству контактов и равномерному их распределению по сечению. Таким образом, при сварке оплавлением нагрев деталей происходит, в основном, за счет теплоты, выделяющейся на сопротивлении искрового зазора Rк. Доля теплоты, выделяемой в собственном сопротивлении деталей 2Rд вследствие относительно малой средней плотности тока, невелика и обычно не учитывается в тепловых расчетах.

Следует отметить еще один источник теплоты (кроме перемычек), который присутствует при оплавлении. Это дуговые разряды. В некоторых случаях при высоких значениях вторичного напряжения сварочного трансформатора, малой длительности существования перемычек, небольшой работы выхода электронов свариваемого металла и большой индуктивности контура машины они становятся дополнительным источником теплоты. Дуговые разряды возникают в периоды полного размыкания торцов благодаря тому, что запасенная в магнитном поле сварочного трансформатора энергия вызывает перенапряжение, пробой зазора и возбуждение дуги. Так при сварке деталей из алюминиевых сплавов до 50% тепловой энергии при оплавлении приходится на долю дуговых разрядов. При сварке высокоуглеродистых сталей доля тепловой энергии дуговых разрядов может составлять 3...8%. В начале процесса оплавления распределение температуры на оплавленных торцах неравномерно, причем степень неравномерности по мере нагрева уменьшается (рис.3). Хотя расплавленные участки появляются уже в начале оплавления, средняя температура на торцах растет постепенно до тех пор, пока их поверхности не покроются более или менее равномерным слоем расплавленного металла. Это обеспечивается при установившемся процессе оплавления, когда перемычки последовательно и многократно с большой частотой возникают и разрушаются по всей площади торцов деталей (рис.3,б). С увеличением времени существования перемычек градиент температуры нагрева деталей снижается, и наоборот. Перемычки в стадии их формирования до момента разрушения служат источниками нагрева металла околошовной зоны за счет теплопередачи от них тепла в тело деталей. При разрушении перемычек выброс нагретого металла за пределы искрового промежутка рассматривается как потеря накопленной тепловой энергии. Разрушение перемычек сопровождается образованием на торцах углублений – кратеров. С увеличением размера перемычек соответственно увеличиваются размеры кратеров, рельеф поверхности торцов ухудшается. Для процесса оплавления характерны высокие локальные плотности тока в перемычках и малая средняя плотность тока (значительно ниже, чем при сварке сопротивлением). Следует отметить, что при сварке оплавлением требования к качеству реза торцов лент ножницами значительно ниже, поскольку оплавление обеспечивает равномерный нагрев даже при большой косине реза. Механические свойства сварных соединений ленточных пил, полученные контактной стыковой сваркой оплавлением, значительно превосходят свойства соединений, выполненных сваркой сопротивлением. Условия разрушения и удаления оксидов при стыковой сварке зависят от нагрева торцов – от температуры и ее градиента в зоне соединения. При сварке оплавлением удаление окислов облегчено. Оно происходит вместе с частицами расплавленного металла, выбрасываемого из стыка в грат. При осадке оксиды вытесняются из стыка вместе с жидким и твердым металлом. Оксиды находятся на жидкой подложке и их твердость не оказывает существенного влияния на процесс удаления. Кроме того избыточное давление паров металла, возникающее при оплавлении, защищает расплавленный металл от окисления, затрудняя проникновение воздуха в искровой зазор. Скорость оплавления Vопл является одним из главных параметров режима стыковой сварки и оказывает решающее влияние на температурное поле, равномерность распределения температуры в стыке, рельеф поверхности торцов, степень окисления металла торцов и в конечном итоге на качество сварного соединения. При оплавлении деталей до одного и того же значения увеличение средней скорости оплавления приводит к сужению зоны нагрева, увеличению градиента температуры, уменьшению времени существования перемычек и более равномерному нагреву торцов вследствие их более интенсивного оплавления. В тоже время повышение скорости приводит к увеличению размера перемычек и кратеров (к ухудшению рельефа поверхности). При снижении скорости оплавления увеличивается длительность существования перемычек и глубина прогрева деталей, градиент температуры снижается, размеры перемычек уменьшаются и рельеф улучшается. Однако нагрев торцов становится менее равномерным. Для конкретных деталей, металлов и условий сварки существует некоторая оптимальная средняя скорость оплавления, которая обеспечивает наилучшие показатели качества соединений. Так, например, чем больше активность металла к образованию оксидов и взаимодействию с атмосферными газами, тем больше должна быть скорость оплавления. Существует некоторая постоянная скорость оплавления, зависящая от теплофизических свойств свариваемых металлов и условий оплавления, при которой достаточно оплавить каждую деталь на некоторую величину, чтобы приблизиться к квазистационарному состоянию. При этом состоянии дальнейшее оплавление практически не изменяет температурное поле и приводит лишь к неоправданному укорочению деталей.

Устойчивость процесса оплавления. Для устойчивого равномерного процесса оплавления мгновенная скорость сближения деталей Vсбл должна соответствовать мгновенной скорости оплавления Vопл (скорости фактического укорочения). При Vсбл » Vопл искровой зазор уменьшится, а диаметр перемычек увеличится на столько, что их разрушение станет невозможным, произойдет короткое замыкание деталей и оплавление прекратится. При Vсбл « Vопл образование и разрушение перемычек сопровождается увеличением искрового зазора и перерывами в процессе оплавления, что приводит к окислению металла. Мгновенная скорость оплавления зависит от того, с какой скоростью металл на торцах деталей может быть расплавлен и частично нагрет до температуры кипения. Это определяется тепловой мощностью, развиваемой в искровом зазоре при оплавлении. Мгновенная скорость оплавления растет с увеличением тепловой и полезной электрической мощности, с уменьшением градиента температуры и с повышением температуры торцов. В начале процесса, когда детали холодные оплавление идет медленно. По мере подогрева торцов Vопл растет. Для поддержания непрерывного процесса оплавления при неизменной мощности скорость сближения деталей должна соответствовать скорости оплавления. Прогрев деталей увеличивает требуемую скорость их сближения при данной мощности. Для того чтобы начать оплавление холодных деталей и устойчиво его поддерживать, сближение оплавляемых деталей должно идти с заданной скоростью по заданной программе. Для этого часто применяют параболический закон сближения деталей. Вместо жестких программ скорость сближения деталей связывают с параметрами, оказывающими влияние на устойчивость оплавления, например, такими как напряжение и ток сварки, частота пульсаций тока при разрушении перемычки, температура торцов деталей и др.

На устойчивость оплавления оказывают влияние: запас полезной электрической мощности машины, эффект саморегулирования, предварительный подогрев деталей перед оплавлением, геометрия соединения, локальная интенсивность процесса, род тока и др. Саморегулирование – основное условие устойчивого оплавления. Оно возможно в том случае, если снижение сопротивления искрового зазора Rк компенсируется быстрым нарастанием тока сварки и повышением полезной электрической мощности машины, [3]. Для устойчивого оплавления необходим 3…5 - кратный запас устойчивости, который представляет собой отношение тока короткого замыкания к среднему току при оплавлении. На практике для обеспечения устойчивого оплавления применяют сварочные машины с 3…5 - кратным запасом мощности. При большой мощности машин даже кратковременный срыв оплавления с переходом на нагрев сопротивлением (кратковременное короткое замыкание) приводит к резкому увеличению тока. Это обусловливается тем, что напряжения, необходимые для устойчивого оплавления, приблизительно в 1,5 раза выше, чем напряжения, необходимые для нагрева сопротивлением. Переход на нагрев сопротивлением при большом вторичном напряжении и большой мощности машин приводит к резкому увеличению тока и к перегреву металла в зоне соединения. Поэтому разработка новых сварочных машин с меньшим запасом электрической мощности, обеспечивающих высокое и стабильное качество соединений, весьма актуальна. Процесс оплавления должен иметь не только общую, но и локальную устойчивость или локальную интенсивность, которая характеризуется частотой образования и разрушения перемычек в отдельных точках поверхности торцов. Нарушения локальной интенсивности способствуют возникновению окислительных процессов, непроваров и других дефектов. Высокая локальная интенсивность особенно необходима в конце оплавления. Следует отметить, что процесс оплавления целесообразно вести при минимально возможном вторичном напряжении, однако достаточном для устойчивого оплавления. При этом время пребывания перемычек в искровом зазоре, доля теплоты, идущей непосредственно на нагрев деталей, глубина прогрева деталей увеличиваются, больше расплавленного металла остается на торцах. В этом случае термический коэффициент полезного действия процесса оплавления максимален. При контактной стыковой сварке оплавлением усилие осадки не зависит от скорости оплавления и может регулироваться в широких пределах. Поэтому возможно разработать технологию сварки ленточных пил с высокой скоростью закрытия искрового зазора и высокой скоростью осадки. Это позволит повысить качество получаемых соединений, поскольку ускоренное закрытие искрового зазора при осадке снижает вероятность окисления расплавленного металла, а большая скорость деформации зоны соединения обеспечит получение мелкозернистой структуры металла шва. Скорость осадки растет с увеличением усилия осадки и уменьшением массы подвижного зажима. Однако существенно увеличить скорость осадки при сварке на существующем оборудовании затруднительно, так как большие усилия осадки приводят к потере устойчивости торцов лент, а масса подвижного зажима определена конструкцией машины и не может быть изменена. Особенно мала скорость осадки при сварке сечений, которые являются минимальными для сварочной машины. Это обусловлено необходимостью применения малых усилий осадки, при которых сохраняется устойчивость торцов деталей в процессе деформации. Кроме этого повышение скорости крайне желательно при сварке сложно свариваемых сталей и сплавов. К таким сталям относятся пружинные и быстрорежущие стали, из которых изготовлены биметаллические пилы, а, как известно, получить стабильное качество сварки биметаллической пилы на существующих машинах задача трудновыполнимая. Поэтому актуальна разработка новых машин, которые смогут обеспечить повышенную скорость осадки и улучшить качество получаемых соединений. Параметры режима контактной стыковой сварки оплавлением зависят от сечения свариваемых деталей, теплопроводности и температуры плавления металла и определяются в основном скоростью оплавления, которая задается также с учетом активности металла к окислительным процессам и испарения легирующих элементов. Усилие и скорость осадки также зависят от теплопроводности металла и его активности к окислению. Режимы сварки определяют следующие параметры: - установочная длина деталей l1 + l2 (вылеты деталей из электродов машины); - припуск на оплавление Δопл (суммарное уменьшение установочной длины деталей при оплавлении); - осадка под током Δос.ток; - осадка Δос (включает в себя осадку под током и без тока); - скорость оплавления Vопл; - усилие осадки Fос; - плотность тока оплавления jопл; - длительность оплавления tсв; - скорость и длительность осадки Vос и tос Последние два параметра (Vос и tос) зависят от конструкции сварочной машины (массы подвижных частей, инерционности привода осадки и др.). Установочная длина деталей под сварку Lсв определяется из выражения: Lсв = l1 + l2 = (0,7…1,2)d, (4) где: d – толщина ленты, либо диаметр стержня. При выборе установочной длины учитывают, что при малой ее величине происходит большой отвод теплоты в электроды машины, зона нагрева сужается. При увеличении Lсв растет требуемая электрическая мощность и ухудшается устойчивость деталей при осадке. Припуск на оплавление Δопл выбирают из условия получения равномерного нагрева деталей по сечению, величину осадки под током Δос.ток - с учетом получения необходимой величины деформации, скорость оплавления Vопл выбирают из условия получения определенного распределения температуры. Усилие осадки Fос определяют из условия получения необходимой величины осадки Δос при обеспечении устойчивости деталей в процессе деформации. Плотность тока при оплавлении jопл должна обеспечивать устойчивый процесс оплавления, при этом вторичное напряжение сварочного трансформатора выбирают минимальным также из условия получения устойчивого оплавления.

Дефекты соединений и причины их образования. Сварные соединения, выполненные сваркой оплавлением на оптимальных режимах, по прочности и пластичности близки по свойствам к основному металлу. При сварке сопротивлением в большинстве случаев не удается добиться полного удаления оксидов из стыка. Поэтому оценочные показатели таких соединений (особенно по пластичности) ниже, чем у основного металла.

Различные возмущающие действия, которые могут накладываться на процесс сварки, вызывают появление дефектов, ухудшающих механические свойства сварных соединений. Основными дефектами являются непровары, рыхлоты, искривления волокон, расслоения и трещины, а также дефекты структуры металла шва. Непровары возникают вследствие неполного удаления из стыка оксидов. Образование рыхлот связано с усадочными дефектами в кратерах, заполненных жидким металлом. Искривления волокон в области стыка, расслоения и трещины обычно наблюдаются при чрезмерной осадке металлов с ярко выраженной текстурой. К дефектам структуры соединений относятся крупное зерно, загрязнение стыка неметаллическими включениями, снижение содержания легирующих элементов в зоне сварки и др. Крупное зерно образуется вследствие перегрева металла. Загрязнение связано с окислением при сварке, а также иногда с наличием большого количества таких включений в основном металле. Обеднение шва легирующими элементами происходит вследствие диффузионных процессов, а также из-за выгорания, испарения и выдавливания металла, находящегося в жидком и твердом состоянии. Примером такого дефекта может служить образующийся в стыке при сварке углеродистых сталей обезуглероженный слой с пониженной твердостью.

Контроль качества сварных соединений заключается в качественной или количественной оценке основных признаков, характеризующих их работоспособность. Контроль соединений лент, пил, прутков и проволок, выполненных контактной стыковой сваркой, проводится как с разрушением соединения, так и без разрушения. Внешний осмотр – самый простой и распространенный способ контроля без разрушения, при котором сварное соединение сравнивается с эталоном. Другие методы неразрушающего контроля – радиационный, электромагнитный и ультразвуковой редко применяются при сварке рассматриваемых сечений. Контроль с разрушением проводят путем испытания технологических образцов, а при необходимости и выборочных партий сваренных изделий. Практически этот способ контроля дает консультативную информацию (информацию по аналогии), так как качество неразрушенных соединений в изделиях остается неизвестным. В то же время простота и наглядность результатов обусловили широкое применения разрушающего контроля. По результатам испытания технологических образцов производят подбор режимов сварки и проверку стабильности работы сварочного оборудования. Образец разрушают по зоне соединения и проводят анализ излома (визуально с просмотром через лупу, с проведением микрофрактографических исследований), сравнивая его с эталонным изломом. Кроме этого образцы подвергают испытаниям на статический изгиб, ударный разрыв, на количество перегибов на 180 градусов и др. На наш взгляд для рассматриваемых сечений наиболее рационально и информативно применять испытания на количество перегибов. Такие испытания позволяют оценивать как прочностные, так и пластические свойства сварных соединений. Их необходимо проводить перед началом работы ежедневно и каждый раз после переналадки машины на другой режим сварки.

pilenie.blogspot.ru

Технология контактной сварки

Сущность контактной сварки

  • Контактной сваркой называется сварка с применением давления, при которой нагрев производится теплотой, выде­ляющейся при прохождении электрического тока через находящиеся в контакте соединяемые части.

Количество теплоты (Дж), выде­ляющейся при прохождении электри­ческого тока через находящиеся в контакте детали, может быть определе­но по формуле Q=I2Rt, где I — ток, A; R — сопротивление участка цепи в месте контакта деталей, Ом; t — продолжительность действия то­ка, с.

Из формулы видно, что количество теплоты зависит от тока в сварочной цепи. Поэтому для быстрого нагрева свариваемых кромок применяют боль­шие токи, достигающие нескольких десятков тысяч ампер. Так как электрическое сопротивление прохожде­нию тока в месте контакта свари­ваемых деталей велико, то на этом очень малом участке выделяется боль­шое количество теплоты, которое вызывает быстрый нагрев металла. С повышением температуры металла в зоне контакта его сопротивление возрастает, следовательно, еще более возрастает количество выделяющейся теплоты и ускоряется процесс наг­рева металла. Таким образом, применение больших сварочных токов позволяет осуществить быстрый наг­рев металла и выполнить сварку за десятые и даже сотые доли секунды.

Режим контактной сварки характе­ризуется совместным действием ос­новных параметров — тока и времени его протекания, силы сжатия и време­ни ее действия.

По току и времени его протека­ния различают два режима сварки: жесткий и мягкий. Жесткий режим характеризуется большим током и ма­лым временем процесса сварки. Такой режим применяется для сварки сталей, чувствительных к нагреву и склонных к образованию закалочных структур, а также легкоплавких цветных металлов и их сплавов. Мягкий режим характеризуется большей продолжительностью процесса и постепенным нагревом свариваемого металла. Та­ким режимом пользуются при сварке углеродистых сталей, обладающих низкой чувствительностью к теплово­му воздействию.

Машины для контактной сварки состоят из двух основных частей: электрической и механической. Электрическая часть машин состоит из трансформатора, переключателя сту­пеней (регулятора тока), регулятора времени, прерывателя тока и токо­подводящих проводов и устройств. Трансформатор применяется одно­фазный с секционированной первич­ной обмоткой, позволяющей с по­мощью переключателя ступеней изме­нять напряжение во вторичной обмот­ке. При первичном напряжении 220 или 380 В, а вторичном—1…20 В сварочный ток достигает нескольких десятков килоампер. Вторичная обмотка трансформатора у машин малой мощности состоит из отдельных гибких медных полос, охлаждаемых воздухом, у машин средней и боль­шой мощности — из пустотелых мед­ных витков, охлаждаемых проточной водой. Механическая часть состоит из станины и механизмов, обеспе­чивающих точную фиксацию и необходимое давление для сжатия свариваемых деталей.

Совмещенные графики изменения сварочного тока и силы сжатия во времени называют циклограммой. Цикл сварки имеет четыре периода: сжатие, сварку, проковку и паузу. Для управления циклом работы машины применяют устройство, называ­емое регулятором времени. В прак­тике применяют четырехпозиционный регулятор времени РВЭ-7 завода «Электрик», имеющий четыре после­довательные выдержки времени для каждого периода цикла сварки.  Ре­гулятор имеет металлический корпус с выведенными наружу регулировочными ручками, с помощью которых длительность периодов цикла плавно регулируется: период сварки от 0,03 до 6,75 с, остальные — от 0,03 до 1,35 с.

Включение и выключение машин контактной сварки производится от первичной обмотки сварочного трансформатора. В процессе сварки необ­ходимо включать и выключать боль­шой ток десятки раз в секунду. Для этой цели машины небольшой мощ­ности и неавтоматического действия имеют механические или электромагнитные контакторы. При больших мощностях такие контакторы имеют большие габариты и низкую произ­водительность и не обеспечивают точного дозирования и стабильности подачи энергии, поэтому на машинах средней и большой мощности уста­навливают игнитронные или тиристор­ные прерыватели.

Контактная сварка — высокопро­изводительный процесс, легко под­дающийся механизации и автомати­зации, что способствует ее широкому применению в строительстве и про­мышленности, например для сварки стыковых и крестообразных соедине­ний арматуры в железобетонных конструкциях, для сварки элементов конструкций из листовой стали или алю­миния, для соединения элементов стальных конструкций (типа балок, ферм, мачт), для сварки труб, а также для стыковых соединений медных и алюминиевых проводов при электро­монтажных работах.

Контактная сварка по форме свар­ного соединения подразделяется на стыковую, точечную, шовную и шовно­стыковую.

Стыковая контактная сварка

  • Стыковая контактная сварка — сварка, при которой соединение свариваемых, частей происходит по всей поверх­ности стыкуемых торцов.

Рис. 1

Принципиальная схема стыковой сварки представлена на рис. 1:

1 — электроды-зажимы, 2 — свариваемые детали, 3 — трансформатор.

Сварка может быть выполнена двумя способами: сопротивлением и оплавлением (непрерывным и прерывистым).

При сварке сопротивлением чисто обработанные торцы двух деталей приводят в плотное соприкосновение и включают сварочный ток. После нагрева стыкуемых поверхностей до пластического состояния производят осадку (сжатие) и одновременно выключают ток. Таким способом можно сваривать детали круглого или прямоугольного сечения из низко­углеродистых сталей с площадью сечения до 1000 мм2, из легированных сталей — до 20 мм . Хорошо свари­ваются сваркой сопротивлением цвет­ные металлы и их сплавы; можно сваривать и разнородные металлы (сталь с медью, латунь с медью, различные сорта сталей). Сварка сопротивлением требует строгого контроля температуры нагрева и высо­кой чистоты свариваемых поверх­ностей — попадание оксидов между плоскостями контакта снижает ка­чество сварки. Поэтому сварка сопротивлением не получила большого распространения.

Сварка непрерывным оплавлением выполняется в такой последователь­ности. Детали, закрепленные в зажи­мах машины, плавным перемещением подвижного зажима приводят в со­прикосновение при включенном сва­рочном токе. При этом происходит оплавление свариваемых торцов. За­тем производят осадку на установленную величину и выключение тока. Такой способ применяют при сварке тонкостенных труб, листов, рельсов и др. Допускается сварка разнород­ных металлов. Достоинством сварки непрерывным оплавлением является высокая производительность, недо­статком — значительные потери ме­талла на угар и разбрызгивание.

Сварка прерывистым оплавлением производится чередованием плотного и неплотного контакта свариваемых поверхностей деталей при включенном токе. Небольшие возвратнопоступа­тельные движения подвижного зажи­ма периодически замыкают и раз­мыкают сварочную цепь в месте кон­такта деталей до тех пор, пока тор­цы их не нагреются до температуры 800…900°С. Затем производят оплав­ление и осадку. Прерывистым оплав­лением сваривают изделия из низко­углеродистой стали в тех случаях, когда мощность машины недостаточна для производства сварки непрерыв­ным оплавлением. Этот способ также связан с дополнительным расходом металла, поэтому для подогрева иногда включают ток при замкну­той сварочной цепи, как при сварке сопротивлением, а затем разводят детали и переходят к оплавлению и осадке.

При сварке сопротивлением важ­ное значение имеет плотность при­легания свариваемых поверхностей. Недостатки подгонки (перекос, зазор) приводят к неравномерному прогреву деталей, образованию оксидов и тем самым к снижению качества сварного соединения. Допускаемые отклонения размеров стыкуемых поверхностей: круглых — не более 2%, прямоуголь­ных— не более 1,5%.

Важное значение имеет длина выступающего из зажима машины конца свариваемой детали (так назы­ваемая установочная длина). При ма­лой длине деталь прогревается не­достаточно, так как основная доля теплоты уходит через зажим машины. При большой установочной длине деталь разогревается на большей дли­не и осадка, а отсюда и сварка полу­чаются некачественными. При сварке сплошных сечений установочная дли­на должна составлять 0,4…0,7 диа­метра заготовки (или стороны квад­рата). При сварке листов устано­вочная длина зависит от толщины листа и протяженности стыка. Напри­мер, для листа толщиной 2…8 мм при длине стыка до 200 мм установочная длина составляет 10… 12 мм, при длине стыка 400…800 мм—13…16 мм, при длине стыка 800…1000 мм — 14…17 мм.

Припуск на сварку сопротивлением берется небольшой, так как он рас­ходуется только на осадку, например, для деталей диаметром (или со стороной квадрата) до 50 мм и до 100 мм припуск на осадку составляет соответственно 0,3…0,5 и 0,15…0,2 диаметра (стороны квадрата).

Давление осадки при сварке низ­коуглеродистых сталей определяют по удельному давлению и площади контакта. Удельное давление осадки ав­томатических машин составляет 40… 60 МПа, неавтоматических — 30… 40 МПа.

Электрические параметры сварки определяют в зависимости от мате­риала, свариваемых деталей и площади стыкуемых поверхностей. На­пряжение холостого хода составляет 1,5…3 В. При этом большие значения принимают для больших площадей се­чений (500… 1000 мм2). Плотность тока для сварки низкоуглеродистых сталей принимается в пределах 20… 60 А/мм , для цветных металлов и сплавов — 60…150 А/мм2. Удельная мощность при сварке сталей сплош­ного сечения составляет 0,12…0,15 кВ·А/мм2, при сварке меди — 0,5… 1,6 кВ· А/мм2, алюминия — 0,2. ..0,6 кВ· А/мм2.

При сварке оплавлением свари­ваемые торцы не обрабатывают так тщательно, как при сварке сопро­тивлением, так как часть металла зоны сварки оплавляется. Допуска­ются большие отклонения размеров сечений: круглых — до 15%, квадратных и прямоугольных — до 12%.

Припуск при сварке оплавлением расходуется на оплавление и осадку. Для углеродистых и низколегированных сталей значение припуска прини­мают в зависимости от площади се­чения свариваемого металла. При се­чениях до 200 мм2 припуск состав­ляет ~ 60%, а при сечениях более 200 мм2 ~50% от диаметра (или стороны квадрата). При определении припуска необходимо учитывать так­же зазор между свариваемыми по­верхностями. Зазор при сечениях 100…1000 мм2 составляет 1,5…4 мм, а свыше 1000 мм2 — до 8 мм.

При сварке оплавлением плот­ность тока, расход электроэнергии и необходимая мощность меньше, чем при сварке сопротивлением. Для сечений 100…200 мм2 плотность сварочного тока составляет 10… 25 А/мм2. Удельная мощность при сварке углеродистой стали составляет 0,04…0,07 кВ·А/мм2.

Стыковая сварка широко применя­ется для соединения арматурных стержней железобетонных изделий, при этом полностью используются отходы, так как из коротких отрез­ков можно сваривать стержни любой необходимой длины. Для получения качественной сварки выбирают наи­лучший режим и производят контрольную проверку сваренных стыков на разрыв и угол загиба. Свари­ваемые торцы деталей подвергают

тщательной механической или хими­ческой очистке. Должны быть хорошо очищены также поверхности сопри­косновения деталей с зажимами сты­ковой машины для получения хоро­шего электрического контакта. Для этого используют установки с вра­щающимися стальными щетками, шарошами или абразивными кругами. Торец должен иметь прямой срез. Это обеспечивает хорошую центровку, уменьшает затраты времени и металла на оплавление.

Точечная контактная сварка

  • Точечная контактная сварка — это сварка, при которой соединение элемен­тов происходит на участках, ограниченных площадью торцов электродов, подводящих ток и передающих силу сжатия.

Рис. 2

Свариваемые листы 2 (рис. 2) или стержни накладывают друг на друга и зажимают металлическими электродами 3, к которым от трансформатора 4 подводится сварочный ток. Нагрев металла происходит при замыкании сварочной цепи. Наи­большее количество теплоты выделя­ется на участке наибольшего сопро­тивления цепи, т. е. в зоне соеди­нения свариваемых листов (стерж­ней). Здесь металл расплавляется. После выключения тока и осадки сварочная ванна кристаллизуется и образуется сварная точка 1. Подготов­ка поверхностей к сварке заключа­ется в тщательной механической (абразивными материалами, пескоструй­ным аппаратом, металлической щет­кой) или химической (травлением) очистке их с обеих сторон от грязи, масла и оксидной пленки. Хорошая очистка и плотное прилегание по­верхностей обеспечивают высокое ка­чество сварной точки.

Рис. 3

Цикл сварки состоит из следую­щих периодов: сжатия свариваемых заготовок, действия сварочного тока и снятия силы сжатия. Применяют различные способы совмещения (рис. 3) периодов действия сварочного тока I и силы F сжатия. Способ (а) соответствует сварке при постоянном давлении и применяется при сварке низкоуглеродистых и нержа­веющих сталей толщиной до 3 мм. Сварка по способу (б) отличается тем, что после выключения сварочного тока силу сжатия увеличивают, что обеспечивает хорошее фор­мирование металла и позволяет получить сварную точку повышенной проч­ности; применяется для сварки из­делий из низкоуглеродистой стали повышенной толщины. Сварка по спо­собу (в) состоит из обжатия листов большей силой перед сваркой, свар­ки при меньшем давлении и после­дующего обжатия повышенной силой при выключенном токе. Применяется при сварке листов больших толщин, когда необходимо обеспечить формирование и отвердевание сварной точ­ки.

Процесс сварки может быть вы­полнен при жестком (плотность тока 160…360 А/мм2, длительность цикла 0,2…1,5 с) и мягком (плотность тока 70…160 А/мм2, длительность цикла 2…3 с) режимах. Диаметр сварной точки зависит от толщины сварива­емых листов и составляет 1… 1,5 диа­метра электрода, а также от сварочного тока и продолжительности цикла сварки. Диаметр электрода принимается на 3…4 мм больше сум­марной толщины свариваемых листов.

Рекомендуются следующие режи­мы точечной сварки для различных материалов. Для низкоуглеродистых сталей толщиной до 4 мм приме­няют жесткий режим при плотно­сти сварочного тока 300…360 А/мм2 и продолжительности цикла сварки 0,8…1,1 с. Удельное давление сос­тавляет 15,0…70,0 МПа. При толщине металла более 4 мм рекомендуются мягкие режимы, осуществляемые при плотности тока до 160 А/мм2 и про­должительности цикла до 2,5…3 с. Удельное давление достигает 100… 120 МПа. При сварке алюминия и его сплавов применяют жесткие режимы при высоких плотностях тока, дости­гающих 1600 А/мм2, удельных давле­ниях до 150 МПа и продолжитель­ности цикла 0,1…0,25 с. При этом свариваемые поверхности должны быть особенно тщательно очищены от оксидной пленки.

Точечная сварка получила боль­шое применение при изготовлении арматуры железобетонных изделий, плоских и угловых сеток, а также различных пространственных карка­сов. Сваривают пересекающиеся стержни или стержни с плоскими элементами: листом, полосой, швел­лером и др. При сварке стержней в начальный момент контактируют не­большие поверхности и для быстрого разогрева достаточно небольшой мощности. Пластическая деформация контактируемых поверхностей приво­дит к увеличению площади соприкосновения. Всесте с этим происхо­дит выдавливание из зоны контакта шлака и других неметаллических включений. Такое течение процесса позволяет при сварке стержней диа­метром до 60 мм использовать машины небольшой мощности.

Шовная контактная сварка

  • Шовная контактная сварка — это свар­ка, при которой соединение элементов выполняется внахлестку в виде непре­рывного или прерывистого шва вра­щающимися дисковыми электродами, к которым подведен ток и приложена сила сжатия.

Рис. 4

На. рис. 4 представлена прин­ципиальная схема шовной сварки: 1 — ролики (дисковые электроды), 2 — свариваемые листы, 3 — тран­сформатор.

Применяют три способа шовной сварки: непрерывную, прерывистую с непрерывным вращением роликов и прерывистую с периодическим вра­щением роликов.

Непрерывную шовную сварку вы­полняют сплошным швом при постоян­ном давлении роликов на свариваемые листы заготовки и при постоян­но включенном сварочном токе в те­чение всего процесса сварки. При этом способе имеют большое значение тщательная зачистка свариваемых по­верхностей, равномерная толщина листов и однородность химического состава металла. Даже при неболь­ших нарушениях подготовки сва­риваемых кромок сварной шов полу­чается низкого качества с прожогами и непроварами. По указанным причи­нам этот метод сварки не получил широкого применения.

Прерывистую сварку с непрерыв­ным вращением роликов также выпол­няют при постоянной силе сжатия, но сварочная цепь периодически за­мыкается и размыкается. При этом способе шов формируется в виде сварных точек, перекрывающих друг друга. Шов получатся более высо­кого качества.

Прерывистую сварку с периоди­ческим вращением роликов выполняют при постоянной силе сжатия, но сварочная цепь замыкается в мо­мент остановки роликов (шаговая сварка). Такой способ дает более качественный шов, так как обеспе­чивает хорошее формирование сва­рочной точки. Однако машины для такого способа отличаются слож­ностью конструкции и малой произ­водительностью.

Рис. 5

Большое применение получила прерывистая шовная сварка с непрерывным вращением роликов при постоянной силе сжатия в течение процесса сварки. Этим способом сваривают швы различных резервуаров и емкостей, а также конструк­ций из листового металла. Наиболее часто применяют сварные соединения с отбортовкой и внахлестку (рис. 5). При соединении с отбортовкой листов толщиной до 1 мм ширина отбортовки берется до 12 мм, а при толщине листов до 2 мм — 20 мм. При нахлесточном соединении вели­чину нахлеста берут 10…20 мм.

Низкоуглеродистая и тонкая нержавеющая стали (типа Х18Н9) хо­рошо свариваются шовной сваркой. Сварку листов из низкоуглеродистой стали при суммарной толщине до 2 мм (1 + 1) производят роликами с шириной контактной поверхности 6 мм. Сила сжатия достигает 4 кН. Продолжительность импульсов тока в сварочной цепи составляет 0,04… 0,06 с, а перерывов между ними — 0,02…0,04 с. Сварочный ток — 8… 16 кА. Скорость сварки достигает ~2 м/мин. При суммарной толщине листов до 4 мм (2 + 2) ширина кон­тактной поверхности роликов состав­ляет 8,5… 10 мм, сила сжатия — 6,5…8,4 кН, продолжительность им­пульсов тока — 0,08…0,12 с, а пере­рывов — 0.06…0,10 с. Сварочный ток достигает 20 кА, скорость сварки — 1,4…1,6 м/мин. При сварке нержаве­ющих сталей сварочный ток берет­ся меньше указанных норм на 35… 40%. Сварка листов из алюминия и его сплавов выполняется при сва­рочных токах 22…40 кА. Скорость сварки не превышает 1 м/мин. Сила сжатия — 2,5…5,4 кН, продолжитель­ность импульсов сварочного тока составляет только 15…30% времени одного цикла.

Рис. 6

Разновидностью шовной сварки является шовно-стыковая сварка труб с продольным сварным швом (рис. 6). Из стальной ленты необходимой ширины формующими роликами подготавливают трубную заготовку 3 с верхним расположением стыка 4 кромок заготовки. Заготовка пода­ется стыком под сварочные ролики 2, к которым подводится сварочный ток от трансформатора 1; сила сжатия передается заготовке через нажимные ролики 5. После заварки шва труба поступает на калибрующие валки, где срезается грат сварного шва и правятся размер и форма сечения, затем разрезается на трубы заданной длины.

Этим способом изготовляют трубы диаметром 14…400 мм при толщине стенок 0,5… 12,5 мм. Скорость сварки достигает 10…15 м/мин.

soedenimetall.ru


Смотрите также