Контактная сварка. Сущность и основные виды.

Тема 3.4.1 Контактная сварка. Сущность и основные виды

Рис.90 Резак РДМ-2-66 для плазменно-дуговой резки

Для ручной плазменной резки применяется плазмотрон РДМ-2-66 (рис. 90). Плазмотрон состоит из головки 4, мундштука с формирующим соплом 3 и рукоятки 5. Головка резака 4 имеет водоохлаждаемый корпус, вода к которому подводится и отводится через рукава 8 Мундштук изолируется от токоведущего корпуса резиновой прокладкой. Клапанно-венгильный блок, смонтированный на рукоятке, состоит из вентиля для подачи аргона 10 с штуцером 9, рычажного клапана 6, позволяющего осуществлять резку в смеси аргона с водородом или азотом и штуцера 7. Резак имеет опорный ролик 2 и щиток 1. В кабельно-шланговый пакет входят два газовых рукава – для аргона и водорода или азота и два рукава водяного охлаждения. В одном из рукавов охлаждения проходит кабель рабочего тока сечением 10 мм², который соединяется с минусом источника питания.

Плазмотрон РДМ-2-66 предназначен для ручной разделительной резки алюминия и его сплавов толщиной до 25 мм и нержавеющих сталей толщиной до 20 мм. Резка выполняется в аргоно-водородной или аргон-азотной смеси на постоянном токе прямой полярности.

Вопросы:

2. Сущ­ность, применение и технология стыковой сварки сопротивлением и оплавлением, точечной одно- и двухсторонней сварки, шовной сварки с непрерывным и прерывистым включением тока.

3. Оборудование для кон­тактной сварки; основные части и принцип работы кон­тактных машин.

1. Согласно ГОСТ 2601–84 контактной назы­вают сварку с применением давления, при которой на­грев проводится теплом, выделяемым при прохождении электрического тока через находящиеся в контакте со­единяемые части. В месте соприкосновения частей ток испытывает большое сопротивление, отчего выделяется значительное количество теплоты, нагревающего ме­талл настолько, что он приходит в пластичное состоя­ние или оплавляется. При этом свариваемые части за­готовок сильно прижимают одну к другой.

Металлы с малым электросопротивлением, например медь и алюминий, труднее поддаются контактной свар­ке, чем сталь, которая обладает более высоким элек­трическим сопротивлением.

Рис. 91 Контактная сварка:

а – стыковая; б – точечная; в – шовная; 1 и 2 – свариваемые детали; 3 – медные электроды; 4 – сварной шов; 5 – сварочный трансформатор

Контактную сварку подразделяют на стыковую оплавлением, стыковую сопротивлением, точечную, шов­ную, рельефную и др.

При стыковой контактной сварке(рис. 91, а)соеди­нение свариваемых частей происходит по поверхности стыкуемых торцов. Этим способом сваривают трубы, рельсы, цепи, сверле рабочая часть которых изготов­ляется из быстрорежущей стали, а хвостовик – из угле­родистой и др.

При точечной контактной сварке(рис. 91, б) соеди­нение элементов происходит на участках, ограниченных площадью торцов электродов, подводящих ток и пере­дающих усилие сжатия. Электроды изготовляются по­лыми из сплавов меди с хромом, алюминием и другими элементами. Во время сварки они охлаждаются цирку­лирующей в полости водой. Точечную сварку приме­няют при изготовлении из тонколистового проката ка­бин, кузовов и емкостей для зерна, деталей обшивки и других изделий в автотракторном и сельскохозяйствен­ном машиностроении.

При шовной контактной сварке(рис. 91, в)элемен­ты соединяют внахлестку вращающимися дисковыми электродами. Шов может быть сплошной или прерыви­стый. Шовной контактной сваркой с непрерывными шва­ми изготовляют, например, топливные баки. Контактная сварка высокопроизводительна, она получила широкое применение во многих отраслях промышленности в се­рийном и массовом производстве.

2. Стыковую сваркуразделяют на сварку оплавлением и сварку сопротивлением.

При сварке оплавлением тор­цы заготовок доводятся до оплавления, а при сварке сопротивлением торцы заготовок разогреваются до пла­стического состояния и производится последующая осадка.

Свариваемые детали 3 и 7 (рис. 92) помещают меж­ду зажимами 4 и 6,подключенными к вторичной обмотке трансформатора 8. Одну из плит 2 неподвижно закреп­ляют на станине 1 и изолируют от нее, а другую плиту 5 можно перемещать по направляющим станины. Переме­щение плиты вместе с закрепленной деталью осуществ­ляется в машинах при помощи рычага, штурвала, пружи­ны, а при сварке деталей значительных размеров – при помощи механических, гидравлических или пневматичес­ких устройств.

При сварке сопротивлением заготовки, зажатые в машине, сжимаются небольшим усилием, обеспечива­ющим контакт свариваемых поверхностей. Затем включа­ется ток, металл разогревается до пластического состоя­ния, производится осадка и сварка. Место сварки имеет усиление (высадку) металла. Перед сваркой Рис. 92

заготов­ки зачищают и подгоняют одну к другой. Сварка сопро­тивлением применяется главным образом для заготовок малого сечения (диаметр до 20 мм), так как при сварке стержней больших сечений нагрев по сечению будет не­равномерным. Сечения соединяемых заготовок должны быть одинаковыми по форме с мало развитым перимет­ром (круг, квадрат, прямоугольник с малым отношением сторон). Заготовки более сложного сечения (лист, тон­костенная труба, двутавр, угольник), а также заготовки из разнородных металлов мим методом не спаривают.

Метод оплавления имеет ряд преимуществ перед сваркой сопротивлением, основные из которых следую­щее: поверхность стыка не требует особой подготовки; можно сваривать заготовки с сечением сложной формы и сильно развитым периметром, а также заготовки с различными сечениями; свариваются разнородные ме­таллы (быстрорежущая и углеродистая сталь, медь иалюминий и т. п.). Недостатком сварки оплавлением является то, что увеличивается расход материала. Это особенно ощущается при использовании дорогих металлов.

При точечной сварке заготовки из тонкого листового металла (толщиной 0,2…8 мм) соединяют внахлестку.

Метод точечной сварки состоит в нагреве сваривае­мых деталей при прохождении тока от одного электрода через детали к другому. Происходит быстрый нагрев и расплавление металла в зоне соединения с образованием «ядра» сварочной точки, имеющей чичевицеобразную форму размером обычно 2…12 мм. Давление Р, прило­женное к электродам, уплотняет металл в сварочной точ­ке и обеспечивает прочное соединение.

На рис. 93 показана схема точечной сварки. Свари­ваемые листы 4 зажимают между верхним 3 и нижним 5 электродами сварочной машины, к которым через электрододержатели 2 и 6 и хоботы 1 и 7 подведен ток от трансформатора 8. Нижний опорный хобот делается не­подвижным, а верхний подвижным; при сварке верхний хобот создает давление на свариваемые листы. Соприка­сающиеся с медным электродом поверхности сваривае­мых заготовок нагреваются медленнее их внутренних слоев. Нагрев продолжа­ют до пластического сос­тояния или частично до расплавления внутренних слоев детали, затем вык­лючают ток и снижают давление. В результате образуется литая сварная точка.

Точечная сварка в за­висимости oт расположе­ния электродов по отно­шению к свариваемым деталям может быть дву­сторонней и односторон­ней. Рис. 93

Односторонней точечной сваркой можно соединять заготовки одновременно двумя точками. По принципу односторонней точечной сварки работают многоточечные машины, которые могут иметь до 50 пар электродов.

Для получения соединения хорошего качества необ­ходимо строго выдерживать заданные параметры режи­ма: усилие сжатия от 2до 10 кгс/мм², время протекания тока 0,01…1,5 с. Предварительно свариваемые поверх­ности очищают наждачным кругом, пескоструйной об­работкой или травлением.

Точечная сварка может производиться и на жестких режимах. Мягкие режимы характеризуются большей продолжительностью времени сварки, плавным нагре­вом, уменьшенной мощностью. Эти режимы применяют­ся для сварки углеродистых, конструкционных, низколе­гированных сталей и сталей, склонных к закалке. Значе­ния основных параметров мягких режимов могут изме­няться в следующих диапазонах: плотность тока – от 80 до 160 А/мм²; усилие на электродах – от 1,5 до 4 кгс/мм² и время протекания тока – от 0,5 до 2…3 с.

Жесткие режимы характеризуются повышенной про­изводительностью в связи с уменьшением времени сварки, увеличением усилия сжатия и концентрирован­ным нагревом. Эти режимы применяются: а) для сварки нержавеющих сталей, так как при сварке на мягких режимах возможно выпадение карбидов в околошовной зоне, приводящие к потере коррозионной стойкости; б) для сварки алюминия, меда и медных сплавов, так как они обладают высокой теплопровод­ностью и для них недопустим перегрев околошовной зоны; в) для сварки ультратонкого металла толщиной до 0,1 мм.

Пределы толщин свариваемых металлов составляют в среднем 0,5…5 мм. Точечная сварка широко использу­ется для изготовления штампосварных соединений, ког­да отдельные штампованные детали соединяются свар­ными точками. В этом случае упрощается технология изготовления сварных узлов и повышается производи­тельность.

Признаком шовной сварки является наличие хотя бы одного электрода в виде ролика, катящегося по шву. Роликовая сварка разновидность точечной сварки, при которой точки ядра перекрывают одна другую и создают сплошной шов, между свариваемыми заготовками образуется прочноплотное соединение. При шовной сварке (рис. 94) свариваемые детали 1 также соединяют внахлестку и помещают между дву­мя вращающимися медными роликами (электродами) 2,через которые поступает ток от трансформатора 3 для нагрева и расплавления металла. Этими же роликами производится осадка (сжатие) нагретого металла при движении вдоль шва. Толщина свариваемых листов должна быть в среднем 0,3…3 мм. Шовную сварку так же, как и точечную, можно выполнять при односторон­нем и двустороннем расположении Рис. 94

электродов (роли­ков).

Существует два цикла шовной сварки: с непрерыв­ным и прерывным протеканием тока.

Первый цикл при­меняется для сварки коротких швов из малоуглероди­стых и низколегированных сталей толщиной до 1 мм, при сварке длинных швов ролики могут перегреться. Кроме того, при незначи­тельных изменениях чис­тоты поверхности метал­ла возникают прожоги или непровары. При непрерывном пропускании тока образуется большая зона термического влия­ния, что может привести к короблению деталей.

Второй цикл обеспечи­вает стабильность про­цесса и высокое качество Сварного соединения при малой зоне термического влияния; он применяется

для сварки длинных швов на заготовках из нержавею­щих сталей, алюминиевых и медных сплавов.

Шовная сварка применяется в массовом производст­ве при изготовлении различных сосудов. Короткие швы сваривают от одного конца к другому, а длинные – от середины к концам. Роликовая сварка осуществляется на переменном токе силой 2000…5000 А. Диаметр роли­ков равен 40…350 мм; усилие сжатия свариваемых де­талей роликами достигает 0,6 т; скорость сварки равна 0,5…3,5 м/мин.

Имеются разнообразные конструкции шовных ма­шин, различающихся расположением роликов. В маши­нах для продольной сварки ролики вращаются вдоль консолей машины, а в машинах для поперечной сварки ролики вращаются в плоскости, перпендикулярной оси консолей.

3.Изготовление изделий методом стыковой сварки сопротивлением выполняют на универсальных или специали­зированных стыковых машинах.

Стыковая машина имеет следующие основные узлы и элементы (рис.95): станину 2, неподвижную плиту 4_, подвижную плиту 8, которая перемещается по направляющим 10 приводом подачи 9, зажимные устройства и 7, трансформатор 1, токоподводы 3, губки 5 и аппаратуру управления П.

Рис.95 Конструктивная схема стыковой машины

Для изготовления изделий методом контактной точечной сварки применяют машину для точечной сварки МТП-200-7 (рис.96), которая должна обеспечивать сжатие деталей определенным уси­лием и подвод к ним сварочного тока.

Рис.11 Схема точечной машины МТП-200-7:

1 – корпус; 2 – сварочный трансформатор; 3 – привод сжатия; 4 – консоли; 5 – электрододержатели; 6 – электроды; 7 – детали; 8 – подкос; 9 – кронштейн (держатель); 10 – гибкие шины; 11 – вторичный виток трансфор­матора

Она имеет соответ­ственно привод сжатия 3 (рис.96) и источник тока 2. Конструктивные элементы машин: консоли 4, электрододержатели, электроды, корпус, кронштейны, подкосы. Они воспринимают зна­чительные усилия от привода сжатия и теплового рас­ширения металла в зоне сварки. Некоторые из них, вхо­дящие во вторичный контур машины, служат одновре­менно токоподводящими элементами.

Для изготовления изделий методом шовной (роликовой) сварки при крупносерийном производстве используют машину для шовной сваркиМШПР-300-1200 (рис.97).

Рис.97 Схема шовной машины МШПР-300-1200:

1 – корпус; 2 – сварочный трансформатор; 3 – привод сжатия; 4 – консоли; 5 – ролики; 6 – детали; 7 – кронштейн (держатель); 8 – гибкие шины; 9 – вторичный виток трансформатора; 10 – привод вращения ролика

Данная машина должна обеспечивать сжатие деталей определенным уси­лием и подвод к ним сварочного тока. Машины для шовной сварки обычно перемещают детали на шаг точек. Поэтому они имеют привод вращения роли­ков (рис.9).Конструктивные элементы машины – консоли 4, привод сжатия, ролики, корпус, кронштейны, гибкие шины. Они воспринимают зна­чительные усилия от привода сжатия и теплового рас­ширения металла в зоне сварки. Некоторые из них вхо­дящие во вторичный контур машины, служат одновре­менно токопроводящими элементами.

Источники тока. Кон­тактные машины работа­ют на переменном токе (от тысяч до ста тысяч ампер). Электрическая схема источников тока всех типов контактных машин состоит из трех элементов: трансформа­тора, прерывателя и пере­ключателя ступеней мощ­ности. Первичная обмотка трансформатора подклю­чается к сети напряжени­ем от 220 до 380 В; её изготовляют секционированной для изменения числа рабочих витков при переключении ступеней мощности. Вторичная обмотка трансформатора состоит из одного или двух витков (вторичное напряжение от 1 до 12 В).

Прерыватели тока. Для включения и выключения сварочного тока применяется несколько типов прерывателей: простые механические контакторы, электромагнитные (синхронные и асинхронные), электронные приборы (тиратронные и игнитронные).

Механические контакторы применяют главным образом на стыковых точечных машинах неавтоматического действия небольшой мощности. Электромагнитные кон­такторы применяют для cтыковой, точечной и шовной сварки на машинах малой и cpедней мощности. Элект­ронные прерыватели обеспечивают синхронное вклю­чение и выключение тока со строго определенной дли­тельностью импульсов тока и пауз и применяются для всех типов контактных машин автоматического дей­ствия.

Механизмы давления могут быть рычажно-педальными, моторно-кулачковыми, с пневматическими или гид­равлическими приводами давления. Механизм давления служит для сжатия заготовок.