Стыковой сварки сопротивлением

S – перемещение подвижного

зажима

Δ_СВ – припуск на сварку

Рис.7.1

Стыковая сварка сопротивлением

Применяют этот способ сварки для сравнительно небольших сечений (до 300мм²).

При сварке на токах высокой плотности:

стальные детали j=250÷700А/мм²;

медные детали j=1000÷3500А/мм².

Нагрев идёт очень быстро и в месте стыка металл расплавляется, а при осадке выдавливается.

Рис.7.2

На таких режимах обычно сваривают проволоку небольшого диаметра.

При сварке на токах умеренной плотности j=25÷100А/мм² стыковое соединение имеет более широкую зону нагрева и его очертания становятся более плавными.

Рис.7.3

При всех разновидностях стыковой сварки сопротивлением снижается припуск на сварку и количество грата, отсутствует интенсивное искрообразование (по сравнению со сваркой оплавлением).

Основной недостаток стыковой сварки сопротивлением – окисление торцов во время нагрева. При сварке больших сечений для предупреждения окисления металла место нагрева защищают газовой нейтральной средой.

Для низколегированных сталей P_ОС=20÷40МПа;

для легированных сталей до P_ОС≤100÷150МПа.

Стыковая сварка оплавлением

Наиболее распространённый способ стыковой сварки деталей различных сечений. Этим способом успешно сваривают разные стали и цветные металлы.

Циклограммы процесса Ксо и Ксоп

I, F, S

Iос

Fос

Δос

Iопл

S Δопл

t

tос. т.

tопл tос

Рис.

I, F, S

tим tп

Iпод Iос

Fос

Iопл

Fпод S

t

tос.т.

tпод tопл tос

Рис.

Технология стыковой сварки

Контактная стыковая сварка возможна сопротивлением и оплавлением. Основные условия для хорошей качественной сварки в обоих случаях одинаковы. Это:

1.равномерный нагрев каждой из свариваемых деталей в зоне стыка;

2.защита торцов от окисления;

3.наличие равных возможностей для пластической деформации обеих деталей при нагреве.

Стыковая сварка сопротивлением

Выполнение рассмотренных выше условий при Ксс возможны только при быстром нагреве, плотно сжатых деталей и большой пластической деформации в зоне стыка. Поэтому применяется при сварке деталей компактного сечения небольших размеров (проволока, прутки малых диаметров ø<20). В настоящее время этот способ сварки применяется ограниченно. Циклограмма процесса имеет следующий вид:

P, Iсв,

Iсв S

P Δос

Δпод

t

подогрев осадка

Рис.

Сначала детали сжимают со значительным усилием, затем происходит включение тока, происходит нагрев. Сжатие производят с резко возрастающим в конце давлением.

Соединения сварные сопротивлением характеризуются плавным очертанием.

Рис.

При медленном нагреве рядом со стыком заметно происходит рост зерна. Сварка стали без специальной защиты стыка, часто сопровождается наличием в стыке окисных включений, что сильно снижает пластичность соединения.

Режим сварки сопротивлением обычно определяется следующими параметрами:

1.током;

2.продолжительностью сварочного нагрева;

3.давлением осадки;

4.установочной длиной детали.

Все эти параметры существенно влияют как на температуру свариваемых деталей, так и на условия их пластической деформации.

Обычно при сварке сопротивлением малоуглеродистой стали плотность тока

γ=20÷100 А/мм², а удельная мощность q=0,12÷0,2 кВА/мм².

Усилие осадки, существенно определяющие тепловыделение в контакте, составляет при сварке прутков небольшого диаметра Р=1,5÷3 кг/мм².

Установочная длина деталей диаметром d составляет l=(0,5÷1,0)d, мм.

С увеличением её уменьшается отвод тепла в электроды, но при чрезмерном увеличении растёт потребляемая мощность и возможно искривление деталей при осадке.

Продолжительность нагрева, связана с плотностью тока при сварке и может быть найдена из следующего соотношения , с, для плотностей тока в пределах 25÷100А/мм². Детали сечением более 300 мм² сваривают с газовой защитой или с нагревом до температуры в стыке Т=(0,9÷0,95)Т_ПЛ и последующей большой осадкой.

Сварка с газовой защитой и нагревом до Т=(0,8÷0,9)Т_ПЛ позволяет получить соединения высокого качества.

Стыковая сварка непрерывным оплавлением

Стыковая сварка непрерывным оплавлением состоит из двух стадий: оплавления и осадки.

При оплавлении детали медленно сближаются при включенном токе. Их соприкосновение сопровождается образованием между торцами контактов в отдельных точках. Так как при оплавлении Р≈0, сопротивление контактов велико и в них выделяется большое количество тепла. Металл мгновенно расплавляется и образуются жидкие перемычки. Растущая плотность тока в перемычке приводит к интенсивному повышению её температуры и испарению металла в центре перемычки и к взрыву перемычки. При этом частицы

расплавленного металла выбрасываются в виде искр из зазора, что приводит к постепенному укорочению деталей. Избыточное давление паров металла, окисление мельчайших частиц жидкого металла в этом промежутке между торцами препятствует окислению торцов деталей. Для поддержания непрерывного оплавления детали сближают между собой со скоростью, чтобы скорость сближения деталей соответствовала скорости их фактического укорочения. Перемычки периодически образуются на всех участках торцевой поверхности оплавляемых деталей, что ведёт к постепенному выравниванию температуры торцов и распространению тепла вглубь детали. После достаточного прогрева металла происходит интенсивная осадка под давлением, что способствует удалению из стыка окисленного металла.

Параметры режима сварки оплавлением

Режим стыковой сварки оплавлением характеризуется следующими параметрами:

1.установочной длиной l, мм;

2.припуском на оплавление Δ_ОПЛ, мм;

3.припуском на осадку Δ_ОС, мм; Δ_ОПЛ+Δ_ОС=Δ_СВАРКУ

4.скоростью оплавления V_ОПЛ, мм/с;

5.скоростью осадки V_ОС, мм/с;

6.током оплавления I_ОПЛ и током осадки I_ОС;

7.длительностью осадки под током t_{ОС. Т}.

8.температурой подогрева перед сваркой Т°_ПОД;

9.временем подогрева t_ПОД;

10.усилием осадки Р_ОС, кг.

Установочная длина увеличивается с ростом теплопроводности, с повышением склонности металла к закалке, а также при необходимости обработки стыка в сварочной машине.

- суммарная установочная длина

Рис.

при сварке полос установочная длина составляет примерно , мм;

при сварке стальных стержней установочная длина составляет , мм;

Припуск на оплавление Δ_ОПЛ должен быть достаточным для равномерного разогрева деталей с созданием по поверхности их торцов слоя расплава, а припуск на осадку – достаточным для удаления окисленного и перегретого металла. Припуски на сварку

Δ_СВАРКУ =Δ_ОПЛ+Δ_ОС (на оплавление + на осадку) выбирают по монограммам в зависимости от площади сечения заготовок.

Припуск на оплавление обычно составляет 0,7÷0,8 общего припуска на сварку. Δ_ОПЛ=(0,7÷0,8)Δ_СВ, где

Δ_СВ=Δ_ОПЛ+Δ_ОС

Припуск на осадку под током составляет (0,5÷1,0)Δ_ОС.

Величина осадки уменьшается при достаточной скорости осадки. Применение защитных сред также может привести к существенному сокращению Δ_ОПЛ и Δ_ОС.

Скорость оплавления (или его длительность) зависят от плотности тока, степени подогрева детали и от марки стали.

При сварке непрерывным оплавлением она постепенно возрастает от 0 до 6÷8 мм/с.

Для низкоуглеродистых сталей средняя V_ОПЛ=1÷2,5мм/с.

Для легированных сталей средняя V_ОПЛ=2,5÷3,5мм/с.

Длительность непрерывного оплавления деталей компактного сечения (120÷800мм²) из стали составляет примерно 1с на 30мм².

Скорость осадки(V_ОС, мм/с) должна быть не ниже определённого предела, который растёт с увеличением склонности металла к окислению. Высокая скорость осадки особенно важна в первый момент (когда закрывается зазор между оплавленными торцами), затрудняет образование окислов и способствует их более полному удалению из стыка. После осадки на 30÷40% скорость осадки может быть уменьшена в 2÷3 раза. Начальная скорость осадки составляет для:

малоуглеродистых сталей не менее 60÷80мм/с

чугуна не менее 20÷30мм/с

легированных сталей не менее 80÷100мм/с

алюминиевых сплавов не менее 200÷2500мм/с.

Давление осадки зависит от свариваемых материалов, вида сварки (непрерывным оплавлением и оплавлением с подогревом) (P_{Н. П.}>P_{ОПЛ. С ПОДОГРЕВОМ}) и может изменяться в широких пределах.

Ориентировочные значения удельных давлений в кг/мм²

Материалы	Непрерывным оплавлением	С подогревом
НУС	8 – 10	4 – 6
СУС	10 – 12	4 – 6
ВУС	12 – 14	4 – 6
Аустенитные стали	16 – 25	10 – 18
Алюминиевые сплавы	13 – 20
Бронза	14 – 18
Чугун	8 – 10

Усилие осадки в основном определяет величину Δ_ОС. Чрезмерная осадка снижает пластичность соединения. Усилие зажатия F_ЗАЖ находится в зависимости от усилия F_ОС, если детали зажимаются в зажимах без фиксирующих упорных приспособлений. Усилие зажатия зависит от коэффициента трения между деталями и губками.

Усилие зажатия определяют:

или чаще с использованием соотношения , где

k_ЗАЖ - коэффициент зажатия

k_ЗАЖ=1,5÷2 – для труб и прутков из малоуглеродистых сталей;

k_ЗАЖ=2,2÷3 – для труб из нержавеющих сталей;

k_ЗАЖ=2,3÷3,5 – для стальных листов.

Если используют насечки на губках, то k_ЗАЖ=0,8÷1,0.

Ток при оплавлении можно ориентировочно рассчитать для сварки крупных деталей по следующей зависимости:

, кА

d – диаметр детали, см;

V_ОПЛ – средняя скорость оплавления, см/с.

Плотность тока к концу оплавления возрастает и для изделий сечением 250÷1000мм² из сталей составляет 20÷30А/мм², а при сварке крупных изделий 5А/мм²

Отключение тока целесообразно производить во второй стадии осадки, но не слишком задерживаясь, так как при осадке происходит значительное уменьшение контактного сопротивления, что приводит к возрастанию тока в 3÷5 раз, то есть может возникнуть перегрев метала в зоне стыка, и к укрупнению размеров зерна.

Во время осадки силу тока уменьшают путём фазового регулирования.

Температура подогрева

При сварке деталей компактного сечений S<1000мм² подогрев выполняют редко.

Детали компактного сечения S=1000÷1500мм² подогревают кратковременными импульсами до Т=700÷900°С.

При сварке деталей S=10000÷20000мм² температура подогрева составляет Т=1100÷1200°С.

Время подогрева t_ПОД возрастает с увеличением площади сечения деталей от нескольких секунд при сварке деталей S=500÷1000мм², до нескольких минут при сварке деталей S=15000÷20000мм².

Длительность импульсов подогрева (t_ИМП) обычно составляет 1÷8с.

При стыковой сварке кольцевых деталей возникает шунтирование тока через кольцо, что требует увеличения мощности (до50%) по сравнению с деталями незамкнутой формы.

I_Ш при нагреве деталей постепенно снижается

Рис.