Технология сварки давлением

А. А. Чуларис, Д. В. Рогозин

Феникс, 2006 г.

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.