Контактне зварювання - Вчись Як На Парах!
Мета роботи:Вивчення схеми зварювальних процесів, знайомство з обладнанням.
Температура плавлення металу – 1539°С, чавуну – 1200°С, міді – 1085°С, алюмінію – 660°С.
За всіх видів контактного зварювання метал нагрівається за рахунок виділення тепла при проходженні електричного струму по деталях. Кількість тепла, що виділяється за законом Джоуля-Ленца Q = I2Rt [А2Ом сек = Дж]. При контактному зварюванні застосовуються короткочасні (частки секунди) імпульси зварювального струму великої сили (до 100000А) при напрузі 0.3-16В. Такий режим є найбільш ефективним (див. формулу) і дає економію електроенергії, знижує можливість окислення.
Переваги контактного зварювання
- економія металу та електроенергії;
- механізація та автоматизація процесу;
Ці переваги особливо виявляються за масового виробництва.
- Необхідність доставки деталей до зварювальних машин, а не навпаки;
- Великі необхідні потужності машин, їх вузька спеціалізація.
1.1 Стикове зварювання опором
Мал. 1 Стикова машина
Заготівлі стискають у стиковій машині, включають струм. У зоні зварювання метал нагрівається до пластичного стану та відбувається осадка. Потім спочатку вимикають струм, а потім знімають зусилля. Цей спосіб вимагає механічної обробки та ретельного зачищення поверхні торців.
J – густина зварювального струму (до 300А/мм2).
P - величина тиску (зусилля опади), 10-30МПа.
L – настановна довжина – величина виступаючих із затискачів кінців деталей на початку зварювання (L»10см). При заниженій установчій довжині деталі нагріваються недостатньо, тому що зменшується електричний опір і тепло поглинається в затискачах. Завищення її супроводжується перегріваннямдеталей, збільшенням довжини ділянки, що деформується, втратою стійкості торців.
А - припуск на осадку до 3мм (укорочення заготовок). При недостатньому осаді у шві залишаються оксиди та раковини, при підвищеній відбувається викривлення волокон та їх перегрів.
D – діаметр елемента.
T - час дії струму (0.3-1.5сек).
R – опір зони зварювання, Ом.
Залежність між параметрами
При d®a та L. При t, R, теплопровідністьj.
Стикове зварювання опором застосовується для з'єднання елементів площею до 300мм2 або труб діаметром до 40мм.
1.2 Стикове зварювання безперервним оплавленням
При цьому зварюванні спочатку включається струм, елементи зводяться до зіткнення (але без короткого замикання) і завдяки високій щільності струму відбувається оплавлення стиків до пластичного стану і в цей момент здійснюється стиснення (осаду). З торців елементів видавлюється рідкий метал з окислами та забрудненнями і тому не потрібна ретельна підготовка кромок.
J – густина зварювального струму (до 3-150А/мм2).
P - величина тиску (зусилля опади), 60-220МПа.
L – настановна довжина. L=1.5d при зварюванні низьковуглецевих сталей і L=(2…2.4)d при зварюванні низьколегованих сталей. L=10-70мм.
А - припуск до 25мм (укорочення заготовок). a=aопл.+aос., де aопл. - Припуск на оплавлення, aос. - Припуск на осадку.
D – діаметр елемента.
T - час дії струму (0.3-1.5сек).
Vопл. - Швидкість оплавлення, 0.5-2.5мм/с.
Vос. - Швидкість оплавлення, близько 20мм/с.
Залежно між параметрами див. зварювання під шаром флюсу.
Стикове зварювання безперервним оплавленням застосовується для з'єднання елементів площею до 6000мм2.
1.3 Стикове зварюванняоплавленням з підігрівом
Цим зварюванням здійснюється з'єднання елементів, що включені в електричний ланцюг. Перед початком процесу опади заготовки підігрівають періодичним змиканням та розмиканням. Витримка при замиканні 0.5-3с при розмиканні 2-6с. Кількість замикань залежить від діаметра заготовки і дорівнює 1-20 разів. Після достатнього оплавлення торці стискаються (осаджуються).
При цьому вигляді зварювання виходять пластичніші стики (від підігріву немає гарту), зменшується щільність струму, зусилля опади і припуск.
J – густина зварювального струму (до 3-15А/мм2).
P - величина тиску (зусилля опади), 40-140МПа.
L – настановна довжина.
А - припуск до 30мм (укорочення заготовок).
D – діаметр елемента.
T – час дії струму.
Vопл. - Швидкість оплавлення.
Vос. - Швидкість оплавлення.
Залежно між параметрами див. зварювання під шаром флюсу.
Стикове зварювання оплавленням з підігрівом застосовується для з'єднання елементів площею до 10000мм2 (d?11см).
1.4 Стикове зварювання імпульсним оплавленням
При цьому виді зварювання однієї з деталей, що зварюються, повідомляють коливальні рухи з заданими амплітудою і частотою.
Стикове зварювання імпульсним оплавленням застосовується для з'єднання елементів площею до 100000мм2 (діаметр d£36см).
2. Точкове зварювання
Заготівлі з'єднують у окремих місцях (точках). Розмір та структура точки залежать від сили зварювального струму I, часу його протікання t, зусилля стиснення P, форми та розмірів електродів, стану поверхонь заготовок. Послідовність операцій:
- Стиснення елементів між електродами з холоднокатанної електротехнічної міді (або її сплавів);
- Увімкнення та вимкнення струму (зварювання) -відбувається нагрівання ділянок контакту між заготовками (великий опір), утворюється лите ядро (крапка);
- Витримування під тиском для кристалізації точки, зменшення усадкової раковини в ядрі;
- Підйом рухомого електрода (пауза).
Точковим зварюванням зварюються листові заготовки внахлест, стрижні, що перетинаються, листові заготовки зі стрижнями або прокатними профілями. Можна зварювати різнорідні метали та сплави, у т. ч. і кольорові. Товщина заготовок до 30 мм.
3. Шовне зварювання
При цьому виді зварювання заготовки встановлюються між роликами-електродами, що обертаються (діаметр 40-400мм) на які діє зусилля стиснення. Буває безперервне та уривчасте шовне зварювання. При переривчастому зварюванні струм подається не безперервно, а імпульсами. При переривчастому зварюванні зменшується перегрів роликів, підвищується якість зварювання, але потрібна наявність генератора імпульсів струму. Застосовується також одностороннє зварювання, якщо неможливо підвести ролики до виробу з двох сторін.
Рис.3 Цикли шовного зварювання
I - сила струму, 2000-7000А.
P – зусилля стиску електродів.
Vсв. - Швидкість зварювання, 0.5-3.5м / хв. Залежно - див. Вище.
Зварювання застосовується для з'єднання сталевих елементів товщиною 3мм та алюмінієвих елементів товщиною 5мм.
При шовному та точковому зварюваннях точки зварюються від середини до кінців і поспіль.
Устаткування для контактного стикового зварювання
Тип стикової машини вибирають в залежності від величини і форми перерізу деталей, що зварюються, їх матеріалу. На машинах з ручним важелевим приводом подачі проводиться зварюванняОпором, безперервним та з підігрівом оплавленням. Однак важільний привід не дозволяє отримати високі швидкості опади (понад 20мм/сек). На машинах зсилою струму до 5000А, що мають пружинний привід подачі та ексцентрикові затискні пристрої виробляють зварюванняОпором. Машини з механізованим приводом подачі рухомої плити (електромеханічним кулачковим, гідравлічним, пневматичним) призначені для зварюваньБезперервним оплавленням та оплавленням з підігрівом. Продуктивність машини К-355, призначеної для зварювання рейок Р-75 при силі струму 20кА та напрузі 6.3В – до 300 зварок/година.
Мал. 4 Стикова машина
Устаткування для контактної точкової та шовної зварок
Машини можуть бути пересувні (підвісні) чи стаціонарні. Контактор (тиристорний або ігнітронний) – служить для включення та вимикання струму первинних обмоток трансформаторів машин. Перемикач сходів змінює кількість витків на вторинній обмотці трансформатора, тим самим, регулюючи силу струму та потужність, що споживається. Устаткування для шовного зварювання таке ж, але електроди – роликові та обертаються.
Мал. 5 Машина для точкового зварювання
Стійкість електродів (від якої залежить продуктивність та якість з'єднань) визначається матеріалом та конструкцією електрода, умовами охолодження, режимами зварювання, чистотою поверхні виробу. Матеріал електродів – сплав міді зі сріблом (0.07-0.12%), міді із хромом (0.4-1%). Види робочої поверхні електрода. Мал. 6