Технология сварки давлением

Раздел ГРНТИ: Сварка
А. А. Чуларис, Д. В. Рогозин
Феникс, 2006 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.
Технология сварки давлением

 

1.1. ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ
 
Контактная сварка— это процесс образования неразъем­ных соединений конструкцио1шых металлов в результате их крат­ковременного нагрева электрическим током и пластического де­формирования усилием сжатия.
Соединение свариваемых деталей при контактной сварке (как и при других способах сварки) происходит путем образования связей между атомными агрегатами в зоне контакта этих дета­лей. При этом для образования физического контакта и актива­ции соединяемых поверхностей затрачивается тепловая и меха­ническая энергия, подводимая извне.
Образование сварных соединений происходит в условиях бы­стро меняющихся электрических И температурных полей при вы­соких скоростях нагрева и пластических деформацях.
По технологическому приему получения соединений разли­чают точечную, рельефную, шовную и стыковую сварку.
 
Точечная сварка—способ контактной сварки, при котором детали свариваются по отдельным ограниченным участкам ка­сания (по ряду точек). При точечной сварке (рис. 1.1, а) детали 1 собирают внахлестку, сжимают усилием Fэлектродами 2, к ко­торым подключен источник 3 электрической энергии (например, сварочный трансформатор). Детали нагреваются при кратков­ременном прохождении сварочного тока до образования зоны 4 взаимного расплавления деталей, называемой ядром. Нагрев зоны сварки сопровождается пластической деформацией метал­ла в зоне контакта деталей (вокруг ядра), где образуется уплот­няющий поясок 5, надежно предохраняющий жидкий металл от выплеска и от окружающего воздуха. Поэтому специальной за­щиты зоны сварки не требуется. После выключения тока рас­плавленный металл ядра быстро кристаллизуется, и образуются металлические связи между соединяемыми деталями.
Образование соединения при точечной сварке происходит с расплавлением металла.
По способу подвода тока к свариваемым деталям различают двусторонний и односторонний способы сварки. В первом слу­чае электроды 2 (рис. 1.1, а) подводят к каждой из деталей 1, а во втором — к одной из деталей, например, верхней, (рис. 1.1, б). Для повышения плотности тока в точках касания деталей ниж­нюю деталь прижимают к медной подкладке 6, которая одно­временно выполняет роль опоры.
За цикл сварки получают одну точку (одноточечная сварка), а также одновременно две и более точки (многоточечная свар­ка). Иногда при точечной сварке применяют комбинированные соединения (клеесварные и сварно-паяныё). Клей и припой вво­дят внахлестку между деталями для повышения прочности и кор­розийной стойкости соединений.
 
Рельефная сварка—одна из разновидностей точечной свар­ки. При этом на поверхности одной из деталей предварительно формируют выступ — рельеф 7 (рис. 1.1 ,в), который ограничи­вает начальную площадь контакта деталей, в результате чего при сварке в этой зоне повышаются плотность тока и скорость тепловыделения. При нагреве рельеф постепенно деформирует­ся; на определенной стадии процесса сварки формируется ядро, как при обычной точечной сварке. Часто на поверхности дета­ли выполняют несколько рельефов или один протяженный выс­туп замкнутой формы, например, в виде кольца или острой гра­ни. После прохождения сварочного тока получают одновремен­но несколько точек или непрерывный плотный шов (контурная рельефная сварка).
 
Шовная сварка— способ получения герметичного соедине­ния (шва) путем образования ряда перекрывающихся точек. Подвод тока и перемещение деталей осуществляют с помощью вращающихся дисковых электродов — роликов 8 (рис. 1.1 ,г). Как и при точечной сварке, детали собирают внахлестку и на­гревают кратковременными импульсами сварочного тока. Пе­рекрытие точек достигается соответствующим выбором паузы между импульсами тока и скорости вращения роликов.
В зависимости оттого, вращаются ролики непрерывно при сварке шва или останавливаются на время прохождения сва­рочного тока, различают непрерывную и шаговую сварку.
Шаговая сварка отличается относительно небольшой произ­водительностью, однако при этой сварке уменьшается скорость износа рабочей поверхности роликов и вероятность образования дефектов шва (трещин, раковин) по сравнению с непрерывной сваркой, когда происхождение сварочного тока и кристаллиза­ция литого ядра осуществляется при вращающихся роликах.
Известны некоторые разновидности шовной сварки — одно­сторонняя, многошовная (одновременная сварка нескольких швов на одной машине), шовно-стыковая сварка и др.
 
Стыковая сварка—способ контактной сварки, когда дета­ли соединяются по всей площади касания (по всему сечению). Детали 1 (рис. 1.1, д) закрепляют в токоподводящих зажимах 9, 10, один из которых, например зажим 10, подвижный и соединен с приводом усилия сжатия машины.
По степени нагрева металла торцов деталей различают сты­ковую сварку сопротивлением и оплавлением.
При стыковой сварке сопротивлением детали 1 предвари­тельно сжимают усилием Fviвключают в сеть сварочный транс­форматор 3. По деталям протекает сварочный ток/^, и происхо­дит постепенный нагрев стыка деталей до температуры, близ­кой к температуре плавления. Затем сварочный ток выключают и резко увеличивают усилие осадки деталей, которые деформи­руются в стыке. При этом из зоны сварки частично выдавлива­ются поверхностные плёнки, формируется физический контакт, и образуется соединение.
При стыковой сварке оплавлением вначале на детали пода­ют напряжение от сварочного трансформатора, а затем их сбли­жают. При соприкосновении деталей в отдельных контактах вследствие большой плотности тока металл контактов быстро нагревается и взрывообразно разрушается. Нагрев торцов де­талей происходит за счёт непрерывного образования и разруше­ния жидких контактов—перемычек, т.е. оплавления торцов. К концу процесса на торцах образуется сплошной слой жидкого металла. В этот момент резко увеличивают скорость сближения и усилие осадки деталей; торцы смыкаются, большая часть жид­кого металла вместе с поверхностными плёнками и частью твер­дого металла, находящегося в вязкотекучем состоянии, выдав­ливается из зоны сварки, образуя утолщение—грат 11 (рис. 1.1, д, показан штриховой линией). Сварочный ток выключается автоматически во время осадки деталей. Для более равномер­ного нагрева деталей по сечению и получения однородных свойств соединений в ряде случаев до начала оплавления торец подогревают током способом сварки сопротивлением.
Стыковую сварку, как сопротивлением, так и оплавлением, относят по состоянию металла в зоне сварки к сварке в твердом состоянии, хотя в отдельных случаях, особенно при стыковой сварке оплавлением деталей больших сечений, стыковое соеди­нение формируется в твердо-жидкой фазе.
Нагрев деталей при контактной сварке проводят импульса­ми переменного тока промышленной частоты 50 Гц, повышен­ной (1000 Гц) и пониженной частоты (3-5 Гц), а также импульса­ми постоянного или униполярного тока. Величина, число и фор­ма импульсов сварочного тока существенно влияют на характер нагрева.
В настоящее время контактная сварка— один из ведущих способов получения неразъемных соединений деталей в различ­ных отраслях техники. Широкое применение различных спосо­бов контактной сварки обусловлено следующими ее основными достоинствами:
1. Широкой возможностью автоматизации сборочно-сварочных работ. Среди механизированных и автоматизированных спо­собов сварки контактная сварка занимает первое место.
2. Высоким и стабильным качеством сварки, не зависящим от квалификации оператора-сварщика.
3. Отсутствием потребности в специальных технологичес­ких материалах (присадочная проволока, флюс, защитные газы и т. д.).
4. Широким классом свариваемых материалов. Контактной сваркой можно успешно соединять практически все известные конструкционные материалы—низкоуглеродистые и легиро­ванные стали, жаропрочные и коррозионно-стойкие сплавы, сплавы на основе алюминия, магния, титана и др.
5. Относительно высокой культурой производства и благо­приятными условиями труда.
Область применения контактной сварки чрезвычайно широка —от крупногабаритных строительных конструкций, космичес­ких аппаратов до миниатюрных полупроводниковых устройств и плёночных микросхем. Широкое применение контактная свар­ка нашла в авиа-, судо- и автостроении, вагоностроении, сель­хозмашиностроении, сварке трубопроводов и рельсов и др. По имеющимся данным, в настоящее время около 30% всех сварных соединений выполняют различными способами контактной свар­ки. Максимальный объем (около 80%) приходится на точечную сварку, 10% — на стыковую, 7% — на шовную и около 3%—на рельефную.