Файл: Севбо П.И. Комплексная механизация и автоматизация сварочного производства.pdf

свойства по сравнению с литым металлом шва при сварке плавле­ нием.

Взависимости от типа и конструкции сварного соединения раз­ личают четыре способа контактной сварки: стыковую, точечную, рельефную и роликовую (рис. 15).

Взависимости от схемы питания машин электрическим током различают три вида сварки: контактная сварка переменным током

Рис. 15. Схемы контактной сварки:

а — точечной; б — роликовой; с — шовно-стыковой (т.в.ч.); г *—рельефной.

промышленной частоты; сварка токами высокой частоты; сварка аккумулированной энергией, главным образом конденсаторная.

К о н т а к т н а я с т ы к о в а я с в а р к а с о п р о т и в ­ л е н и е м . В процессе сварки сопротивлением нагрев осуществля­ ется теплом, которое выделяется электрическим током на контакт­ ном сопротивлении между свариваемыми деталями и на собственном

86

состояния в противоположность способу стыковой сварки оплавле­ нием. Физический процесс сварки деталей происходит под дей­ ствием приложенного к ним усилия осадки до 13— 15 кгімм2.

Ток большой силы при низком напряжении вторичной цепи под­ водится к изделию от сварочного трансформатора через зажимные электродные губки. Количество выделенного в зоне нагрева тепла Q пропорционально квадрату силы тока /, активному сопро­ тивлению нагреваемого участка R и времени t сварки (см. форму­ лу 34).

Неблагоприятным фактором при нагреве сопротивлением являет­ ся его неравномерность по сечению свариваемых деталей из-за случайного и также неравномерного расположения мест физическо­ го контакта деталей. Отрицательное влияние этого фактора тем боль­ ше, чем больше сечение свариваемых деталей и чем больше разви­ ты его площадь и периметр.

При сварке сопротивлением без какой-либо защиты качество со­ единений в решающей степени зависит от того, насколько удалось избежать окисления в стыке. Разрушение и удаление образовавшей­ ся окисной пленки (окалины) может быть осуществлено лишь очень большой пластической деформацией. Необходимость в связи с этим высоких давлений осадки, наряду со значительной неравномер­ ностью нагрева при развитых сечениях стыка, резко ограничивает область рационального применения контактной сварки сопротивле­ нием (на воздухе).

Преимущества стыковой сварки сопротивлением:

1)простота принципиальной схемы сварки и сварочной машины;

2)сравнительно малый расход энергии на нагрев и высокая про­ изводительность сварки;

3)отсутствие припусков на оплавление и вследствие этого умень­ шенный расход металла (металл расходуется только на осадку).

Недостатки:

1)весьма большие удельные давления осадки и в результате чрез­

мерно мощные по своим силовым параметрам машины, особенно для сварки больших сечений;

2) невысокое качество сварных соединений (особенно при боль­ ших сечениях) из-за неравномерного нагрева стыка и ненадежного удаления окислов из стыка.

Области рационального применения:

1. Применение ограничивается сваркой деталей малого сечения, главным образом, типа проволок, где силовые параметры не имеют решающего значения, и в то же время можно легко обеспечить рав­ номерный нагрев по сечению.

2. При специальной подготовке торцов соединяемых деталей (круглых — «на конус», плоских — «на нож») можно рекомендовать

87

для соединения стержней диаметром до 30—50 мм или полос тол­ щиной до 20 мм из нелегированной стали.

3. Обширна и весьма эффективна область применения при изго­ товлении сварных сеток и каркасов арматуры железобетона, осо­ бенно в виде комплексных автоматических линий.

К о н т а к т н а я с т ы к о в а я с в а р к а о п л а в л е н и - е м. Этот способ стыковой сварки получил гораздо большее распро­ странение в промышленности и в строительстве, чем стыковая свар­ ка сопротивлением, особенно для соединений с развитым сечением, когда сварка сопротивлением практически вообще невозможна из-за чрезмерно больших усилий осадки или недопустима из-за низкого качества сварных соединений.

Разработанные в Институте электросварки им. Е. О. Патона тех­ нология и машины для стыковой сварки непрерывным оплавлением [20, 30] позволяют сваривать детали практически из любого металла сечением до 80 тыс. мм2 и более, получая высокое качество сварных соединений.

Процесс стыковой сварки оплавлением может выполняться: без подогрева — непрерывным оплавлением; с прерывистым подо­ гревом — обычно импульсами тока — при возвратно-поступатель­ ном движении одной из свариваемых деталей. Роль оплавления и подогрева сводится к получению требуемого температурного поля с образованием на оплавляемых торцах более или менее равномерного слоя жидкого металла. Последующая осадка выравнивает соединяе­ мые поверхности, вытесняет из зазора между ними расплавленный металл и окислы (если они образовались) и формирует прочное соеди­ нение. При этом окислы, а также расплавленный и полурасплав­ ленный металл выдавливаются наружу в виде грата и местного уси­ ления шва (валика). Этот грат, а иногда и усиление шва, приходит­ ся затем удалять.

Получение при сварке оплавлением бездефектных соединений с высокой прочностью основано на предупреждении окисления, а ес­ ли это не удается, то на удалении окислов из стыка вместе с расплав­ ленным металлом. Только в этом случае стык может быть свободен от окисных включений при относительно малой степени деформации и малом усилии осадки. В противоположность этому, при контакт­ ной сварке сопротивлением для разрушения окисных пленок тре­ буется деформация и усилия' в несколько раз большие.

А. С. Гельман [9] считает, что стыковая сварка оплавлением по своей физической сущности занимает промежуточное положение меж­ ду сваркой плавлением и сваркой в твердом состоянии: на отдель­ ных участках соединение может образоваться между поверхностями твердого (пластичного) металла; однако в основном оно формирует­ ся в жидкой фазе, которая затем, в ходе осадки, полностью или час­

88

тично удаляется из соединения. Только благодаря второму процес­ су при сварке оплавлением удается получать соединения высокого качестваі при умеренной деформации осадки.

Разработанная в ИЭС им. Е. О. Патона технология сварки мето­ дом непрерывного оплавления изделий большого сечения позволила значительно снизить мощность машины и источника питания, увели­ чить производительность сварки при высоком качестве сварного соединения.

С точки зрения автоматизации этот процесс сварки (в его совре­ менном виде) также обладает существенным преимуществом: при непрерывном оплавлении он выполняется полностью автоматиче­ ски. Сварочная машина снабжена устройством для программного регулирования напряжения и.скорости подачи (при оплавлении) с обратными связями по току. Применение специального регулятора скорости, позволяющего корректировать скорость подачи в зависи­ мости от тока в сварочной цепи, значительно повышает устойчивость оплавления и снижает мощность, необходимую для возбуждения оплавления. Исполнительным рабочим органом машин для сварки непрерывным оплавлением в большинстве случаев служит специ­ альный следящий гидропривод или пневмогидропривод.

Современные контактные стыковые машины для сварки оплавле­ нием, например, машины К-155 для сварки рельсов сечением до 7000 лша, имеют почти в полтора раза большую производительность, в три раза меньшую мощность (ПО ква вместо 320) и меньший вес, чем машины МСГР-500, РСКМ-320, AEG, рассчитанные на сварку прерывистым подогревом деталей и рельсов того же сечения.

Общим недостатком стыковой сварки оплавлением является суще­ ственная потеря металла на угар, оплавление и выдавливание в грат, необходимость последующего удаления грата, а также повы­ шенная энергоемкость процесса по сравнению со сваркой сопротив­

лением.

Выше рассматривалась только стыковая сварка стержней одина­ кового сечения. В последнее время В. Т. Чередничек и др. [2, 44] доказали возможность контактной сварки оплавлением тавровых соединений и разработали соответствующую технологию сварки этих асимметричных соединений, например, приварку круглых, трубчатых или пластинчатых стержней торцом к стальному листу. Подобные соединения весьма распространены в закладных деталях железобетонных конструкций, в коленчатых валах, в сопряжениях труб с трубными решетками или коллекторами (трансформаторов), в рамах грузовых автомобилей и т. д.

Преимущества стыковой сварки оплавлением:

1) возможность стыковой сварки сталей и цветных металлов и сплавов сечением до 80 000 мм2;

89

2)высокая производительность, значительно превышающая про­ изводительность электродуговой и электрошлаковой сварки ана­ логичных компактных сечений встык;

3)высокое качество сварных соединений даже при больших се­ чениях стыка по сравнению со стыковой сваркой сопротивлением;

4)возможность полной автоматизации сварочного процесса и ■программного управления.

Недостатки:

1)существенный расход металла на оплавление и осадку;

2)необходимость удаления (срезания) грата, а иногда и выдав­

* 3) повышенная сложность сварочного процесса и вследствие это­ го усложненная схема привода машины и органов автоматического управления.

Области рационального применения:

1. Сварка трубных стыков диаметром от 18 до 2500 мм сечением

истали).

2.В промышленности — сварка встык котельных труб поверх­ ностей нагрева и теплообменных аппаратов, массивных стальных и алюминиевых деталей и колец фасонного профиля, различных ма­ шинных деталей, например, стальных рештаков в угольном машино­ строении, коленчатых многоопорных валов мощных двигателей, па­ ропроводов и коллекторов высокого давления из толстостенных теп­ лоустойчивых труб, широкополосной стали и т. д.

При необходимости тщательного удаления грата и срезания уси­ ления шва (по ТУ) контактная сварка оплавлением может оказать­ ся экономически менее выгодной, чем сварка под флюсом или электро­ шлаковая.

К о н т а к т н а я т о ч е ч н а я с в а р к а . Из всех существу­ ющих способов контактной сварки металлов наиболее распростра­ нен способ точечной сварки. По объемам применения в промышлен­ ности СССР он охватывает свыше 60% всей контактной сварки; сты­ ковая — 30%, шовная и рельефная — 10%.

При точечной сварке (рис. 15, а) электрический ток проходит меж­ ду двумя стержневыми электродами 2 через металл свариваемых деталей 1 (соединяемых обычно внахлестку) и производит их мест­ ный — точечный — нагрев в зоне сопряжения. В результате разви­ ваемой в этом месте высокой температуры оплавляются контакти­ рующие поверхности и образуется характерное литое ядро точки 3.

90