9.3 Основні теоретичні відомості

Стикове зварювання – процес нероз’ємного з’єднання деталей з пластичною деформацією або текучістю металу в площині з’єднання при появі між деталями міжатомних зв’язків.

Контактне зварювання класифікують за формою зварного з’єднання, роду зварювального струму і по виду джерела енергії (рисунок 9.1).

Нагрів провідника струмом, вперше відзначений російським вченим Е. Ленцом і англійським фізиком Д.Джоулем, обумовлений зіткнення направлених валентних електронів з іонами і збільшенням амплітуди коливання останніх від передаваємої електронами енергії.

Контактне зварювання

По кількості одночасно зварюваних точок

За формою зварного

з’єднання

По роду зварювального струму

По характеру протікання процесу

Рисунок 9.1 – Класифікація контактного зварювання

Отже контактне зварювання – це зварювання з застосуванням тиску, при якій нагрів виробляється теплом що виділяється при проходженні електричного струму через деталі, що сполученні і знаходяться в контакті (рисунок 9.2).

Рисунок 9.2 – Принципова схема контактного стикового зварювання

Нагрів провідника струмом, вперше відзначений російським вченим Е. Ленцом і англійським фізиком Д.Джоулем, обумовлений зіткнення направлених валентних електронів з іонами і збільшенням амплітуди коливання останніх від передаваймої електронами енергії.

Розрізняють стикове зварювання опором а оплавленням. При стиковому зварюванні опором спочатку стискують торці деталей з прикладанням невеликого зусилля стику, після чого вмикають електричний струм.

Зусилля стиску в процесі нагріву залишається практично без змін, до кінця нагріву його підвищують для створення необхідної пластичної деформації зварювання (рисунок 9.3 а). Нагрів стику здійснюється зазвичай до пластичного стану металу.

Рисунок 9.3 – Циклограма стикового зварювання

Такий спосіб застосовується при зварюванні деталей із низьковуглецевої сталі та кольорових металів із суцільним перерізом не більше 500 мм² для сталей та не більше 200 мм² для алюмінію та міді.

При зварюванні опором для утворення якісного з’єднання основну увагу приділяють отриманню рівномірного нагріву торців та деталей а також деформації металу що забезпечує руйнування і видаленні оксидів.

Основними параметрами режиму стикового зварювання опором є зварювальний струм Iзв або густина зварювального струму j, час протікання струму tзв, початкове зусилля стиску Pп і зусилля осадки Pос, вкорочення деталей при зварюванні Δзв, встановлювальна довжина lо. Час протікання струму та густину струму коливаються в широких межах. При надмірній густині струмі можливі виплески. Зменшення часу протікання струму приводить до нерівномірності нагріву деталей по перерізу, а збільшення посилює окислювальні процеси. Малий початковий тиск полегшує нагрівання деталей, але може привести до утворення виплесків і посилення окислення торців. Підвищення тиску осадки збільшує пластичну деформацію деталей, активізує процеси руйнування оксидів і оновлення поверхонь.

Мінімальна встановлювальна довжина l1 та l2 при зварюванні компактних січень приблизно рівна діаметру, або трьом чотирьом товщина зварювальних деталей.

Збільшення встановлювальної довжини може привести до викривлення деталей, та втрат їх стійкості. При малій встановленій довжині спостерігається великий відвід теплоти у електроди, а зона інтенсивного нагріву звужується, що потребує збільшення тиску осадки. Із збільшенням встановлювальної довжини збільшуються затрачу вальна енергетична потужність та зменшується жорсткість деталей. Встановлювальна довжина залежить від тепло електропровідності зварювальних матеріалів і збільшується із її збільшенням. При зварюванні різнорідних матеріалів встановлювальну довжини вибирають різною для кожної із деталей.

Стикове зварювання оплавленням виконують безперервним або переривчастим оплавленням( з підігрівом).

При стиковому зварюванні безперервним оплавленням деталі спочатку затискаються у електродах-затискачах, потім на них подається напруга від зварювального трансформатора і тільки після цього повільно переміщують одну з деталей назустріч іншій із заданою швидкістю до їх зіткнення.

В момент виникнення контакту в окремих точках торців крізь нього проходить струм високої густини. В результаті цього метал контактів-перемичок миттєво нагрівається до температури кипіння та випаровування та вибухоподібно руйнується. Після нагріву деталей на потрібну глибину при оплавленні та при наявності шару рідкого металу на всій площині торців деталей їх стискують із підвищеною швидкістю охолодження зусиллям осадки.

Поверхню деталей на установочній довжині та в місцях контакту із струмопровідними губками машини зачищають від окислень та інших забруднень. При поганому зачищені зростають втрати потужності, погіршується якість з’єднань та збільшується знос губок машин. Для зачищення поверхні використовують наждачні круги, металеві щітки а також травлення в спеціальних розчинах.

При зварюванні оплавленням електричні параметри режиму залежать від теплопровідності і температури плавлення металу і визначаються в основному швидкістю сплавлення, яка задається також з урахуванням активності металу до взаємодії з газами, до процесів випробування легуючих елементів, а також від січення зварювальних деталей.

Режим стикового зварювання оплавленням визначаються густиною струму при оплавленні jоп, припусками на оплавлення Δоп, і осадку Δос, та vос, а також часом осадки під дією струму Iос і зусиллям осадки Pос, встановлена довжина lо. При зварюванні оплавленням з підігрівом задають температуру підігріву Т під, час підігріву t, число імпульсів на підігрів t імп, припуск на підігрів Δпід.

При переривчастому оплавленні деталі зближуються під дією струму з повільно наростаючою швидкістю при коротких зворотно-поступальних рухах. Імпульсне оплавлення локалізує нагрів та розширює високотемпературну зону, попереджуючи швидку кристалізацію розплаву. Після оплавлення всього перерізу виключають струм та здійснюють осадку. Імпульсне оплавлення значно зменшує потрібні для оплавлення потужність та припуск на оплавлення. Зварювання з імпульсним оплавленням використовуються для перерізів від 500 … 10 000 мм².

На якість зварних з’єднань суттєво впливають підготовка деталей під зварювання. При стиковому зварюванні форма та розміри з’єднувальних деталей повинні забезпечувати надійне закріплення їх в затискачах машини і підведення струму поблизу зони зварювання. Для створення умов рівномірного нагріву та однакової пластичності деформації обох деталей форму та розміри поперечного перерізу їх поблизу стику виконують за можливістю однаковими. Різниця в діаметрах зварювальних деталей повинна бути не більше 15 %. Для отримання заданої довжини зварюваних деталей передбачають припуск на зварювання. Величину припуску встановлюють дослідним шляхом при відпрацюванні режимів зварювання та отримання з’єднань потрібної якості.

З’єднувані торці повинні бути перпендикулярні осі заготовок. Підготовку торців до зварювання виконують різкою на фрезах, пилах, метало ріжучих станках, плазмі та інші. Плоскі торці деталей при зварюванні опором необхідно точно підігнати, бо ускладниться рівномірний нагрів зони зварювання.