Контактная сварка.

К.А. Кочергин

Машиностроение, 1987 г.

Глава 6

КОНТАКТНЫЕ МАШИНЫ И ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

6. К Общие сведения о машинах для контактной сварки

Контактная машина состоит из следующих основных частей:

1) силовой электрической части, служащей для выработки и подвода к свариваемым деталям сварочного тока;

2) привода сжатия соединяемых деталей и зажимных устройств, обеспечивающих приложение сварочных усилий; в основном используются пневматические, гидравлические, пневмогидравлические и электромеханические приводы и устройства, а также пружинные (на машинах малой мощности);

3) аппаратуры управления, задающей требуемую последовательность работы машины по технологическому циклу, а также обеспечивающей взаимодействие всех систем машины;

4) системы принудительного, как правило, водяного охлаждения активных частей машины.

Контактные машины общего назначения, согласно ГОСТ 297—80* Е, классифицируют;

1) по конструктивному оформлению сварного соединения: точечные, шовные, рельефные и стыковые;

2) по конструктивному исполнению самой машины. Так, например, точечные и шовные машины по характеру движения электрода делятся на машины прессового типа, если подвижной электрод перемещается по прямой линии, и радиального типа, если движется по дуге окружности. машины могут быть стационарными и подвесными, причем последние бывают со встроенными или отдельными трансформаторами;

3) по типу источника сварочного тока: машины переменного тока, низкочастотные, постоянного тока и конденсаторные;

4) по характеру усилия сжатия: с постоянным и переменным усилием;

5) по нормируемым техническим требованиям контактные машины относят к одной из двух групп: группе А — при необходимости повышенной стабильности параметров и группе Б — при нормальной стабильности.

ГОСТ 297—80 регламентирует также обозначение контактных машин, которое позволяет извлечь полную информацию о типе и назначении машины. Обозначения могут состоять из одиннадцати символов (позиций). Первая позиция занята буквой М— машина, вторая — одной из четырех букв Т, Ш, Р или С, в зависимости от того, относится обозначение соответственно к точечной, шовной, рельефной или стыковой машине. В третьей позиции отображается тип источника сварочного тока: В — постоянного тока, К — конденсаторная, Н — низкочастотная. Отсутствие буквы указывает на машину переменного тока. Конструктивное исполнение отмечается буквами: Р — радиальная, П — подвесная. Если рассматривается стыковая машина, то указывается, для какого конкретного способа стыковой сварки она предназначена: С — сопротивлением, О — оплавлением. В четвертой позиции для машин точечных, рельефных и шовных указывается наибольший вторичный ток (в кА). Для стыковых машин отмечается максимальное усилие осадки (в кН).

В последующих позициях (5—11) соответственно отмечают номер модификации завода-изготовителя, климатическое исполнение по ГОСТ 15150—69*, группу (А или Б), напряжение и частоту питающей сети, а также при необходимости — экспортный вариант исполнения либо технические условия на машину, либо ГОСТ 297—80* Е.

Ряд требований стандарт предъявляет к качеству питающего напряжения, сжатого воздуха и охлаждающей воды. стандарт допускает отклонение сетевого питающего напряжения от —10 до +5 % номинального значения, а давление сжатого воздуха в сетях должно находиться в пределах от —15 до +5 % от номинального давления, за которое принято 0,63 МПа. Установлены также глубина фазового (плавного) регулирования сварочного тока для точечных, шовных и рельефных машин в пределах 100—50 % и пределы ступенчатого регулирования. В конденсаторных машинах регулирование сварочного тока легко осуществляется изменением напряжения заряда батареи конденсаторов, которое, в свою очередь, должно регулироваться в широких пределах — от 100 до 40 %.

ГОСТ 297—80 регламентирует также точность установки тока короткого замыкания, усилия на электродах, смещение электродов в горизонтальном и вертикальном направлениях и ряд других характеристик. Кроме того, он определяет правила приемки и методы испытаний контактных машин, а также транспортировки, хранения и упаковки.

Одним из основных силовых электрических элементов контактных машин является трансформатор. условия работы таких трансформаторов существенно отличаются от используемых в других промышленных установках. Во вторичной обмотке трансформаторов контактных машин в повторно-кратковременном режиме протекают значительные токи, измеряемые обычно десятками и сотнями килоампер. В то же время полное сопротивление цепи нагрузки мало и составляет десятки и сотни микроом. Поэтому вторичное напряжение холостого хода обычно не превышает 12— 16 В, что также согласуется с требованиями техники безопасности. В связи с этим вторичная обмотка трансформатора обычно имеет один виток, реже два.

Исходя из накопленного опыта проектирования и эксплуатации контактных машин ГОСТ 297—80 предъявляет ряд требований к их трансформаторам, основными из которых являются следующие.

4.6. Прочностные свойства точечно-сварных соединений

Электрическая контактная точечная сварка появилась как заменитель пайки и клепки при изготовлении мелких деталей главным образом бытового назначения. Однако уже в 1920-х годах благодаря необычайной высокой производительности точечная сварка стала широко применяться в массовом производстве крупногабаритных изделий. В первую очередь это оказалась автомобильная промышленность, а вслед за ней и другие отрасли, продукция которых ориентировалась на понятия прочности при различных сложно-напряженных состояниях. Только тогда, когда точечная сварка оказалась технологически единственно возможной, стали заниматься исследованием ее прочностных свойств.

Как и было отмечено выше, при исследовании одноточечных соединений пришлось примириться с концентрациями напряжений. Не лучше дело обстояло и в многоточечных конструкциях. Возвращаясь к рис. 4.17, необходимо обратить внимание на то, что в продольном (относительно действия силы) направлении крайние точки оказываются нагруженными больше, чем средние. В этом отношении соединения контактные многоточечные, многозаклепочные и дуговые с фланговыми швами качественно полностью идентичны. Различия только в степени концентрации напряжений. В частности, для трехточечного соединения две крайние точки перегружены относительно средней сравнительно немного — на 10—12 %. В четырехточечном эта перегрузка доходит до 50 %, в пятиточечном—средняя точка воспринимает иногда только пятую часть нагрузки крайних. Перегрузки такого рода стимулируют конструкторов создавать конструкции, подобные приведенным на рис. 4.17, г или д, в которых резкие концентрации нагрузок на отдельные точки устраняются.

Все сказанное о распределении нагрузок относится к статическим испытаниям. Разумеется, при ударных и вибрационных нагрузках все виды концентраций сохраняются и даже усиливаются. Имеются многочисленные опытные данные по показателям вибрационной прочности. Из них можно вывести приблизительно такие соотношения. Одноточечные соединения при вибрационных испытаниях на растяжение — срез дают только 8—10 % от прочности при статическом разрыве. Многоточечные соединения при многорядном расположении точек и на металле малых толщин (0,3—1 мм) практически обеспечивают прочность, равную целому металлу, если говорить о конкретных конструкциях, а не о лабораторных испытаниях на вибрацию. Этот факт отлично доказывается службой всех точечно-сварных соединений, самых разнообразных по расположению точек, в корпусах всех автомобилей. Любые аварийные разрушения корпусов, даже старых машин с большим пробегом, всегда происходят по целому металлу, а не по сварным точкам. Мало того, диски всех колес автомобилей «Москвич», «Жигули» и «Волга» соединены с ободом единичными точками в один ряд при числе по окружности не более 12. Эти сварные соединения, много лет работающие в условиях реальной ударной и вибрационной нагрузок, никогда не выводят колеса из строя в результате разрушения сварных точек. Точечная сварка глубоко внедрилась в вагоностроение, где толщина свариваемых стальных элементов 2 + 2 и 2 -f3 мм, а расположение точек не групповое, а последовательно единичное.

Таким образом, получая сравнительно невысокие прочностные показатели на лабораторных образцах, нельзя приходить в отчаяние, думая о применении точечно-сварных соединений в крупногабаритных конструкциях. Целая конструкция, в которой точечечно-сварные соединения являются единственными ее связующими, оказывается весьма выносливой в реальных условиях ее службы.

Тем не менее, для авиационных и ракетных конструкций, в которых аварийные запасы прочности отдельных узлов предусматривают повышенными и для которых важнее понятия не прочности, а надежности, для таких узлов создаются комбинированные клеесварные соединения. Технология и прочностные свойства такого рода соединений весьма полно представлены в книге В. Н. Шавырина и В. И. Рязанцева (20]. Весьма примечательна сравнительная картина прочности на срез, которую получили В. И. Рязанцев, В. А. Федосеев и Н. И. Абин для точечно-сварных и клеесварных соединений из дюралюминия Д16Т. При диаметре точки 3 мм клеесварные соединения прочнее почти в 3,5 раза, при d_T— 7,5 мм — в 2 раза. В таком же приблизительно соотношении растет и вибрационная прочность. Практически клеесварные соединения обеспечивают показатели прочности, равные целому металлу при испытании лабораторных образцов и отдельных узлов конструкций.

В подавляющем большинстве точечно-сварные конструкции создаются как нахлесточные. Прочностные показатели таких соединений представлены в табл. 7 приложения.