Лабораторная работа № 6. Знакомство с технологией стыковой сварки и исследование влияния параметров режима на качество соединений

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Научиться выбирать по справочным материалам параметры режима стыковой сварки. Изучить влияние отдельных параметров режима на качество сварного соединения.

6.1 Общие сведения

6.1.1. Сварка сопротивлением

Этот способ обычно применяют при сварке деталей небольших поперечных сечений из чёрных и цветных металлов и их сплавов: сталей (до 200 мм²), меди, латуни, бронзы, алюминия (до 100 мм²).

Подготовка торцов деталей под сварку сопротивлением состоит в ровной обработке и тщательной зачистке до металлического блеска. Подготовку можно осуществлять на токарных станках, дисковыми пилами, наждачными кругами и т.д. Основное условие качественной сварки - плотное прилегание свариваемых торцов по всему сечению. Учитывая это, стыковую сварку сопротивлением не применяют для деталей слож­ной конфигурации, а также с большой площадью поперечного сечения. В этих случаях даже при хорошей обработке торцов невозможно добиться равномерного разогрева по всему сечению, в результате чего, как правило, в стыке образуются непровары.

Поверхность деталей для лучшего электрического контакта с токоподводящими электродами должна быть зачищена от ржавчины, масла, грязи и др. по всей длине, зажимаемой в электроды (губки). Мелкие детали (звенья цепей, заготовки инструмента и т.д.) зачищают в галтовочных барабанах с кварцевым песком и сухими древесными опилками. Крупные детали в местах токоподвода зачищают переносными наждачными кругами.

В массовом производстве широко применяется травление в кислоте с последующей нейтрализацией в щелочи.

Процесс сварки сопротивлением выполняют в следующей последовательности:

- детали с ровно обрезанными и хорошо зачищенными торцами зажимают в электродах (губках) машины и сдавливают;

- включают сварочный ток и торцевые поверхности деталей разогреваются до температуры близкой к температуре плавления (0,8-0,9 Т_пл) материала свариваемых деталей;

- производят осадку разогретых торцов;

- выключают сварочный ток н детали вынимают из зажимов.

К основным параметрам стыковой сварки сопротивлением отно­сятся: сварочный ток; длительность нагрева (время сварки); величина давления осадки; установочная длина (т.е. длина концов деталей, выступающих из электродов); величина осадки.

Сварочный ток оказывает большое влияние на качество сварки. При малом токе могут появиться непровары и включения окислов. Слиш­ком большой ток может привести к перегреву или пережогу металла. Величину тока подсчитывают как произведение необходимой плотности тока на площадь поперечного сечения заготовок. Плотность тока лежит в довольно широких пределах от 10 до 200 А/мм². С увеличением площади поперечного сечения деталей плотность тока следует уменьшать. Цветные металлы иих сплавы сваривают на токах больших плот­ностей. Сварочный ток регулируют переключателем ступеней мощности.

Длительность нагрева или время прохождения тока через детали в основном зависит от выбранной плотности тока и площади попереч­ного сечения свариваемых деталей и составляет обычно от десятых долей секунды до нескольких секунд. С увеличением площади попереч­ного сечения длительность нагрева увеличивается. При слишком длительном нагреве возможно образование в стыке окислов и малопластичной перегретой структуры металла. Время прохождения тока регулируют специальными устройствами или вручную нажатием на пусковую кнопку.

Давление осадки выбирают в зависимости от площади поперечного сечения, температуры нагрева и марки металла. При недостаточном давлении может появиться непровар, а при чрезмерном давлении возможно образование трещин. Давление осадки подсчитывают как произведение удельного давления на площадь поперечного сечения заготовок. Удельное давление, применяемое при сварке цветных металлов и сплавов составляет 10¸15 МН/м², а при сварке сталей 20¸50 МН/м². Для ускорения нагрева в начале сварки дается небольшое давление, а к концу сварки, т.е. в момент осадки, его увеличивают. Механизм регулировки величины давления осадки у машин различных типов различный: пружинный, кулачковый, пневматический и т.д.

Установочная длина оказывает большое влияние на нагрев свариваемых деталей. При небольшой установочной, длине стык нагревается плохо вследствие усиленного отвода тепла в медные электроды (губки), обычно охлаждаемые водой. При большой установочной длине в хорошо нагреваемом стыке образуется слишком большое утолщение, кроме того, возможна потеря устойчивости и искривление свариваемых деталей. Обычно установочная длина принимается равной 0,5¸2 диаметра стержня. При сварке разнородных металлов их установочная длина раз­лична.

Величину осадки выбирают в зависимости от поперечного сечения свариваемых деталей в пределах 2¸10 мм. Общая осадка распределяет­ся на осадку под током и осадку без тока. При недостаточной осадке в стыке возможны непровары, окислы и шлаковые включения. При завышенной величине осадки возможно искривление волокон и образование трещин.

6.1.2. Сварка оплавлением

Этот способ применяется при сварке деталей из углеродистых и легированных сталей с большим поперечным сечением, тонкостенных деталей с развитым сечением, при сварке разнородных металлов (сталь с медью, медь с алюминием и т.п.).

При сварке оплавлением к подготовке торцов деталей особых требований не предъявляют. В процессе оплавления все неровности на поверхности стыка оплавляются и выравниваются. На сварку могут по­ступать детали непосредственно после рубки или газовой резки с окалиной и даже ржавчиной на поверхности торцов. Единственное требование к заготовкам - это хорошая зачистка их поверхностей в местах токоподвода.

Сущность сварки оплавлением состоит в том, что между торцами деталей при медленном их сближении под током в одной или нескольких точках возникает электрический контакт. В результате незначительного давления, развиваемого в контакте, его переходное сопротивление будет значительным. В контакте выделяется большое количество тепла и между торцами деталей образуется перемычка жидкого металла. Эта перемычка под действием раскаленных газов взрывается и жидкий металл выбрасывается из стыка в виде искр, брызг и паров. При дальнейшем медленном сближении деталей в соприкосновение входят следующие части металла, которые также расплавляются и взрываются. Когда вся поверхность торцов оплавится и покроется тонким слоем жидкого металла, детали резко сдавливают и выключают ток. При сдавливании жидкий металл вытесняется вместе с окислами из стыка, образуя так называемый грат, а расположенный под ним твердый металл сваривается.

Сварку оплавлением можно осуществлять непрерывным оплавлением или оплавлением о предварительным подогревом.

Процесс сварки непрерывным оплавлением протекает в следующей последовательности:

- детали зажимают в электроды (губки) машины с небольшим зазором;

- включают сварочный трансформатор и детали сближают, возбуждается процесс оплавления;

- дают осадку под током;

- ток выключают и дают окончательную осадку без тока;

- детали освобождают из зажимов.

Процесс сварки оплавлением с предварительным подогревом про­текает аналогично, только перед началом оплавления детали подогре­вают непосредственно в машине. Подогревать можно методами сопротив­ления или прерывистого оплавления.

При подогреве методом сопротивления детали сближают при вклю­ченном сварочном токе и выдерживают в сомкнутом состоянии 0,2¸5,0 с (в зависимости от сечения). Затем их разводят и снова сводят. Общее число таких смыканий может быть от 3 до 30. После нагрева торцов до температуры (800¸1100) °С возбуждается процесс непрерывного оплавления.

При подогреве методом прерывистого оплавления детали периодически смыкаются и размыкаются под током. Торцы при этом разогреваются с обильным выбрасыванием искр из стыка. После последнего размыкания начинается процесс оплавления. В дальнейшем в обоих случаях про­цесс сварки протекает также, как и при непрерывном оплавлении.

Для возбуждения и поддержания устойчивого процесса оплавления необходимо повышенное (по сравнению со сваркой сопротивлением) напряжение на электродах машины.

К основным параметрам стыковой сварки оплавлением относятся: сварочный ток; установочная длина; скорость оплавления и скорость осадки; давление осадки.

Сварочный ток устанавливают в зависимости от необходимой плотности тока. Плотность тока при сварке непрерывным оплавлением углеродистых сталей должна быть меньше, чем при сварке сопротивлением (10¸50 А/мм²). При сварке с предварительным подогревом плотность тока может быть уменьшена до 3¸10 А/мм². При сварке цветных металлов и сплавов плотность тока увеличивают до 100¸150 А/мм².

Установочная длина при сварке оплавлением оказывает такое же влияние на качество соединения, как и при сварке сопротивлением.

Скорость оплавления оказывает большое влияние на нагрев деталей. При небольшой скорости оплавления увеличивается глубина прогрева. Обычно в начале процесса скорость оплавления небольшая, особенно при сварке деталей с большим поперечным сечением. Перед осадкой, во избежание окисления торцов деталей, скорость оплавления увеличи­вают.

Скорость осадки в несколько раз превышает скорость оплавления и растет с увеличением склонности металла к окислению. При неболь­шой скорости осадки частицы окислов и загрязнений не успевают выдавиться из стыка, а следовательно, прочность его снижается.

Давление осадки выбирают по площади поперечного сечения заготовок и необходимому удельному давлению, зависящему от способа свар­ки и металла.

В результате оплавления и осадки размер деталей уменьшается. Это необходимо учитывать при разметке и резке заготовок. Для полу­чения готовых сварных изделий необходимой длины заготовки должны быть изготовлены с определенным припуском на оплавление и осадку.

Правильно установленный режим обеспечивает хорошее качество сварного стыка. Возможные дефекты, связанные с нарушением режима сварки, а также причины их возникновения приведены в табл. 6.1.

6.2. Оборудование и материалы

6.2.1. Машина для стыковой сварки типа МС-301.

6.2.2. Машина для испытания проволоки и полос на изгиб типа МГ-1.

6.2.3. Миллиметровая линейка.

6.2.4. Штангенциркуль.

6.2.5. Набор слесарных инструментов (тиски, молоток, зубило, напильник).

6.2.6. Стержни из стали, цветных металлов и их сплавов диа­метром 3¸8 мм (по указанию преподавателя).

Таблица 6.1

Дефекты при стыковой сварке

Вид дефекта

Возможные причины образования дефекта

Шлаковые включения в стыке Непровар     Перегрев металла   Трещины в зоне сварки   Смещение торцов заготовок Подгары поверхности заготовок в местах токопод- вода

Неустойчивое оплавление. Малая величина осадки. Преждевременное выключение тока. Малая мощность машины. Низкое давление осадки. Плохая подготовка торцов. Недостаточный припуск на оплавление и осадку. Большой сварочный ток. Велик припуск на оплавление и осадку. Завышена установочная длина. Большое давление осадки. Недостаточный предварительный нагрев. Малая установочная длина. Перегрев металла. Недостаточная жесткость зажимов. Плохая подготовка торцов. Большая установочная длина. Плохая зачистка поверхности заготовок. Загрязнены электроды. Малое усилие зажатия. Плохое охлаждение электродов.

6.3. Порядок выполнения работы

6.3.1. Практическое ознакомление с технологией стыковой сварки сопротивлением.

6.3.1.1. Заготовить таблицу для записей данных измерений и наблюдений (см. табл. 6.2).

6.3.1.2. Для предложенных заготовок по справочным материалам подобрать режим сварки и настроить машину.

6.3.1.3. Зажать детали в электродах (губках) и замерить рас­стояние между ними.

6.3.1.4. Сварить стыки методом сопротивления.

6.3.1.5. Повторно замерить расстояние между электродами.

6.3.1.6. Подсчитать суммарную величину осадки обеих заготовок.

6.3.1.7. Подобрать режим и сварить встык разнородные металлы (сталь + латунь, латунь + медь).

6.3.1.8. Сварить несколько стыков из низкоуглеродистой стали, изменяя при этом установочную длину их и определяя величину осадки.

Таблица 6.2

Металл заготовки	Площадь поперечного сечения, мм2	Ступень мощности	Усилие осадки, даН	Время сварки, с	Расстояние между электродами, мм	Установочная длина, мм	Величина осадки, мм	Результаты испытаний
левой	правой	до сварки	после сварки

6.3.1.9. Оценить качество сварных стыков по внешнему виду и испытать сварные стыки на изгиб.

6.3.2. Практическое ознакомление с технологией стыковой сварки оплавлением

6.3.2.1. Овладеть практикой оплавления, сопровождающегося интенсивным искрением.

6.3.2.2. Заготовить таблицу ддя записей данных измерений и наблюдений (см. табл. 6.3).

Таблица 6.3

Металл заготовки	Площадь поперечного сечения, мм2	Ступень мощности	Включение тока	Результаты испытаний
			После начала осадки До начала осадки

6.3.2.3. Для предложенных заготовок из углеродистой и легированной стали по справочным материалам подобрать режим сварки и настроить машину.

6.3.2.4. Сварить методом оплавления с нормальным выключением тока (после начала осадки).

6.3.2.5. Повторить сварку с преждевременным выключением тока (перед началом осадки).

6.3.2.6. Оценить качество сварных стыков по внешнему виду и испытать сварные стыки на изгиб.

6.4. Содержание отчета

· Цель и задачи работы;

· характеристика образцов для сварки, свариваемости материалов;

· параметры режимов, найденные по справочным материалам (с указанием литературы);

· результаты опытов (табл. 6.2 и табл. 6.3);

· эскизы соединений сваренных сопротивлением и оплавлением;

· методика испытания сварных соединений на изгиб;

· выводы по работе.

6.5. Контрольные вопросы

1. Назовите основные методы стыковой сварки.

2. Опишите технику ведения процесса сварки сопротивлением и непрерывным оплавлением.

3. Как производится подогрев деталей при сварке оплавлением с предварительным подогревом?

4. Что входит в основные параметры режима стыковой сварки сопротив­лением и оплавлением?

5. Каково влияние параметров режима стыковой сварки на внешний вид и качество сварного стыка?