22.3 Контактная сварка

Контактная сварка относится к видам сварки с кратковременным нагревом места соединения без оплавления или с оплавле­нием и с последующей осадкой разогре­тых заготовок.

Характерная особенность этих процессов – пластическое деформи­рование, в ходе которого формируется сварное соединение.

Место соединения разогревается про­ходящим по металлу электрическим то­ком, причем максимальное количество теплоты выделяется в месте сварочного контакта (рис. 22.2).

Количество выделяе­мой теплоты определяется законом Джоуля-Ленца:

; (22.1)

где Q – количество теплоты, выделяемое в сварочном контуре. Дж;

I – сварочный ток, A;

R – полное электрическое сопротивление сварочного контура, Ом;

t – время проте­кания процесса.

Рис.22.2 – Схемы контактной сварки

Полное электросопротивление свароч­ного контура R состоит из электросопро­тивления выступающих концов L свари­ваемых заготовок , сварочного контак­та и электросопротивления между элек­тродами и заготовками :

; (22.2)

Электросопротивление имеет наи­большее значение, так как из-за неровно­стей поверхности стыка даже после тща­тельной обработки заготовки соприкаса­ются только в отдельных точках.

В связи с этим действительное сечение металла, через которое проходит ток, резко умень­шается. Кроме того, на поверхности сва­риваемого металла имеются пленки окси­дов и загрязнения с малой электропрово­димостью, которые также увеличивают электрическое сопротивление контакта. В резуль­тате в точках контакта металл нагревается до термопластичного состояния или до оплавления.

При непрерывном сдавливании нагретых заготовок пластичный металл в мес­тах контакта деформируется, поверхност­ные оксидные пленки разрушаются и уда­ляются к периферии стыка. В соприкосно­вение приходят совершенно чистые слои металла, образующие сварное соединение.

22.4 Контактная стыковая сварка

Стыковая сварка – разновидность кон­тактной сварки, при которой заготовки свариваются по всей поверхности сопри­косновения.

Свариваемые заготовки за­крепляют в зажимах стыковой машины (рис. 22.3). Зажим 3 установлен на под­вижной плите 4, перемещающейся в на­правляющих, зажим 2 укреплен на непод­вижной плите 1. Сварочный трансформа­тор соединен с плитами гибкими шинами и питается от сети через включающее уст­ройство. Плиты перемещаются, и заготов­ки сжимаются под действием силы Р, обеспечиваемой механизмом осадки.

Рис. 22.3 – Схема контактной стыковой сварки: 1 – неподвижная плита;

2, 3 – зажимы; 4 – подвижная плита.

Стыковую сварку с разогревом стыка до пластического состояния и последую­щей осадкой называют сваркой сопротив­лением, а при разогреве торцов заготовок до оплавления и последующей осадкой – сваркой оплавлением. Для правильного формирования сварного соединения необ­ходимо, чтобы процесс протекал в опреде­ленной последовательности. Совместное графическое изображение тока и давления, изменяющихся в процессе сварки во вре­мени, называют циклограммой сварки. Циклограмма контактной сварки со­противлением представлена на рис. 22.4.

Заготовки сдавливаются силой Р, включа­ется ток, металл разогревается до пласти­ческого состояния, затем заготовки снова сдавливают – производят осадку, одно­временно отключая ток.

Рис. 22.4 – Циклограмма контактной стыковой сварки сопротивлением

Перед стыковой сваркой сопротивле­нием заготовки должны быть очищены от оксидных пленок и торцы их плотно при­гнаны друг к другу предварительной ме­ханической обработкой.

Параметрами режима контактной сты­ковой сварки сопротивлением являются плотность тока , сила сжатия тор­цов заготовки Р (Н) и время протекания тока t (с), которое определяют косвенно через величину осадки, зависящую от ус­тановочной длины L.

Установочной дли­ной L называют расстояние от торца заго­товки до внутреннего края электрода сты­ковой машины, измеренное до начала сварки. Она зависит от теплофизических свойств металла, конфигурации стыка и размеров заготовки.

Рис. 22.5 – Типы сварных соединений, выпол­няемых стыковой сваркой сопротивлением

Сечения соединяемых заготовок должны быть оди­наковыми по форме и с простым перимет­ром (круг, квадрат, прямоугольник с ма­лым отношением сторон). Сваркой сопро­тивлением можно сваривать низкоуглеро­дистые, низколегированные конструкци­онные стали, алюминиевые сплавы.

Типы сварных соединений, выполняе­мых стыковой сваркой сопротивлением, представлены на рис. 22.5.

Этим способом соединяют заготовки малого сечения (до ), так как при больших сечениях нагрев будет неравномерным.

Стыковая сварка оплавлением имеет две разновидности: непрерывным и пре­рывистым оплавлением.

При непрерывном оплавлении между заготовками, установ­ленными в электродах машины, оставляют зазор, подключают источник тока и равномерно сближают заготовки. Соприкос­новение происходит вначале по отдель­ным небольшим площадкам, через кото­рые протекает ток высокой плотности. При этом под действием магнитного поля расплавленный и кипящий металл выбра­сывается наружу. После достижения рав­номерного оплавления всей поверхности стыка заготовки осаживают. Циклограмма сварки непрерывным оплавлением пока­зана на рис. 22.6.

Рис. 22.6 – Циклограмма контактной стыковой сварки оплавлением:

S – перемещение плиты, мм; Р – сила сжатия загото­вок; – сварочный ток

При прерывистом оплавлении зажатые заготовки сближают, приводят их в крат­ковременное соприкосновение и вновь отводят на небольшое расстояние.

Быстро повторяя одно за другим сбли­жения и разъединения, выполняют оплав­ление всего сечения. Затем выключают ток и сдавливают заготовку. Под давлени­ем часть расплавленного металла вместе с оксидами выдавливается из зоны сварки.

Сварка оплавлением имеет преимуще­ства перед сваркой сопротивлением. В процессе оплавления выравниваются все неровности стыка, а оксиды и загрязнения удаляются, поэтому не требуется особой подготовки места соединения. Можно сва­ривать заготовки с сечением сложной фор­мы, а также заготовки с различными сече­ниями, разнородные металлы (быстроре­жущую и углеродистую стали, медь и алю­миний и т.д.).

Наиболее распространенными изде­лиями, изготовляемыми стыковой свар­кой, служат элементы трубчатых конст­рукций, колеса и кольца, инструмент, рельсы и т.п.