Содержание и методика проведения работы

Сущность контактной сварки заключается в электронагреве заготовок в месте контакта за счёт повышенного сопротивления этого участка электрическому току и сжатия нагретых зон.

Тепловая энергия, выделяемая проходящим электрическим током через контакт соединённых деталей, может быть выражена следующей формулой:

где R_М – сопротивление металла свариваемой детали, Ом; R_К – сопротивление контакта между деталями, Ом; R_Э - сопротивление контакта между электродом и изделием, Ом; I – сила сварочного тока, А; d – диаметр детали, мм; t – время прохождения тока, с.

Полезной для процесса сварки является энергия, выделяе­мая в контакте (I²R_кdt), и энергия, выделяемая в толще метал­ла (2I²R_мdt). Энергия, выделяемая на контактах между электродами и изделием, оказывает отрицательное влияние, так как расходуется на разогрев электродов и ускоряет их износ.

При контактной стыковой сварке (рис. 5.1) соединение свариваемых частей происходит по всей поверхности стыкуемых торцов.

Рис. 5.1. Схема процесса стыковой сварки:

Р_З – усилие зажатия деталей; Р_ОС – усилие осадки

Свариваемые детали закрепляют в медных зажимах маши­ны. Правый зажим установлен на подвижной плите, перемещение которой и сжатие изделий силой Р_ОС осуществляется механизмом сжатия. Первичную обмотку трансформатора включают в сеть пе­ременного тока (220 В или 380 В). Регулирование сварочного тока ступенчатое, для чего первичную обмотку трансформатора делят на несколько секций. Величина вторичного напряжения составляет 1…12 В. Чем меньше включено в сеть витков первичной обмотки, тем больше вторичное напряжение и вторичный (сварочный) ток.

Контактная стыковая сварка широко применяется в инстру­ментальном производстве при изготовлении составного инстру­мента, для сварки проволоки, листов и лент при укрупнении руло­нов или для осуществления непрерывных технологических про­цессов.

Стыковой сваркой сваривают детали круглых, квадратных и прямоугольных сечений из стали, меди, алюминия и их сплавов. Максимальная площадь поперечного сечения заготовок достигает 32000 мм². Стыковую сварку выполняют на специальных стыковых сварочных машинах.

Стыковая сварка может быть выполнена двумя способами: сопротивлением и оплавлением (непрерывным и прерыви­стым).

Сущность сварки сопротивлением состоит в том, что торцы свариваемых деталей сдавливают с усилием 200...500 Н. При включении тока в месте соприкосновения предварительно зачи­щенных торцов возникает электрический контакт. Так как сопро­тивление на участке контакта значительное, то здесь выделяется большое количество тепла (температура металла в зоне контакта достигает 1200…1250°С), в результате чего металл нагревается до пластического состояния. При непрерывном сдавливании (осадке) заготовок в месте контакта они свариваются. Этот способ требует тщательной зачистки торцов. Неравномерность нагрева и окисле­ние металла на торцах понижают качество сварки сопротивлени­ем, что ограничивает область её применения. Таким способом можно сваривать детали круглого и прямоугольного сечения пло­щадью не более 250 мм².

Стыковая сварка непрерывным оплавлением включает 2 ста­дии: оплавление и осадка. Заготовки устанавливают в зажимах машины, включают ток и медленно сближают их. При этом торцы заготовок касаются в одной или нескольких точках. В местах каса­ния образуются перемычки, которые мгновенно испаряются и взрываются, что сопровождается выбросом мелких капель метал­ла. При дальнейшем сближении заготовок, образование и взрыв перемычек происходит и на упругих участках; когда вся поверх­ность свариваемых торцов оплавится и покроется слоем жидкого металла, прикладывают усилие осадки. В процессе сплавления заготовки укорачиваются на заданный припуск. Такой способ применяют при сварке тонкостенных труб, листов, рельсов. Стыковая сварка непрерывным оплавлением обеспечивает равно­мерный нагрев заготовок по сечению и позволяет получать ста­бильное качество стыка.

При сварке прерывистым оплавлением (сварка с подогревом) детали, зажатые в машине, периодически смыкают и размы­кают при постоянно включенном токе. Число замыканий в зависи­мости от сечения заготовок может быть от одного, двух до не­скольких десятков. Торцы постепенно нагреваются до 800…900°С. Затем производят оплавление и осадку.

Применение прерывистого оплавления позволяет предупре­дить резкую закалку и получить пластичные стыки при сварке за­каливающихся сталей; снизить требуемую мощность машины, сва­ривать заготовки больших сечений.

Стыковую сварку оплавлением применяют для изделий из углеродистых и легированных сталей с поперечным сечением 40000... 60000 мм², а также цветных и разнородных металлов.

Для получения качественного стыкового соединения необхо­димо правильно выбрать технологические параметры режима сварки:

- сварочный ток I_CB, А, напряжение U, В;

- усилие осадки Р_ОС, МПа;

- время нагрева τ, с;

- припуск на осадку С_ОС, мм;

- установочную длину l₁, l ₂, мм.

Сварочный ток оказывает большое влияние на качество сварки. При малом токе могут появиться непровары и включения окислов, слишком большой ток может привести к перегреву и пере­жогу металла, трещинам в зоне сварки. Сварочный ток подсчитыва­ют как произведение плотности тока i на площадь поперечного сече­ния детали S_заг. Плотность тока возрастает с уменьшением площади поперечного сечения заготовок, времени сварки, повышением теп­лопроводности и снижением удельного электросопротивления ме­тала и находится в пределах 3…300 А/мм² (табл. 5.1 и 5.2).

Время нагрева – время прохождения тока через заготовки, зависит от плотности тока и сечения заготовки (см. табл. 5.1 и 5.2). За­вышенное время нагрева является одной из причин возникновения окислов в стыке и образования малопластичной перегретой струк­туры металла. Недостаточное время нагрева приводит к непровару.

Таблица 5.1

Плотность тока и время нагрева при сварке сопротивлением

заготовок из углеродистой стали

Sзаг, мм2	7	25	50	100
i, А/мм2	300	200	160	140
τ, с	0,3	0,8	1,0	1,5

Таблица 5.2

Плотность тока и время нагрева при сварке оплавлением

заготовок из углеродистой стали

Способ свар­ки	Sзаг, мм2	i, А/мм*	τ, с
Непрерывное оплавление	100…800	3…50	8…30
	800…2000		20…55
Прерывистое оплавление (сварка с по­догревом)	2000…5000	3…15	50…100
Примечание – Высокие значения i относятся к малым сечениям, а τ – к большим

Усилие (давление) осадки Р_ОС возрастает с увеличением сече­ния заготовок и с повышением жаропрочности свариваемого мате­риала. Оно возрастает также с уменьшением температуры метал­ла в околостыковых зонах, за счёт которых происходит пластиче­ская деформация. При недостаточном давлении может появиться непровар, а при чрезмерном давлении возможно образование трещин в зоне сварки. Давление подсчитывают как произведение удельного дав­ления на площадь поперечного сечения заготовок. При сварке со­противлением углеродистых сталей давление осадки принимают равным 10...30 МПа. Значения давления осадки при сварке плав­лением различных материалов приведено в табл. 5.3.

Таблица 5.3

Давление осадки при сварке оплавлением

Материал		Давление, МПа
		Способ сварки
		Непрерывным оплавлением	Оплавлением с подогревом
Сталь	низкоуглеродистая	60…80	40...60
	среднеуглеродистая	80...120	40...60
	высокоуглеродистая	100...120	40...60
	низколегированная	100...120	40...60
	аустенитная	150...220	100…140
Чугун		80...100	40…60
Медь		250...400	-
Латунь		140...180	-
Бронза		120...150	-

Установочная длина – величина выступающих из губок за­жимов машины концов деталей в начале сварки (рис. 5.2).

а б

Рис. 5.2. Схема установки свариваемых деталей при стыковой сварке:

а – сопротивлением; б – непрерывным оплавлением; l₁, 1₂ – суммарная установочная длина; С_ОП – припуск на оплавление; С_ОС – припуск на осадку

Установочная длина оказывает большое влияние на нагрев свариваемых деталей. При малой установочной длине заготовки прогреваются недостаточно, так как тепло интенсивно отводится в губки. Завышение длины сопровождается перегревом заготовок, увеличением длины деформируемого участка и искривлением свариваемых деталей. Обычно установочная длина принимается 0,5...2 диаметра стержня.

При сварке стержней установочная длина должна составлять 1,5 диаметра заготовки для низкоуглеродистых сталей, 2...2,4 – для низколегированных сталей. При сварке листов установочная длина зависит от толщины листа и протяженности стыка. Например, для листа толщиной 2...8 мм установочная длина составляет 10...12 мм, при длине стыка 400...800 мм – 13... 16 мм, при длине стыка 800...1000 мм – 14...17 мм.

Припуски на осадку и оплавление должны быть такими, чтобы обеспечить полный провар свариваемых заготовок и получение в зоне сварки плотного металла. Если припуски недостаточны, то в стыке остаются раковины и наблюдаются непроваренные участки. При завышении величины припусков качество стыков также понижается вследствие искривления и перегрева металла.

Припуск на сварку сопротивлением берётся небольшой, так как он расходуется только на осадку. Например, для деталей диаметром или со стороной квадрата до 100 мм он составляет соответственно 0,3...0,5 диаметра и 0,15...0,2 стороны квадрата.

Припуск при сварке оплавлением расходуется на оплавление и осадку. Для листов полос из лент углеродистых и низколегированных сталей, значение припуска принимают в зависимости, главным образом, от их толщины. При определении припуска необходимо учитывать также зазор между свариваемыми поверхностями.

Для получения качественной сварки выбирают оптимальный режим и производят контрольную проверку сваренных стыков на разрыв и угол загиба.