Контактная шовная сварка.

В соответствии с ГОСТ 2601-84 контакт­ной сваркой называется сварка с применением давления, при которой используется теплота, выделяющаяся в контакте свариваемых частей при протекании электрического тока.

Рис.1 Схема процесса.

При шовной сварке (рис.1)полу­чают сварное соединение между вращающими­ся дисковыми электродами, которые к свари­ваемым деталям подводят ток и передают на них силу сжатия. При шовной сварке также необходимо образование литого ядра в каждом месте сварки. Все точки (с перекрывающимися или не перекрывающимися литыми ядрами) образуют сварной шов прямо- или криволи­нейной формы.

Первой стадией процесса является сжатие деталей электродами с целью форми­рования сварочной цепи и создания оптималь­ных электрических контактов электрод - де­таль и деталь - деталь в зоне сварки.

Вторая стадия процесса начинается с момента протекания сварочного тока через свариваемые детали. В начальный период про­текания тока наибольшее количество теплоты выделяется в контакте деталь – деталь, так как его сопротивление наибольшее. Это приводит к интенсивному нагреву приконтактных слоев металла и их пластическому деформированию под действием силы.

Третьей стадией процесса сварки явля­ется кристаллизация жидкого металла ядра, которая начинается после выключения свароч­ного тока. Кристаллизация протекает в услови­ях замкнутости объема ядра под действием сжатия и охлаждения со стороны электродов. Сила сжатия на стадии кристаллизации ядра называется ковочной.

Варианты двухсторонней шовной сварки приведены на рис.2, варианты односторонней шовной сварки на подвижной и неподвижной шинах на рис.3.

Рис.2

Рис.3

К технологическим параметрам процесса контактной шовной сварки относятся:

IСВ – сварочный ток, А;

VСВ– скорость сварки, м/мин;

FСВ – сила сжатия деталей при сварке, кН;

tСВ – время сварки, сек;

tП – время паузы, сек;

FК – сила проковки, кН;

tК – время проковки, сек ;

DР – диаметр роликов, мм;

RР – радиус кривизны, мм;

SР – ширина роликов, мм;

fР – ширина рабочей поверхности роликов, мм.

Режимы сварки для различных материалов приведены в таблицах 1, 2, 3 и 4.

Таблица 1. Ориентировочные режимы шовной сварки низкоуглеродистых сталей (типов 08кп, 10,20) на однофазных машинах переменного тока

Таблица 2. Ориентировочные режимы шовной сварки жаропрочных сплавов (ХН75МБТЮ6, ХН38ВТ6, ХН70Ю) на однофазных машинах переменного тока

Таблица 3. Ориентировочные режимы шовной сварки титановых сплавов на однофазных машинах переменного тока

Таблица 4. Ориентировочные режимы шовной сварки Al сплавов на низкочастотных машинах и машинах постоянного тока

Шовная сварка широко используется для соединения внахлестку деталей толщиной 0,3...4 мм. Как правило, она обеспечивает по­лучение плотных швов, когда каждая последующая точка перекрывает на 25-40 % предыдущую. При сварке, как правило используют типовые циклограммы процесса (Рис.4).

Рис. 4 Типовые циклограммы шовной сварки.

Сварка с непрерывным включением тока (Рис.4, а) позволяет резко увеличить скорость сварки, но из-за повышенного тепловложения расширяется зона термического влияния, перегреваются электроды, возрастает шунтирование тока через ранее сваренный участок шва и увеличивается вероятность непроваров.

Присварке отдельными импульсами тока (Рис.4, б), во время паузы между импульсами за время t_П ролики и детали успевают частично охладится, поэтому возрастает стойкость роликов, уменьшается зона термического влияния, снижаются остаточные деформации.

При сварке в шаговом режиме (Рис.4, в) во время остановки роликов включается ток и прикладывается повышенная сила проковки, т.е. кристаллизация и обжатие расплавленного металла происходят под давлением электродов. Появляется возможность сваривать материалы склонные к возникновению в литом ядре трещин, пор и других дефектов усадочного характера.

Схема конструктивных элементов показана на рис.5.

Рис.5 Схема конструктивных элементов.

S и S1–толщины деталей;

d - ширина шва (диаметр сварной точки);

h и h1–глубины (величины) проплавления деталей;

g и g1–глубины вмятин от электродов на деталях;

t – расстояние (шаг) между центрами соседних точек в ряду;

l – длина литой зоны ядра;

l1–длина не перекрытой части литой зоны ядра;

f – величина перекрытия литых зон;

Примеры использования контактной шовной сварки приведены на рис.6

Рис.6

Контактная сварка - термомеханический процесс. В соответствии с этим определением оборудование для контактной сварки состоит из двух взаимосвязанных частей:

- электрической, обеспечивающей на­грев зоны соединения проходящим по свари­ваемым деталям током;

- механической, выполняющей сжатие свариваемых деталей, подвод к ним сварочного тока, перемещение деталей во время сварки и необходимую пластическую деформацию ме­талла в зоне соединения.

На рис. 8 приведена структурная схема контактной машины.

Рис.10 Структурная схема контактной машины.

Электрическая часть контактной ма­шины состоит из ряда функциональных бло­ков. Среди них: внешний контур - совокупность токоведущих элементов машины (гибкие и жест­кие шины, консоли или хоботы, колодки, угольники, электродержатели, электроды и др.) и контактов между ними, передающих свароч­ный ток от источника питания (выводных ко­лодок сварочного трансформатора) к свари­ваемым деталям. Механическая часть контактной ма­шинывключает в себя комплекс конструктив­ных элементов (корпуса, станины, кронштей­ны, хоботы, упоры, электрододержатели и др.), обеспечивающих жесткость, маневренность, эксплуатационную надежность контактной машины, и механизмы, выполняющие закреп­ление, сжатие и перемещение свариваемых деталей. Для контактных машин существуют условные обозначения (Рис.11)

Рис.11 Структура условных обозначений контактных машин.

1 – обозначение изделия (машина контактная);

2 – обозначение машины по виду соединения (Т - точечная, Ш - шовная,

Р - рельефная, С - стыковая);

3–обозначение машины по конструктивному исполнению и (или) типу

источника тока (В - с выпрямлением тока во вторичном контуре,

К - конденсаторная, Н - низкочастотная, Р - радиальная, П - подвесная,

С - стыковая сварка сопротивлением, О - оплавлением);

4 – наибольший вторичный ток в кА (для точечных, шовных, рельефных

машин и для стыковой сварки сопротивлением) или сила осадки в

десятках кН (сварка оплавлением);

5 – номер модификации машины (две цифры);

6–вид климатического исполнения поГОСТ 15150- 89;

7 – группа машин по нормируемым техническим требованиям;

8 – напряжение сети;

9 –частота питающей сети;

10– слово «экспорт» (для машин, предназначенных на экспорт);

11 – обозначение технических условий на конкретную машину или

стандарта для машин, предназначенных на экспорт.

Достоинства:

Высокая производительность; образование герметичных соединений без вспомогательных материалов; простота технологического процесса; минимальные остаточные деформации (в пределах 10%); практически отсутствуют коробления и зона термического влияния; легкость механизации и автоматизации.

Недостатки:

Узкий диапазон свариваемых толщин (0,1…5 мм); ограничение по видам соединения (в основном нахлесточые) и геометрии шва (прямолинейные, кольцевые швы); невозможность сварки деталей сложной формы (т.к. необходимо место для роликов); шунтирование тока.

Список использованной литературы:

1. Технология и оборудование контактной сварки: Учебник для машиностроительных вузов/ Орлов Б.Д., Чакалев А.А., Дмитриев Ю.В. – 2-е изд. – М.: Машиностроение, 1986 г.

2. Технологические основы сварки и пайки в авиастроении: Учебник для вузов/ Фролов В.А., Пешков В.В., Коломенский А.Б. – М.: Интермет Инжиниринг, 2002 г.