Краткие теоретические сведения. Контактная сварка является основным видом сварки термомеханического класса

 

Контактная сварка является основным видом сварки термомеханического класса. Она осуществляется с применением давления и нагрева места сварки проходящим через заготовки электрическим током. Основными видами контактной сварки являются стыковая, точечная и шовная.

Стыковая контактная сварка. Свариваемые заготовки 3 (рис. 5.1) закрепляются в зажимах стыковой машины. Зажим 2 установлен на неподвижной плите 1, а зажим 4 на подвижной плите 5. Зажимы одновременно служат электродами и соединены гибкими шинами 6 с трансформатором. Под действием силы P заготовки сжимаются, и по ним протекает сварочный ток (рис. 5.1 и 5.2).

Он нагревает заготовки, причем наибольшее количество тепла выделяется в месте контакта (отсюда название способа) между заготовками, так как сопротивление контакта R _к является наибольшим во вторичной цепи.

 

Рис. 5.1. Схема стыковой контактной сварки

 

Это обусловлено неровностью поверхности стыка. Даже после тщательной обработки торцы заготовок соприкасаются только в отдельных точках (рис. 5.3). Кроме того, на поверхности свариваемого металла имеются оксидные пленки и загрязнения, которые также увеличивают сопротивление контакта.

Электросопротивление заготовок R _заг (на длине вылета из зажимов 2 L) и сопротивление между зажимами и заготовками R _эл (рис. 5.2) значительно ниже, чем сопротивление на контактных поверхностях R. Количество выделяемой теплоты Q (Дж) определяется законом Джоуля – Ленца:

 

Q = I ² Rt, (5.1)

 

где I – сварочный ток, А; R – сопротивление контакта, Ом; t – время протекания тока, с.

Эффективный нагрев места сварки может быть получен при больших значениях сварочного тока. Сварочный ток при контактной сварке может достигать тысяч и даже десятков тысяч ампер.

Контактная стыковая сварка осуществляется без расплавления и с расплавлением металла. Стыковую сварку с разогревом стыка до пластического состояния называют сваркой сопротивлением, стыковую сварку с разогревом стыка до оплавления – сваркой оплавлением. Различие этих способов может быть объяснено с использованием циклограмм.

 

Рис. 5.2. Схема стыковой контактной сварки	Рис. 5.3. Физический контакт

 

Циклограмма – это графическое изображение тока I и давления P, изменяющихся в процессе сварки.

 

а	б
в
Рис. 5.4. Стыковая контактная сварка сопротивлением: а – циклограмма; б – стадии сварки; в – типы сварных соединений

 

При сварке сопротивлением детали сжимают значительным усилием P _н (усилие нагрева) и пропускают ток (рис. 5.4). При протекании тока металл в месте стыка нагревается до температуры 0, 8–0, 9 Т плавления и становится пластичным, ток отключают и создают усилие осадки P _ос.

В результате под действием осевой силы происходит пластическая деформация. Микронеровности в месте стыка снимаются, пленки разрушаются, поверхностные атомы сближаются до расстояний, соизмеримых с параметром кристаллической решетки, что обеспечивает возможность образования межатомных связей между свариваемыми частями. Образуется сварное соединение.

При данном способе трудно обеспечить равномерный нагрев по всей поверхности стыка, поэтому сварку сопротивлением применяют для соединения изделий небольшого сечения (до 200 мм²) с простым профилем (круг, квадрат, шестигранник).

а	б
в
Рис. 5.5. Стыковая контактная сварка оплавлением: а – циклограмма; б – стадии сварки; в – типы сварных соединений

 

Сущность сварки оплавлением (рис. 5.5) заключается в том, что свариваемые заготовки сближают при включенном сварочном трансформаторе. Касание поверхностей происходит по отдельным выступам. В виду того, что площадь образовавшихся контактов очень небольшая, плотность тока, протекающего через эти контакты, настолько велика, что происходит мгновенное оплавление металла с образованием жидких перемычек, которые под действием паров металла разрушаются. Часть металла в виде искр выбрасывается из стыка. Вместе с жидким металлом выбрасываются загрязнения, которые присутствуют на поверхности заготовок.

Продолжающееся сближение заготовок приводит к образованию новых перемычек и их оплавлению. Непрерывное образование и разрушение контактов-перемычек между торцами приводит к образованию на торцах слоя жидкого металла. После этого ток отключают и производят осадку с усилием P _ос. При осадке жидкий металл выдавливается наружу (вместе с окислами и загрязнениями) и, застывая, образует грат. Обычно грат удаляют в горячем состоянии.

Различают прерывистую и непрерывную стыковую контактную сварку оплавлением. При непрерывной сварке заготовки на стадии оплавления сближаются с постоянной, но очень малой скоростью. При прерывистой сварке происходит многократное замыкание и размыкание заготовки (подвижному зажиму придают возвратно-поступательное движение).

Сварка оплавлением имеет преимущества перед сваркой сопротивлением: торцы заготовок перед сваркой не требуют тщательной подготовки, можно сваривать заготовки с сечением сложной формы и большой площадью, а также разнородные металлы.

Стыковую сварку оплавлением применяют для соединения заготовок до 100000 мм². Типичными изделиями являются элементы трубчатых конструкций, колеса, рельсы, железобетонная арматура, трубы.

Точечная сварка. Точечную сварку применяют преимущественно при соединении листовых заготовок. Свариваемые заготовки 1 собирают внахлестку (рис. 5.6), сжимают между двумя медными электродами 2 и пропускают электрический ток (от сварочного трансформатора 3).

При кратковременном (0, 01–0, 5 с) протекании тока выделяется теплота в заготовках и электродах. В связи с тем, что наибольшим электрическим сопротивлением обладает контакт между заготовками и электроды, как правило, охлаждаются водой и отводят теплоту с поверхности заготовок, происходит интенсивный нагрев металла только в месте контакта. Здесь металл расплавляется и появляется жидкое ядро. После образования жидкого ядра ток выключают и создают усилие осадки P _ос. Ядро затвердевает, образуя сварную точку.

Кристаллизация металла происходит при повышенном давлении электродов, что предотвращает образование в ядре точки дефектов усадочного характера – пор, трещин, рыхлого металла. Стадии цикла и циклограмма точечной сварки с проковкой показана на рис. 5.6 б, в.

Перед сваркой контактные поверхности деталей зачищают металлической щеткой, пескоструйной обработкой или травлением и обезжиривают растворителями. Это необходимо для обеспечения стабильного процесса, который зависит от постоянства контактного сопротивления.

 

а	б
в
г
Рис. 5.6. Точечная контактная сварка: а – схема сварки; б – циклограмма; в – стадии сварки; г – типы сварных соединений

 

Контактная точечная сварка применяется для получения из листовых заготовок корпусных конструкций автомобилей, комбайнов, тракторов, приборов.

Шовная контактная сварка. Для образования непрерывного сварного соединения (шва) используют шовную контактную сварку. Постановкой последовательного ряда перекрывающих друг друга точек получают герметичный сварной шов. При шовной сварке подвод тока от трансформатора 3, передача усилия к деталям 1 и их перемещение осуществляют вращающимися дисковыми электродами – роликами 2 (рис. 5.7, б).

Шовную сварку применяют при изготовлении различных емкостей с толщиной стенок 0, 3–3 мм, где требуются герметичные швы – бензобаки, трубы, сильфоны, резервуары и др.

 

а	б
а – схема формирования сварного шва; б – схема процесса

 

Дефекты сварных соединений при контактной сварке:

1. Непровар или малый диаметр ядра наблюдается при малой силе тока и недостаточном времени его протекания, завышенном давлении или большом диаметре электродов, при плохой зачистке свариваемых поверхностей.

2. Пережог или выплеск расплавленного металла возникает при недостаточном давлении и малом диаметре электродов, слишком высоком токе или завышенном времени его включения, при плохой зачистке деталей или электродов, при малом удалении электродов от кромок деталей, при перекосе деталей относительно электродов.

3. Трещины и радиальные раковины обусловлены малым временем включения тока, малым временем проковки и недостаточным давлением на электродах.

4. Глубокие вмятины от электродов на поверхности деталей возникают при завышении тока, времени его протекания и давления на электродах, перекосе деталей и плохой подготовке электродов (контактная поверхность не является плоской).

Контроль качества сварки. Контроль проводят внешним осмотром и механическими испытаниями на прочность. Внешний осмотр позволяет выявить правильность отпечатков точек, наличие прожогов, трещин и других внешних дефектов.

При механических испытаниях устанавливают размер ядра точки, сравнительную прочность сварной точки и основного металла, прочность сварного соединения.

При испытании на срез определяют величину разрушающей нагрузки, которая должна отвечать техническим требованиям (рис. 5.8).

Сварку считают качественной, если при испытаниях на отрыв разрушение происходит по основному металлу с образованием сквозного отверстия (рис. 5.9).

 

 

Рис. 5.8. Схема испытания на срез

Техника сварки. Перед сваркой детали должны быть очищены от ржавчины, окалины, краски, жира и других загрязнений. Поверхность их должна быть по возможности гладкой и ровной.

При выборе параметров режима контактной точечной сварки необходимо учитывать материал и размеры изделия, способ сварки и тип машины.

Рис. 5.9. Разрушение при испытании на отрыв:

а – разрушение по сварной точке (сварка некачественная);

б – разрушение по основному металлу (сварка качественная)

 

Диаметр электрода (d _э) выбирают в зависимости от толщины (δ) и материала свариваемых деталей. Для низколегированных сталей в среднем, мм

 

d _э = (5–6) (5.2)

 

Давление электрода на детали в среднем должно составлять 60–80 МПа. Усилие может быть рассчитано по формуле, КН

 

F = (1, 5–2, 0) δ. (5.3)

 

Для получения качественного сварного соединения определяющее значение имеет величина сварного тока I и время (период) его протекания (t _св). Малое значение одного из этих параметров может привести к непровару, а чрезмерно большое к выплеску металла. Поэтому при назначении режима сварки расчетный режим всегда проверяют опытным путем и при необходимости корректируют. При сварке низкоуглеродистых сталей приближенное значение сварочного тока и длительности импульса определяют по следующим выражениям:

 

I = (8–10) 1000δ, (5.4)

 

t _св= (0, 12–0, 16) δ. (5.5)

 

где ток I измеряется в А, а длительность импульса в с.

Величина нахлестки должна составлять не менее 0, 5δ. Расстояние между точками в одном ряду, мм

 

L = (2–3) d _э. (5.6)

Правила техники безопасности при работе на точечной сварочной машине.

1. Запрещается работать на машине, не ознакомившись с устройством и назначением ее узлов.

2. Запрещается переключать ступени трансформатора при нахождении машине под напряжением.

3. Запрещается работать на машине при открытых дверцах.

4. Корпус машины и корпус сварочного трансформатора должны быть заземлены.

5. На время любого перерыва в работе машину необходимо отключать от сети.

6. Для защиты от ожогов искрами нужно иметь специальную прозрачную маску или очки, брезентовые рукавицы и фартук.