Контактная электрическая сварка.

Контактная сварка -это один из наиболее эффективных, экономичных, высокомеханизированных и автоматизированных способов сварки, обеспечивающих высокую прочность, качество и надежность сварного соединения и широко используемых в строительстве для сварки арматуры, трубопроводов, рельсов и т.д. Изготовление наиболее дорогих и сложных узлов легковых и грузовых автомобилей - кузовов и кабин тоже основывается на электроконтактной сварке. Многие конструктивно сложные детали в машиностроении изготовляются путем точечной сварки штампованных из листового проката заготовок.

Способы электроконтактной сварки подразделяются на три группы (рис. 2.36) : стыковая, точечная и шовная.

Электроконтактная сварка деталей (рис. 2. 37) выполняется следующим образом: детали сжимают усилием Р , через стык их пропускается электрический ток J в течении времени t , происходит нагрев металла в зоне контакта до температуры плавления, выключается электрический ток, деталь охлаждается и кристаллизуется сварной шов, снимается нагрузка.

Количество тепла, выделившегося при прохождении электрического тока находится по формуле:

Q= J ² R t, Дж.

Напряжение сварки U по сравнению с электродуговой сваркой очень низкое (всего 1…6 В), а токи измеряются сотнями и тысячами А. Поэтому понижающий трансформатор конструктивно отличается от сварочных трансформаторов для электродуговой сварки: вторичная обмотка имеет от 1 до 6 витков, а сила тока J регулируется изменением количества витков первичной обмотки (рис. 2.38). Сопротивление R зависит от чистоты, шероховатости и загрязнения поверхности свариваемых деталей, электрического сопротивления материала, давления сжатия деталей и др. Время сварки t изменяется от сотых долей секунды до нескольких минут. Из-за малого времени сварки снижаются окисляемость материалов деталей и величина зоны термического влияния, поэтому при сварке будут минимальные деформации и хорошее качество наплавленного металла.

Стыковой сваркой (рис. 2.38) свариваются арматурные стержни, полосы, трубы, фланцы, швеллера, рельсы. Применяются три разновидности стыковой сварки: сопротивлением, непрерывным и периодическим оплавлением.

При сварке сопротивлением торцы свариваемых деталей тщательно обрабатывают, детали сводят до соприкосновения и включают электрический ток. После нагрева металла до пластичного состояния выключают ток и снимают нагрузку. Сваркой сопротивлением можно сваривать детали сечением до 300 мм², например, трубы — диаметром до 40 мм.

При сварке непрерывным оплавлением после сжатия деталей производят нагрев стыка до его оплавления электрическим током. С торца выдавливается жидкий металл, а с ним окислы и загрязнения с поверхности контакта, поэтому особой подготовки детали перед сваркой не надо. После выключения электрического тока кристаллизуется расплавленный металл и образуется сварной шов. Этим способом можно сварить детали значительно большего сечения (до 3000 мм² ) чем при сварке сопротивлением.

Сварка прерывистым оплавлением выполняется периодическими короткими замыканиями и размыканиями электрического тока за счет перемещения детали . При этом появляются искры и разбрызгивание металла. Этот способ сварки эффективен для легированных сталей (30ХГСА,...).

Точечная сварка используется в основном для сварки листовых конструкций, соединения пересекающих стержней (арматура железобетонных конструкций). Суммарная толщина листов обычно не превышает 10 …12 мм (возможна до 20 мм для листовой сварки), а других элементов до 30 мм.

Сварные соединения могут реализовываться по разному ( рис. 2.39) : одноточечная 2-х сторонняя; 2-х точечная односторонняя и многоточечная односторонняя. Последний способ обеспечивается аналогично как и 2-х точечная односторонняя, только в этом случае для каждой пары точек сварки необходима своя вторичная обмотка, так, например, для 40 -точечной контактной сварки необходимо 20 вторичных обмоток трансформатора.

При двухсторонней одноточечной сварке нижний электрод неподвижен, а верхний перемещается с помощью механизма сжатия (механический, пневматический или электрический привод).

После установки и сжатия (рис.2.40) деталей включается трансформатор, металл нагревается в зоне контакта до образования ядра из расплавленного металла, увеличивается нагрузка сжатия и выключается ток, кристаллизуется расплавленный металл и детали свариваются. Место контакта электрода с деталью нагревается меньше, т.к. тепло отводится через водоохлаждаемые медные электроды. Для сварки конкретных деталей могут использоваться схемы выполнения сварки. отличающиеся от схемы, представленной на рис. 2.40.

Для сварки углеродистых и низколегированных сталей применяются мягкие режимы (большое время выдержки ( t=0,2…3 с и небольшая плотность тока J=80…160 А/ мм²), а для сварки низкоуглеродистых и высоколегированных сталей, не склонных к закалке, – жесткие режимы (t=0,001…0,1 с , J=150…350 А/ мм^2).

Разновидность точечной сварки — рельефная (рис. 2.41.). Сначала создаются холодной пластической деформацией выступы на свариваемых поверхностях, а затем детали сжимаются и через них пропускается электрический ток, т.е. производится электроконтактная сварка..

Шовная контактная сварка ( рис. 2.42) применяется для получения прочных и герметичных швов (тонкостенные сосуды, тонкостенные сварные трубы ,..) Листы толщиной 0,3 .. 3 мм собирают внахлестку, сжимают двумя медными роликами, пропускают через них электрический ток, ролики вращаются, листы или ролики перемещаются, происходит контактная сварка .Два способа шовной сварки : непрерывная и прерывистая. При непрерывной контактной сварке изделий из малоуглеродистой стали толщиной менее 1мм выполняется непрерывная подача электрического тока. Для более толстых изделий используется прерывистая сварка : ролики вращаются непрерывно, а ток подается периодическими импульсами ; образуется ряд непрерывных точек, которые перекрывая друг друга в итоге образуют сплошной сварной шов.

Конденсаторная сварка. Энергия накапливается в конденсаторах, которые разряжаются или непосредственно через изделие или через дополнительный трансформатор на изделие. Чаще всего используется второй способ. Конденсаторной сваркой соединяют металлические детали толщиной 0,005 ... 2 мм., но можно приварить тонкий металл (толщиной 0,2...0,3 мм ) к металлическим деталям большой толщины (до 10...15 мм). Конденсаторные установки имеют маленькую мощность и обеспечивают высокое качество сварных соединений.

Для повышения твердости и износостойкости рабочих поверхностей деталей и при ремонте посадочных мест под подшипники качения валов, отверстий редукторов, коробок перемены передачи, шеек коленчатых валов двигателей широко используется электроконтактная приварка ленты, проволоки или порошка. Технология приварки ленты включает в себя : подготовку детали (шлифование до размера : dн - 0,3 мм), нарезку заготовок ленты по ширине и длине (периметру) и очистку ленты, предварительную приварку ленты в середине. Далее выполняется приварка ленты (порошка, проволоки) с помощью роликов установки электроконтактной сварки.

Тепловые деформации при этом малы, материал подбирается высокой износостойкости, обеспечивается долговечность не ниже новых деталей, исключается термическая деформация деталей.

Металлизация.

Металлизация это процесс нанесения мелких частиц металла, нагретого каким либо способом до расплавления, и распыленных газом, на поверхность детали. Металлизация в основном используется для декоративных целей, для заделки трещин и пор в корпусных деталях и реже — для восстановления деталей. Процесс является высокопроизводительным и экономичным, позволяет наносить покрытия от долей миллиметра и до нескольких миллиметров, не вызывает тепловых деформаций (деталь нагревается не свыше 200 °С).

Проволока или порошок непрерывно подаются в зону нагрева, где расплавляются, подхватываются и распыляются струей инертного газа или воздуха на частицы размером от 3 до 300 мкм , которые со скоростью 150…300 м/сек ударяются в специально подготовленную (рваная резьба, канавки, пескоструйная обработка, анодно-механическая обработка и др.) поверхность детали, где расплющиваются и заклиниваются в неровностях поверхности с образованием молекулярных связей. Величина молекулярных связей между частицами больше, чем между частицами и деталью, поэтому слабым участком является недостаточное сцепление покрытия с деталью. При полете частица окисляется и закаляется, вследствие этого покрытие имеет большую твердость и хрупкость. Из-за этого , а также особой подготовки поверхности к металлизации покрытие, имея хорошую износостойкость (поры пропитываются маслом, а поверхность имеет высокую твердость) , не может работать в условиях знакопеременных нагрузок. Для сравнения, усталостная прочность покрытия, нанесенного металлизацией в 15…20 раз ниже, чем у электролитических покрытий. Использование некоторых приемов ( плазменный нагрев поверхности до температуры сплавления металла и частиц, шовная электроконтактная сварка,…) дает возможность применять металлизацию в производстве.

Металлизация в зависимости от способа расплавления металла разделяется на газовую, электродуговую, высокочастотную и плазменную.

При электродуговой металлизации (рис. 2.43.) две изолированные проволоки подаются с одинаковой скоростью, между ними возбуждается электрическая дуга, металл плавится, газ распыляет металл и подает частицы металла к детали.

При газовой металлизации ( рис. 2.44) чаще всего используется ацетилено-кислородное пламя, которое расплавляет сварочную проволоку, а сжатый воздух или инертный газ распыляет и наносит частицы на поверхность. При газовой металлизации получается мелкий распыл, но оборудование относительно сложнее, чем при электродуговой металлизации.

Электродуговая металлизация это высокопроизводительный процесс, однако разбрызгивается металла до 40…60%.

Нагрев и расплавление проволоки при индуктивной металлизации выполняются индуктивным нагревом её токами высокой частоты (200…300 Кгц). При индуктивной металлизации по сравнению с электродуговым процессом увеличивается производительность, уменьшаются затраты электроэнергии и угар металла.

Плазменная металлизация дает наилучшие сцепление покрытия, высокую производительность и возможность напыления износостойких тугоплавких материалов (окись алюминия, карбиды и др.), возможность нанесения покрытия на большинство материалов, даже на не металлы. Металлизация может производится порошком или проволокой. При наплавке порошком используется комбинированная дуга, а при наплавке проволокой различные схемы, в том числе анодом может быть проволока.