режими зварювання

ВИБІР РЕЖИМІВ стикових і роликових
ЕЛЕКТРИЧНОЇ контактної ЗВАРЮВАННЯ

Вивчити технологію контактного зварювання і область її застосування, навчитися розраховувати параметри режиму зварювання.

1. Привести схеми процесів контактного зварювання із коротким їх описом.

2. Відповідно до варіанта завдання (дод. 3) розрахувати параметри режиму стикового зварювання опором для прутків від 3 до 20 мм з вуглецевої сталі і безперервної роликового зварювання заготовок з низьколегованої листової сталі товщиною від 0,2 до 3 мм.

1. Основні положення

При пропущенні електричного струму через зварюються заготовки максимальну кількість теплоти виділяється в місці свариваемого контакту і визначається за законом Джоуля - Ленца:

де Q - кількість теплоти, що виділяється в зварювальному контурі, Дж;
I - сила зварювального струму, А;
R - повний опір, Ом;
T - час протікання струму, с.

Опір зварювального контуру R складається з опору виступаючих кінців зварювальних заготовок Rз. опору зварювального контакту Rк і опору між електродами і заготовками Rе. тобто

Опір зварювального контакту Rк є найбільшим, так як поверхні стику заготовок навіть після ретельної обробки мають нерівності і стикаються тільки в окремих точках. Завдяки цьому відбувається різке зменшення дійсного перетину металу, через яке проходить струм, і в зоні контакту виникають великі щільності струму. Крім того, на поверхні зварюваного металу є плівки оксидів і забруднення з малою електропровідністю, які також збільшують електроопір.

В результаті високої щільності струму в точках контакту метал нагрівається до термопластичного стану або до оплавлення. При безперервному стисненні нагрітих заготовок утворюються нові точки дотику, і так до тих пір, поки не відбудеться повне зближення до міжатомних відстаней, тобто зварювання поверхонь.

Однак, при зварюванні неочищених поверхонь контактні опору змінюються в широких межах, що призводить до зміни температур нагрівання заготовок, зниження стабільності міцних показників зварних з'єднань, збільшення зносу електродів і виникнення дефектів.

Режим нагріву при контактному зварюванні визначається силою струму і часом протікання його через зварюються вироби. Зазвичай прагнуть до отримання інтенсивного нагріву в можливо малий проміжок часу. Такий режим зварювання називається жорстким і забезпечує підвищення продуктивності, економію електроенергії, зменшення окислення деталей, зменшення розмірів зони термічного впливу і можливість зварювання металів з високою теплопровідністю і спеціальних легованих сталей.

Однак, якщо є небезпека виникнення гартівних структур, які можуть привести до утворення тріщин в зоні зварного з'єднання, застосовують м'які режими зварювання, характерні збільшенням тривалості протікання струму при відповідному зменшенні його величини.

Процес контактного зварювання характеризується не тільки явищем нагріву, але і пластичною деформацією при стисканні деталей. Шари нагрітого металу, піддаються стисненню, зазнають структурні зміни, що виражаються в переориентировке кристалів зварного з'єднання, що має великий вплив на якість з'єднання. Величина оптимального тиску залежить від температури нагріву. Зі збільшенням температури необхідне зусилля стиснення зменшується.

1.1. Основні види контактного зварювання і їх застосування

Найбільш широке застосування отримали наступні основні види контактного зварювання: стикове (рис. 1), точкова (рис. 2) і (шовна) роликовий (рис. 3). Кожен з цих видів зварювання може здійснюватися різними способами, що відрізняються за технічними ознаками, родом використовуваної електроенергії і способу підведення струму до зварюваних заготівлях.

Стикова зварювання. Заготовки зварюють по всій площині їх торкання. Для здійснення стикового контактного зварювання застосовують спеціальні машини ручного або автоматичного дії (рис. 1). На станині машини 1 розташовані плити 2 і 3, що несуть на собі затискачі 4 і 5, призначені для закріплення деталей, що зварюються і підведення до них струму від вторинного витка трансформатора 6. Ліва плита 2, зазвичай нерухома, ізольована від станини. Права плита 3 може переміщатися прямолінійно по напрямних станини вручну за допомогою важеля, штурвала або пружин.

Мал. 1. Схема машини для стикового контактного зварювання

Залежно від марки металу, площі перетину заготовки та вимог до якості з'єднання стикове зварювання можна виконувати кількома способами: опором, безперервним оплавленням і опалювальному з підігрівом (дод. 1).

При стиковому зварюванні опором заготовки, встановлені і закріплені в стикового машині, притискають одну до іншої зусиллям певної величини, після чого по них пропускають електричний струм. При нагріванні металу в зоні зварювання до пластичного стану проводиться осаду. Струм вимикають до закінчення опади. Цей спосіб зварювання вимагає механічної обробки і ретельної зачистки поверхонь торців заготовки. Нерівномірність нагрівання і окислення металу на торцях знижують якість зварювання опором, що обмежує область її застосування. Зі збільшенням перетину заготовок якість зварювання знижується особливо помітно, головним чином через утворення окислів в стику.

Цим способом з'єднують заготовки малого перетину (до 100 мм 2), однаковими за формою з малорозвиненим периметром (коло, квадрат, прямокутник з малим відношенням сторін). Метал з'єднуються заготовок повинен бути однорідним. Сварка опором дає хороші результати для металів, що володіють хорошою зварюваністю в пластичному стані - маловуглецевих і низьколегованих конструкційних сталей, алюмінієвих і мідних сплавів.

Стикова зварювання безперервним оплавленням складається з двох стадій: оплавлення і осідання. Заготовки встановлюють в затискачах машини, потім включають струм і повільно зближують їх. При цьому торці заготовок стосуються в одній або декількох точках. У місцях торкання утворюються перемички, які миттєво випаровуються і вибухають. Вибухи супроводжуються характерним викидом з стику дрібних крапель розплавленого металу. При подальшому зближенні заготовок освіту і вибух перемичок відбувається на інших ділянках торців. В результаті заготовки прогріваються на невелику глибину, а на торцях виникає тонкий шар розплавленого металу, який полегшує видалення окислів з стику. В процесі оплавлення заготовки коротшають на заданий припуск. Оплавлення має бути стійким (безперервне протікання струму при відсутності короткого замикання заготовок), особливо перед осадкою.

При осаді швидкість зближення заготовок різко збільшують, здійснюючи при цьому пластичну деформацію на заданий припуск. Перехід від оплавлення до осаді повинен бути миттєвим, без найменшої перерви. Осадку починають при включеному струмі і завершують при вимкненому.

Стикова зварювання оплавленням з підігрівом відрізняється від зварювання безперервним оплавленням тим, що перед початком процесу оплавлення заготовки підігрівають в затискачах машини періодичним змиканням і розмиканням при постійно включеному струмі. При цьому відбувається процес переривчастого оплавлення і заготовки коротшають на заданий припуск. Витримка при замиканні становить близько 0,5 - 3 с, а при розмиканні 2 - 6 с. Кількість замикань може бути від одного до декількох десятків залежно від розмірів перетину заготовок.

Застосування стикового зварювання оплавленням з підігрівом дозволяє попередити різку загартування і, отже, отримати більш пластичні стики при зварюванні сталей, що гартуються; знизити необхідну потужність машини або на машині даної потужності зварити заготовки з великими площами перерізу; здійснити осадку при меншому зусиллі; скоротити загальний припуск на зварювання.

Стикове контактне зварювання в суднобудуванні використовують при виготовленні якірних ланцюгів, змійовиків холодильників рефрижераторних суден, штуцерних-торцевих з'єднань трубопроводів, стикових з'єднань профільної сталі, ріжучого інструменту та інших виробів.

Точкова зварка. Заготовки з'єднують зварюванням в окремих місцях, умовно званими точками (рис. 2). Розміри і структура точки, що визначають міцність з'єднання, залежать від форми і розмірів контактної поверхні електродів, сили зварювального струму, часу його протікання через заготовки, зусилля стиснення і стану поверхонь заготовок. Якісна зварна точка характеризується наявністю загального для обох заготовок литого ядра певних розмірів.

Мал. 2. Схеми точкового контактного зварювання: а - двостороння одноточковий;
б - одностороння двоточкова; в - двостороння двоточкова

Для здійснення точкового зварювання, схема якої представлена ​​на рис. 2, а, зварюються деталі 1 затискаються між електродами 2 і 3, до яких через електродотримачі 4, 5 і хоботи 6 і 7 підведений струм від вторинного витка трансформатора 8. Нижній хобот 6 робиться нерухомим, а верхній 7 переміщається механізмом стиснення Р, який створює тиск при зварюванні. Після стиснення заготовок включають струм і заготовки швидко нагріваються; особливо швидко нагріваються ділянки металу, що прилягають до контакту між заготовками, так як вони мають підвищений електроопір. Крім того вони менш схильні до більш холодному тілу дії електродів. У момент утворення в зоні зварювання розплавленого ядра заданих розмірів ток вимикають. Потім заготовки короткочасно витримують між електродами під дією зусилля стиснення, в результаті чого відбувається охолодження зони зварювання, кристалізація розплавленого металу і зменшення усадочноюраковини в ядрі зварної точки. Перед зварюванням місце з'єднання очищають від окисних плівок (наждачним кругом або травленням).

Точковим зварюванням можна зварювати листові заготовки однакової або різної товщини, пересічні стрижні, листові заготовки зі стрижнями або профільними заготовками (куточками, швелерами, таврами і т.д.). YOе застосовують для з'єднання заготовок зі сталей різних марок (вуглецевої, легованої, нержавіючої, жаростійкої та ін.), Кольорових металів та їх сплавів, а так же різнорідних металів. Товщина кожної з заготовок може бути від сотих часток міліметра до 35 мм.

За допомогою точкового зварювання в суднобудуванні виготовляють суднову меблі, каютні двері, кабельні касети, ящики під прилади і запасні частини, кріплять набір до перебиранням, вигородку, настилах і до стінок надбудов.

Роликова (шовна) зварювання (рис. 3). Заготовки з'єднують безперервним міцно-щільним звареним швом, що складається з ряду точок, в якому кожна наступна точка частково перекриває попередню. На відміну від точеч

Мал. 3. Схеми роликового контактного зварювання: а - одностороння;
б - двостороння; в - розріз зварного шва

ної зварювання заготовки встановлюють між обертовими роликами (або між роликами і оправкой), на які діє зусилля механізму тиску Р і до яких підведено електричний струм. Товщина зварюваних листів становить 0,2 - 3 мм. Характеристика та області застосування способів роликового зварювання наведені в дод. 2. Цим методом зварюють маловуглецеві леговані конструкційні стали, легкі сплави, деякі мідні та титанові сплави, а також сталеві листи з покриттям (оцинковані, луджені, освинцьовані).

У суднобудуванні за допомогою роликового зварювання виготовляють ємності, труби вентиляції, сильфонні компенсатори, стики легких перегородок і вигородок.

2. Технологія контактного зварювання

2.1. Стикова зварювання опором

Основні параметри стикового зварювання опором: сила зварювального струму I, зусилля опади Р ОС. установча довжина L H .. припуск на осадку З ОС. час нагрівання t СВ. (табл. 2).

Сила зварювального струму I (в A) підраховується за формулою:

де F - площа перетину свариваемого прутка, мм 2;
j - щільність струму, А / мм 2 (визначається по табл. 1 в залежності від площі перетину прутка).

Орієнтовні величини щільності струму і часу нагріву
від площі перетину прутка при стиковому зварюванні опором

Площа перетину
прутка, мм 2

У елічіну зусилля опади P ОС (в кгс) підраховують як твір питомої тиску опади р на площу перетину свариваемого прутка F:

При зварюванні маловуглецевої стали питомий тиск приймається рівним 2 - 5 кгс / мм 2.

Установча довжина L Н (в мм) - відстань від торця заготовки до внутрішнього краю електрода стикового машини, виміряна до початку зварювання. Довжина L Н залежить від теплофізичних властивостей металу, конфігурації стику і розмірів заготовки. При недостатній настановної довжині деталі прогріваються недостатньо, тому що тепло інтенсивно відводиться в губки. Завищення її супроводжується перегрівом деталей і збільшенням довжини ділянки, що деформується. Крім того, можливі перекоси або несоосность торців внаслідок втрати стійкості. Для вуглецевих сталей установча довжина дорівнює L Н = (0,5 - 0,7) d. де d - діаметр свариваемого прутка, мм.

Припуск на осадку З ОС (в мм) розподіляється на осадку під струмом і осадку без струму. Якщо осаду недостатня, в стику залишаються оксиди і раковини, спостерігаються непроварені ділянки. При завищенні величини опади якість стиків також знижується внаслідок викривлення волокон і перегріву металу.

Для прутків припуск на осадку визначається:

Час нагріву tсв (в сек) - час проходження струму через заготовки залежить від щільності струму і площі перетину свариваемого прутка (табл. 1). Підвищений час нагрівання є однією з причин виникнення оксидів в стику і освіти малопластичних перегрітої структури металу.

Розрахунок параметрів стикового зварювання опором

2.2. роликова зварювання

Типи з'єднань для роликового зварювання вибирають з урахуванням товщини і матеріалу заготовки, а також умов роботи виробу.

При виготовленні судин краще з'єднання з відбортовкою. При такому з'єднанні деталь під час зварювання не вводиться в зварювальний контур машини, отже, зберігається постійною величина сили зварювального струму.

Введення в зварювальний контур машини магнітних матеріалів, наприклад, заготовок з маловуглецевих сталей, викликає зростання індуктивного опору, в результаті чого зменшується сила зварювального струму. Ширина відбортовки для сталевих заготовок товщиною 12 мм знаходиться в межах 12 - 18 мм.

Широко застосовують з'єднання внахлестку, яке при роликового зварювання забезпечує високу міцність і щільність швів. Величину нахлестки беруть в межах 10 - 18 мм.

Рекомендовані параметри режиму безперервної роликового зварювання наступні (табл. 3):

1. Діаметр окремих точок d m (в мм), що залежить від товщини зварювальних деталей, визначається:

де S - товщина тоншою з деталей, що зварюються, мм.

2. Площа контакту F, мм 2:

3. Сила зварювального струму I (в A) залежить від щільності струму і площі контакту електрод-деталь і визначається за формулою:

4. Крок точок а (в мм) визначається з рівняння:

Примітка: Рівняння наведено для щільних швів; в нещільні швах точки можуть не перекриватися і для отримання щільного шва відстань між центрами зварних точок при великих швидкостях зварювання береться не більше 2-3 мм (крок точок).

5. Швидкість зварювання V СВ (в м / хв) визначається за формулою:

V СВ = 2f · 60 · a / 1000.

де f = 50 - частота струму, Гц;

а - крок точок, мм.

6. Зусилля стиснення Р СЖ (в кгс) визначається.

де р - питомий, кгс / мм 2 (при зварюванні маловуглецевої сталі товщиною до 3 мм складає 4 - 12 кгс / мм 2). Великі значення відповідають зварюванню деталей більшої товщини і більш жорстким режимам.

7. Ширина робочої контактної поверхні роликових електродів в Е (в мм) залежить від товщини зварюваного металу S і визначається:

Бажаний діаметр електродів 150 - 200 мм, тому що при меншому діаметрі збільшується їх знос. При зварюванні металів товщиною менше 0,5 мм застосовують електроди діаметром 40 - 50 мм. Для виготовлення електродів для точкової і роликового зварювання використовується мідь марки М1, кадмієва, хромистая, беріліевая бронзи і інші сплави.

Розрахунок параметрів роликового зварювання