Контактна сварка

1. Підготовка поверхонь до контактного зварювання [ правити | правити код ]
2. Машини для контактного зварювання [ правити | правити код ]
3. Електроди для контактного зварювання [ правити | правити код ]
4. Дефекти зварювання і контроль якості [ правити | правити код ]
5. Точкова контактне зварювання [ правити | правити код ]
6. Рельєфна зварювання [ правити | правити код ]
7. Шовне зварювання [ правити | правити код ]
8. Стикова зварювання [ правити | правити код ]
9. Інші процеси контактного зварювання [ правити | правити код ]

Наша сеть партнеров Banwar

Контактна зварювання - процес утворення нероз'ємного зварного з'єднання шляхом нагрівання металу проходять через нього електричним струмом і пластичної деформації зони з'єднання під дією стискає зусилля.

Контактна зварювання переважно використовується в промисловому масовому або серійному виробництві однотипних виробів [1] . Застосовується на підприємствах машинобудування, в авіаційній промисловості.

У 1856 році англійський фізик Вільям Томсон (лорд Кельвін) вперше застосував стикове зварювання. У 1877 році американський дослідник Еліу Томсон незалежно розробив стикове зварювання і впровадив її в промисловість. У тому ж 1877 році російський винахідник Микола Миколайович Бенардос запропонував способи контактного точкової і шовного зварювання [2] .

Для здійснення процесів контактного точкового зварювання використовувалися спеціальні кліщі з вугільними електродами, до яких підводиться електричний струм. Потім дві складені одна на іншу сталеві пластини затискалися кліщами, а струм, підведений до вугільних електродів, проходячи через метал, давав достатню кількість теплоти для освіти зварної точки.

У 1886 році Е. Томсон займався дослідженнями і розробками в області контактного зварювання подав заявку на патент, що захищає принципово новий спосіб електричного зварювання, описуваний в такий спосіб: «зварюються предмети наводяться в зіткнення місцями, які повинні бути зварені, і через них пропускається струм величезної сили - до 200 000 ампер при низькій напрузі - 1-2 вольт . Місце зіткнення представить току найбільший опір і тому сильно нагріється. Якщо в цей момент почати стискати зварювані частини і проковувати місце зварювання, то після охолодження предмети виявляться добре звареними » [2] . Спосіб зварювання називали «електричної куванням» або «безогненним методом зварювання».

В кінці XIX століття Стикова контактне зварювання застосовувалася для з'єднання телеграфних проводів. У своїх подальших дослідженнях Еліу Томсон став комбінувати нагрів електричним струмом з пластичними деформаціями, можливими завдяки застосуванню гідравлічних систем стиснення. До початку XX століття відносяться повідомлення про застосування фірмою Fiat контактного зварювання для виготовлення літакових двигунів.

У 1928 році фірма Stout Metal Airplane Company (відділення фірми Ford Motor ) Використовувала контактне зварювання на лініях виготовлення конструкцій з дюралюмінію . На початку 1930-х років в Америці були проведені випробування контактного зварювання легкоплавких металів та їх сплавів. В ході проведених досліджень були розроблені технології та обладнання, які взяли в виробництво фірми Douglas, Boeing і Sikorsky Aircraft [2] .

Основні параметри режиму всіх способів контактного зварювання - це сила зварювального струму , Тривалість його імпульсу й зусилля стиску деталей. Теплота Q {\ displaystyle Q} в зварюваної металі виділяється при проходженні через нього імпульсу струму I c {\ displaystyle I_ {c}} тривалістю t {\ displaystyle t} відповідно до законом Джоуля - Ленца :

Q = I c 2 R c t {\ displaystyle Q = I_ {c} ^ {2} R_ {c} t}

За величину R c {\ displaystyle R_ {c}} приймають опір стовпчика металу між електродами . При розрахунку зварювального струму і часу імпульсу зварювального трансформатора, R c {\ displaystyle R_ {c}} - вихідний параметр, так як його легко розрахувати, знаючи матеріал деталі, її товщину і необхідну температуру зварювання. При цьому опорами в контактах між деталями і між електродами і деталями нехтують.

згідно закону Джоуля - Ленца збільшення R c {\ displaystyle R_ {c}} має збільшувати кількість теплоти, що виділяється Q {\ displaystyle Q} . Але по закону Ома збільшення R c {\ displaystyle R_ {c}} не завжди збільшує кількість виділяється при зварюванні теплоти Q {\ displaystyle Q} , Багато що залежить від співвідношення R c {\ displaystyle R_ {c}} і повного опору вторинного контуру зварювального трансформатора.

I c = U 2 Z {\ displaystyle I_ {c} = {\ frac {U_ {2}} {Z}}}

Де U 2 {\ displaystyle U_ {2}} - напруга на вторинному контурі зварювального апарату, a Z {\ displaystyle Z} - повний опір вторинного контуру, до якого входить R c {\ displaystyle R_ {c}} . При збільшенні опору R c {\ displaystyle R_ {c}} зменшиться сила зварювального струму I c {\ displaystyle I_ {c}} , Яка враховується в законі Джоуля - Ленца в квадраті. Звідси випливають кілька практичних висновків. З ростом загального опору вторинного контуру від 50 до 500 мкОм тепловиділення в зоні зварювання зменшується в міру падіння R c {\ displaystyle R_ {c}} приблизно в 10 разів. Недолік тепла компенсується збільшенням напруги (U 2 {\ displaystyle U_ {2}} ) Або часу зварювання. Зварювальний процес на контактних машинах з малим опором вторинного контуру (~ 50 мкОм) супроводжується інтенсивним зростанням нагрівання в міру падіння R c {\ displaystyle R_ {c}} в процесі збільшення зварного ядра. При досягненні рівності R c = Z {\ displaystyle R_ {c} = Z} нагрів досягає максимуму, а потім, у міру ще більшого зниження R c {\ displaystyle R_ {c}} (Після досягнення необхідного розміру ядра), зменшується. Таким чином, зварювання на контактних машинах з малим опором вторинного контуру (а їх більшість [3] ) Супроводжується нестаціонарним нагріванням і нестабільним якістю з'єднань. Зменшити цей недолік можна надійним стиском зачищених деталей, що забезпечує підтримку R c {\ displaystyle R_ {c}} на мінімальному рівні, або підтримуючи високий рівень R c {\ displaystyle R_ {c}} за рахунок слабкого стиску деталей і поділу імпульсу зварювального струму на кілька коротших імпульсів. Останнє ще й економить енергію і забезпечує прецизійне з'єднання з залишкової деформацією 2 ... 5%.

При зварюванні на машинах з великим опором вторинного контуру (> 500 мкОм) зниження R c {\ displaystyle R_ {c}} в процесі зварювання практично не впливає на виділення теплоти, нагрівання залишається стаціонарним, що характерно для зварювання на підвісних машинах з довгим кабелем у вторинному контурі. Зварені на них сполуки мають більш стабільною якістю [3] .

Підготовка поверхонь до контактного зварювання [ правити | правити код ]

Способи підготовки поверхонь різні. У найбільш повному вигляді вони включають кілька послідовних операцій: знежирення, видалення вихідних, в основному оксидних, плівок, пассивирование, нейтралізацію, промивку, сушку, контроль

Основні вимоги при підготовці поверхні для контактного зварювання:

• забезпечити мінімальний опір ланцюга електрод-деталь;
• в ланцюзі деталь-деталь опір повинне бути однаковим по всій площі контакту;
• сполучаються для зварювання поверхні деталей повинні бути рівними з співпадаючими площинами [4] .

Машини для контактного зварювання [ правити | правити код ]

Контактна зварювання здійснюється на контактних зварювальних машинах, які бувають стаціонарними, пересувними і підвісними, універсальними і спеціалізованими. За родом струму в зварювальному контурі можуть бути машини змінного або постійного струму від імпульсу струму, випрямленого в первинному ланцюзі зварювального трансформатора або від розряду конденсатора . За способом зварювання розрізняють машини для точкової , рельєфною , Шовного і стикового зварювання [3] . зварювальний трансформатор машини знижує напругу мережі до 1-15 вольт . Для стиснення деталей і підведення струму силою 1-200 кА служать електроди зі сплавів міді. Потужність машин 0,5-500 кВА . Зусилля стиснення 0,01-100 кН (1-10000 кгс ) створюється пневмогидроприводом або важільно-пружинним механізмом. Струм тривалістю від 0,01 до 10 секунд включається контакторами з електронним управлінням [5] .

Будь-яка машина для контактного зварювання складається з електричної і механічної частин, пневмо- або гідросистеми і системи водяного охолодження. Електрична частина в свою чергу складається з зварювального трансформатора, переривника первинної ланцюга зварювального трансформатора і регулятора циклу зварювання, що забезпечує задану послідовність операцій циклу і регулювання параметрів режиму зварювання. Механічна частина складається з приводу стиснення (точкові машини), приводу стиснення і приводу обертання роликів (шовні машини) або з приводів затиснення і опади деталей (стикові машини). Пневмогідравлічні система складається з апаратури підготовки ( фільтри , лубрикатори , Які змащують рухомі частини), регулювання ( редуктори , манометри , Дросселирующие клапани) і підведення повітря до приводу стиснення (електропневматичні клапани, запірні вентилі, крани, штуцера ). Система водяного охолодження включає в себе штуцера розводящої і приймальні гребінок, що охолоджуються водою порожнини в трансформаторі і вторинному контурі, розвідні шланги, запірні вентилі і гідравлічні реле , Що відключають машину, якщо вода відсутня або її мало. Точкові і шовні машини включаються за допомогою ножної педалі з контактами, стикові - за допомогою комплекту кнопок. З органів управління надходять команди на стиск електродів або затиснення деталей, на включення і відключення зварювального струму, на обертання роликів, на включення регулятора циклу зварювання. [3] .

Електроди для контактного зварювання [ правити | правити код ]

Через електроди для контактного зварювання відбувається замикання вторинного контуру зварювання. Електроди ролики при контактної шовного зварювання переміщують деталі, що зварюються. Вони також утримують деталі в процесі їх нагрівання і опади.

Оскільки електроди при контактному зварюванні швидко зношуються, до них пред'являються вимоги по стійкості збереження форми при нагріванні до 600 градусів і ударних зусиллях стиснення до 5 кг / мм2.

Електроди виготовляють з міді і бронзи (хромоцірконіевая бронза БрХЦрА; кадмієва бронза БрКд1; хромистая бронза БрХ і ін).

Електроди для рельєфного зварювання роблять близькими за формою до виробу, для шовних машин - у формі дисків.

• Електроди для контактного зварювання із в CrZrCu сплаву

• Електроди для контактного зварювання

• Електроди для контактного зварювання

Дефекти зварювання і контроль якості [ правити | правити код ]

Якість зварних з'єднань, виконаних контактним зварюванням залежить від правильної підготовки поверхні деталей, вибором режимів зварювання. До основних показників якості точкового і шовного зварювання відноситься розмір ядра зварної точки, який має дорівнювати трьом толщинам S самого тонкого свариваемого листа. Глибинапроплавлення повинна знаходитися в межах 20 ... 80% S. Вихід за ці межі призводить до непровар або виплеску металу.

Дефекти зварювання контролюються як оглядом, так і будь-якими доступними методами неруйнівного контролю. Особливістю контролю з'єднання при контактному зварюванні є складність виявлення непровару, який не виявляється внаслідок притиснення контактів один до одного. У місці контакту електромагнітні випромінювання і ультразвук не відбиваються і не послаблюються. Одним із способів виявлення дефекту є руйнування контрольних зразків При відсутності непровару руйнування проходить по цілому металу однієї з деталей. При цьому вимірюється діаметр литого ядра, виконаного точкової або шовного зварюванням.

Точкова контактне зварювання [ правити | правити код ]

Точкова контактне зварювання - зварювальний процес, при якому деталі з'єднуються в одній або одночасно в декількох точках. Міцність з'єднання визначається розміром і структурою зварної точки, які залежать від форми і розмірів контактної поверхні електродів, сили зварювального струму , Часу його протікання через заготовки, зусилля стиснення і стану поверхонь деталей, що зварюються. За допомогою точкового зварювання можна створювати до 600 з'єднань за 1 хвилину [5] . Застосовується для з'єднання найтонших деталей (до 0,02 мкм ) Електронних приладів, для зварювання сталевих конструкцій з листів товщиною до 20 мм в автомобілі -, літако - і суднобудуванні , В сільськогосподарському машинобудуванні та інших галузях промисловості [5] .

Рельєфна зварювання [ правити | правити код ]

Рельєфна зварювання - зварювальний процес, при якому деталі з'єднуються в одній або одночасно декількох точках, що мають спеціально підготовлені виступи-рельєфи. Цей спосіб аналогічний точкового контактного зварювання. Головна відмінність: контакт між деталями визначається формою їх поверхні в місці з'єднання, а не формою робочої частини електродів, як при точковому зварюванні. Виступи-рельєфи заздалегідь готуються штампуванням чи іншим способом і можуть бути присутніми на одній або обох зварюються деталях.

Рельєфна зварювання застосовується в автомобілебудуванні для кріплення кронштейнів до листовим деталей (наприклад, для кріплення скоб до капоту автомобіля, для кріплення петель для навішування дверей до кабіни); для з'єднання кріпильних деталей - болтів , гайок і шпильок . В радіоелектроніці застосовується для приєднання дроту до тонким деталей [6] .

Шовне зварювання [ правити | правити код ]

Шовна зварювання - зварювальний процес, при якому деталі з'єднуються швом, що складається з ряду окремих зварних точок (литих зон), що частково перекривають або не перекривають одна іншу. У першому випадку шов буде герметичним. У другому випадку шовна зварювання виконана окремими точками без перекриття практично не буде відрізнятися від ряду точок, отриманих при точковому зварюванні . Процес шовного зварювання здійснюється на спеціальних зварювальних верстатах з двома (або одним [7] ) Обертовими дисковими роликами-електродами, які щільно стискають, прокочують і зварюють деталі, що з'єднуються. Товщина зварюваних листів коливається в межах 0,2-3 мм [7] [8] . Застосовується при виготовленні різних ємностей, де потрібні герметичні шви - бензобаки , Труби, бочки, сильфони та ін.

Стикова зварювання [ правити | правити код ]

Стикова зварювання - зварювальний процес, при якому деталі з'єднуються по всій площині їх належним чином, в результаті нагрівання. Залежно від марки металу, площі перетину з'єднуються деталей і вимог до якості з'єднання стикове зварювання можна виконувати кількома способами: опором, безперервним оплавленням і опалювальному з підігрівом.

Сварка опором використовується для з'єднання деталей з площею перетину до 200 мм ² [9] . Застосовується в основному при зварюванні дроту, стрижнів і труб з низьковуглецевої сталі щодо малих перетинів [6] .

Сварка опалювальному використовується для з'єднання деталей з площею перетину до 100000 мм² [9] , Таких як трубопроводи, арматура залізобетонних виробів, стикові з'єднання профільної сталі, стрічкові пилки . Застосовується для з'єднання залізничних рейок на безстикових шляхах, для виробництва длінноразмерной заготовок зі сталей, сплавів і кольорових металів. В суднобудуванні використовується для виготовлення якірних ланцюгів, змійовиків холодильників рефрижераторних суден. Також зварювання оплавленням використовується у виробництві ріжучого інструменту (наприклад, для зварювання робочої частини свердла з інструментальної сталі з хвостовою частиною зі звичайної сталі) [6] [9] .

Інші процеси контактного зварювання [ правити | правити код ]

Однією з різновидів контактного зварювання є імпульсна зварювання , При якій дуга горить і в паузах між поданими імпульсами струму, без помітного збитку на глибину розплавлювання металу. На основний зварювальний струм з частотою в декілька десятків герц накладаються додаткові імпульси струму. Розроблено також технологія подвійного імпульсу з модуляцією імпульсів струму. Модуляція дозволяє змінювати форми імпульсу, кути нахилу їх фронту хвилі, що дозволяє управляти дрібнокраплинного перенесенням металу при зварюванні [10] .

перевагами імпульсної зварювання є стійке горіння дуги, усуваються кратери з зварних точок, зменшуються ділянки перекриття в звареному шві.

Імпульсна зварювання застосовується при зварюванні як різних марок сталей, так і алюмінієвих, мідних, нікелевих сплавів і титану з товщиною заготовок від 1 до 50 мм [11] .

• М. Д. Банів, Ю. В. Казаков, М. Г. Козулін і ін .; під ред. Ю. В. Казакова. Зварювання та різання матеріалів: Навчальний посібник. - Видання 2-е, стереотипне. - Видавничий центр «Академія», 2002. - 400 с. - ISBN 5-7695-0695-4 .