Сущность и основы электроконтактных способов сварки.

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;