ЭЛЕКТРОКОНТАКТНАЯ СВАРКА
Точечная сварка
Схема точечной сварки показана на рис, 1, 2.
Рис. 1. Контактная точечная сварка. Охлаждение электродов при точечной сварке: 1 и 2 — электроды; 3 — вода.
Листы, собранные с местной нахлесткой и прилегающие по свариваемым поверхностям, соединяются под действием усилия F отдельными точками. Ток подводится с помощью стержневых электродов. Количество выделяющегося тепла определяется законом Джоуля:
Рис. 2. Принцип сварки;
а — принцип (1,4 — электроды; 2,3 - заготовки); б- схема 1 — гидравлический цилиндр с блоком управления; 2 — сварочный трансформатор; 3 — электронное управление, 4 — гидравлическая система для обеспечения прижатия.
Сопротивления электродов R1 и R2 должны быть невелики, так как выделяющаяся в них теплота не участвует в процессе сварки. Поэтому сечение электродов должно быть относительно большим, а материал электродов — обладать большой электро- и теплопроводностью и достаточной горячей твердостью. Электроды для точечной сварки изготовляют главным образом из меди и ее сплавов.
Небольшими должны быть и переходные сопротивления R3 и R4 между электродами и листами, так как в противном случае эти участки нахлестки недопустимо сильно нагреваются, вследствие чего происходит легирование рабочих поверхностей электродов элементами свариваемого металла и увеличивается их износ. Поэтому, контактные поверхности электродов и поверхности листов должны быть чистыми, усилия сжатия — большими, а охлаждение электродов — интенсивным. Сопротивления R6 и R7 зависят от удельных электрических сопротивлений материала листов.
Основное количество теплоты, расходуемой на образование соединения, выделяется в переходном сопротивлении R5 и в прилегающих приповерхностных слоях свариваемых деталей. Если R5 значительно превышает R6 и R7 то прилегающие друг к другу поверхности листов (свариваемые поверхности) слишком быстро нагреваются, в результате чего происходит выплеск. Интенсивность теплоотвода в электроды и листы снижают путем уменьшения время сварки.
Границы применимости. Размеры; толщина s = 0,4—4 (8) мм, диаметр D == 3—10 (20) мм, Группы материалов: низколегированные и легированные стали, цветные металлы, тугоплавкие металлы (рис. 1.47, 1.48) (2а, 2б).
Область использования: транспортное машиностроение; вагоностроение; серийная продукция листообрабатывающей сферы производства; строительная промышленность; приборостроение.
Параметры: сварочный ток 1—100 кА, напряжение дуги 0,5—10 В; время сварки 0,04—2 с; усилие 500—10000 Н.
Рельефная сварка
Электрический ток обычно подводится к свариваемым деталям электродами с большой поверхностью. Концентрация тока достигается благодаря тому, что в одной или в обеих свариваемых деталях есть рельефы. После пластификации материала в процессе сварки рельефы сглаживаются. В остальном, соединение образуется так же, как и при точечной сварке. На рис. 3 показана схема рельефной сварки.
Рис. 3 Рельефная сварка
Применение этого способа целесообразно в массовом производстве. При опускании электрода сварка осуществляется одновременно по большому количеству рельефов.
Рис. 4 Обычные формы рельефа: а — круглый; б — продольный; в — кольцевой; г — сдвинутый.
Форма рельефа. Формы рельефа показаны на рис. 4. Выбор других форм рельефа зависит от конкретных задач сварки, например для соединения перекрещивающихся стержней, или листов с фасонными деталями.
Границы применимости. Размеры: толщина 0,5—5 мм. Группы материалов: углеродистые и легированные стали, цветные металлы (см. Точечная контактная сварка).
Область использования: сварка мелких деталей и деталей сложной формы в транспортном машиностроении; серийное производство, потребляющее листовую продукцию; приборостроение.
Параметры: сварочный ток 5 - 100 кА, усилие 0,5-40 кН, продолжительность сварки 3—50 периодов.
Шовная сварка
При контактной шовной сварке стержневые электроды, применяемые для точечной сварки, заменяют роликовыми. Различие этих способов сварки заключается в том, что роликовые электроды при перемещении свариваемых деталей не разводятся. В зависимости от конкретной задачи транспортирование деталей осуществляется с помощью одного или обоих роликов. Таким образом, получают непрерывные или периодически прерывающиеся сварные швы. Электроды могут вращаться постоянно или периодически. Различают герметичные сварные швы с взаимным перекрытием точек и точечные швы (рис. 5). Если сварку ведут постоянным током, то получают шов, показанный на рис. 6.
Рис. 5. Герметичные и точечные швы при шовной сварке.
Рис. 6. Шовная сварка постоянным током
Программа изменения тока и усилия сжатия. При периодическом вращении электродов сварку можно вести с программным изменением тока и усилия сжатия, как и при точечной сварке. Это используется главным образом при соединении материалов, чувствительных к сварочному нагреву, например сплавов легких металлов.
Стыковая сварка
Схема сварки на рис. 9.
Стыковая сварка сопротивлением (давлением).
Заготовки, установленные и закрепленные в стыковой машине, прижимают одну к другой определенным усилием, после чего по ним пропускают электрический ток. При нагревании металла в зоне сварки до пластического состояния происходит осадка. Ток выключают до окончания осадки. Этот способ сварки требует механической обработки и тщательной зачистки поверхностей торцов заготовок.
Рис. 9. Принцип сварки: 1 — свариваемые заготовки; 2 — зажимные колодки; 3 — привод; 4 — сварочный трансформатор; 5 — устройство для подачи и обжатия; 6 — станина
Неравномерность нагрева и окисление металла на торцах заготовок понижают качество сварки сопротивлением, что ограничивает область ее применения. С увеличением сечения заготовок качество сварки снижается особенно заметно, главным образом из-за образования окислов в стыке.
Рис. 10. Стыковая сварка сопротивлением (давлением): 1 — водоохлаждаемые зажимы; 2 — вода
Границы применимости. Размеры: для простых круглых заготовок свариваемое сечение 0.03 - 150 (200) мм2; для полос ширина 1—40 мм, толщина 1—3 мм.
Группы материалов: углеродистые, низколегированные и высоколегированные стали; легкие и тяжелые металлы сплавы (алюминий, медь, никель, благородные металлы).
Область использования: сварка встык проволоки при производстве и обработке проволоки; сварка цепей (максимальный диаметр звена 16 мм) сварка встык полотен ленточных пил, полос из стали любой марки и из цветных металлов.
Диапазон параметров; плотность тока 40 - 50 А/мм2, удельное давление при обжатии 10—30 МПа.
Стыковая сварка оплавлением
Стыковая сварка непрерывным оплавлением включает две стадии: оплавление и осадку. Заготовки устанавливают в зажимах машины, включают ток и медленно сближают их. При этом торцы заготовок касаются в одной или нескольких точках. В местах касания образуются перемычки, которые мгновенно испаряются и взрываются. Взрывы сопровождаются характерным выбросом из стыка мелких капель расплавленного металла. При дальнейшем сближении заготовок образование и взрыв перемычек происходят на других участках торцов. В результате заготовки прогреваются в глубину, а на торцах возникает тонкий слой расплавленного металла, облегчающий удаление окислов из стыка. В процессе оплавления заготовки укорачиваются на заданный припуск. Оплавление должно быть устойчивым (необходимое условие - непрерывное протекание тока при отсутствии короткого замыкания заготовок), особенно перед осадкой.
При осадке скорость сближения заготовок резко увеличивают, осуществляя при этом пластическую деформацию на заданный припуск. Переход от оплавления к осадке должен быть мгновенным, без малейшего перерыва. Осадка начинается при включенном токе и заканчивается при выключенном.
Стыковая сварка непрерывным оплавлением обеспечивает равномерный нагрев заготовок по сечению и позволяет получать стабильное качество стыков.
Стыковая сварка оплавлением с подогревом отличается от сварки непрерывным оплавлением тем, что перед началом процесса оплавления заготовки подогревают в зажимах машины периодическим смыканием и размыканием при постоянно включенном токе. При этом происходит процесс прерывистого оплавления, и заготовки укорачиваются на заданный припуск. Выдержка при замыкании составляет около 0,5—3 с, а при размыкании 2—6 с. Число замыканий может быть от одного-двух до нескольких десятков в зависимости от размеров сечения заготовок.
Применение стыковой сварки оплавлением с подогревом позволяет;
предупредить резкую закалку и, следовательно, получить более пластичные стыки при сварке некоторых закаливающихся сталей; снизить требуемую мощность машины или на машине данной мощности сваривать заготовки с большими площадями сечения; осуществить осадку при меньшем усилии; сократить общий припуск на сварку.
Стыковая сварка импульсным оплавлением. При этом способе сварки, кроме основного поступательного движения, которое совершает подвижная плита, одной из свариваемых заготовок сообщают колебательные движения с заданными амплитудой и частотой. Способ отличается высокой эффективностью, интенсивным нагревом металла при оплавлении.
Границы применимости. Размеры; сечение свариваемых изделий 10—40000 (80000) мм2.
Группы материалов: углеродистые, низколегированные и высоколегированные стали с содержанием углерода не более 0,22 %; легированные стали (с содержанием углерода до 0,6), инструментальные стали, стали для буровых штанг, подшипниковые стали, арматурные стали, стали для цепей; алюминий и его сплавы медь и ее сплавы; стальное литье.
Нельзя сваривать высоколегированные стали, содержащие алюминий и кремний! Нельзя также использовать данный способ для сварки чугуна.
Область использования: стыковые и косые швы при сварке квадратных, круглых, прямоугольных и многоугольных сечений, сортового проката, облегченного строительного профиля и труб в машиностроении, при монтаже стальных конструкций и для работ на железной дороге; сварка встык при наращивании прутков горячекатаных заготовок для прокатного стана. Сварка встык полос для получения ободов и круглых звеньев для изготовления цепей.
Параметры: сварочный ток 15 - 50 кА; номинальная мощность 80—800 кВА; усилие обжатия 32 - 500 кН; усилие зажима 63-1000 кН.
Расчетное определение основных параметров сварки (для углеродистых и низколегированных сталей):
сварочный ток Is = As0.43 / 1,4 кА; (где As – площадь поперечного сечения детали в мм); расстояние между колодками (зажимами) E1 + E2 = 3.55 As 0.41 мм; усилие осадки Fос = As 1.24 / 188 кН;