Сущность, схемы процессов и области применения

Контактная сварка является разновидностью сварки давлением, при которых высококонцентрированный местный нагрев металла до пластического состояния осуществляется теплом, выделяемым при прохождении электрического тока от одной свариваемой детали к другой перпендикулярно поверхности их соприкасания. Местом максимальной концентрации нагрева в этом случае является электрический контакт деталей. К контактной сварке относят стыковую, точечную и роликовую (или шовную). Схемы контактной сварки приведена на рисунке 3.10.

а – стыковой:1 – заготовки, 2 – неподвижный токоподвод, 3 – подвижный токоподвод, 4 – сварочный трансформатор; б – точечной: 1 – заготовки, 2 – неподвижный электрод, 3 – подвижный электрод, 4 – трансформатор;

в – шовной: 1 – заготовки, 2 – неподвижный ролик-электрод, 3 – подвижный ролик-электрод, 4 – трансформатор

Рисунок 3.10 – Схемы контактной сварки

Для этого зажим 3 установлен на подвижной плите, перемещающейся в направляющих станины. Зажим 2 укреплен на неподвижной плите. Вторичная обмотка сварочного трансформатора соединена с зажимами (электродами) машины гибкими шинами. Питание трансформатора 4 Т_р осуществляется от сети переменного тока через включающее устройство. Перемещение плиты и сжатие свариваемых деталей осуществляется механизмом осадки Р. После нагрева поверхностей до пластического состояния производят осадку на необходимую величину и одновременно выключают ток. Важное значение имеет точность и плотность прилегания свариваемых поверхностей. Отклонения размеров по диаметру для круглых стержней должно быть менее 2%, а для прямоугольных сечений разница в размерах допускается менее 1,5%. Свариваемые торцы деталей подвергают тщательной механической или химической очистке. Должны быть для надежного контакта хорошо очищены также и поверхности соприкосновения деталей с зажимным устройством стыковой машины.

При сварке непрерывным сплавлением установленные в зажимах машин детали равномерно сближают при включенном напряжении во вторичной цепи. Соприкосновение происходит вначале по небольшим площадкам, через которые проходит ток высокой плотности. После достижения равномерного оплавления всей поверхности стыка производят осадку. Различают также сварку прерывистым оплавлением, когда зажатые заготовки сближают под током и приводят неоднократно в кратковременное соприкосновение (замыкание) до полного оплавления всего сечения.

Метод оплавления имеет ряд преимуществ перед сваркой сопротивлением основные из которых следующие: поверхность стыка не требует особой подготовки; можно сваривать заготовки с сечением сложной формы и сильно развитым периметром, а также заготовки с различными сечениями; свариваются разнородные металлы (быстрорежущая и углеродистая сталь, медь и алюминий и т.п.). Недостатком сварки оплавлением является то, что увеличивается расход металла.

Количество выделяемой теплоты определяется выражением

, Дж

где J – величина тока, А;

R – сопротивление участка цепи в месте контакта деталей, Ом;

t – продолжительность действия тока, с.

Различают два режима процесса сварки: жесткий и мягкий. При жестком режиме применяют большой ток и давление, но малой продолжительностью включения тока. Мягкий режим, наоборот, характеризуется небольшим током и давлением, однако продолжительность процесса увеличивается и происходит постепенный нагрев свариваемых элементов. Мягкий режим обычно применяют при сварке на машинах с педальным приводом механизма сжатия.

Электрические параметры процесса сварки определяются в зависимости от материала свариваемых элементов. Так, плотность тока принимается для малоуглеродистых сталей в пределах 20-60 А/мм², для цветных металлов и сплавов – от 60 до 150 А/мм². Напряжение холостого хода составляет от 1,5 до 3 В.

Давление осадки при сварке определяется исходя из величины удельного давления и площади сечения контакта. На автоматических машинах удельное давление осадки при сварке малоуглеродистых сталей составляет 4-6 кг/мм² (40-60 МПа), а при неавтоматических машинах 3-4 кг/мм² (30-40 МПа).

Контактная сварка выполняется на специальных машинах, состоящих из двух основных частей: электрической и механической.

Электрическая часть машины состоит из сварочного трансформатора, прерывателя сварочного тока, регулятора (или прерывателя) тока первичной цепи трансформатора и токопроводящих устройств.

Трансформаторы для контактной сварки применяются понижающие однофазные с первичным напряжением 220 или 380 В и вторичным напряжением 1-16 В. Первичная многовитковая обмотка разделена на секции, что позволяет с помощью регулятора (или переключателя) изменять величину напряжений во вторичной обмотке трансформатора.

Вторичная обмотка машин малой мощности состоит из отдельных гибких полос меди, охлаждаемых воздухом. У машин большой мощности вторичная обмотка изготовлена из пустотелых медных витков, охлаждаемых проточной водой.

Наиболее распространенными изделиями, изготовляемыми стыковой сваркой, являются элементы трубчатых конструкций, колеса и кольца, инструмент, рельсы, железобетонная арматура. Сваркой сопротивлением можно сваривать низкоуглеродистые, низколегированные конструкционные стали, алюминиевые и медные сплавы.

Точечная сварка.

Разновидность контактной сварки, при которой заготовки соединяются в отдельных точках. Заготовки 1 собирают внахлестку и зажимают усилием Р между электродами 2, 3, подводящими ток к месту сварки от сварочного понижающего трансформатора 4 (рисунок 3.10 б). Точечная сварка характеризуется образованием ядра из расплавленного металла соединяемых деталей, изолированного от внешней среды кольцом нерасплавляемого металла.

На рисунке 3.11 показана одна из применяемых циклограмм (изменение основных параметров режима во времени) точечной сварки. Весь цикл состоит из четырех стадий: I – сжатие свариваемых заготовок между электродами; II – включение тока и разогрев места контакта до Т_плав, сопровождающийся образованием литого ядра точки; III – выключение тока и увеличение сжатия для улучшения структуры сварной точки; IV – снятие усилия электродов.

Рисунок 3.11 – Циклограмма точечной сварки

Точечной сваркой изготовляют штампосварные заготовки при соединении отдельных штампованных элементов сварными точками, широко применяется в крупносерийном производстве крупных узлов (автомобиле-, вагоно-, судо- и самолетостроения). Применяют для изготовления изделий из низкоуглеродистых, низколегированных и высоколегированных сталей, алюминиевых и медных сплавов. Толщина свариваемых металлов составляет 0,5...5 мм.

Шовная сварка

Шовная сварка характеризуется получением ряда перекрывающих друг друга свариваемых точек при импульсной подаче напряжения на ролики 2 и 3, между которыми перемещаются свариваемые детали 1, что позволяет получать сплошной герметичный шов (рисунок 3.10 в)

Р – усилие сжатия; S - перемещение роликов; I – сварочный ток; t – время

Рисунок 3.12 – Циклограммы шовной сварки

Применяют в массовом производстве при изготовлении различных сосудов. Толщина свариваемых листов составляет 0,3...3 мм. Достоинством технологии является получение герметичного шва.

Последовательность этапов технологических операций вначале и по завершении сварки шва такая же, как при точечной. Сварку по циклограмме с непрерывным включением тока (рисунок 3.12 а) применяют для коротких швов и сварки металлов и сплавов, не склонных к росту зерна и не претерпевающих заметных структурных превращений при перегреве околошовной зоны (низкоуглеродистые и низколегированные стали). Циклограмма с прерывистым включением тока (рисунок 3.12 б) обеспечивает стабильность процесса и высокое качество сварного соединения при малой зоне термического влияния. Ее используют при сварке длинных швов на заготовках из высоколегированных сталей и алюминиевых сплавов.