Стыковая сварка

Стыковая сварка – способ контактной сварки, когда заготовки соединяются встык по всей площади касания (рис. 2). Этим способом сваривают детали типа стержней, полосы, труб, рельсов и т.п.

Рис. 2. Схема стыковой сварки

Свариваемые заготовки 1 закрепляют в медных зажимах 2 и 6 машины. Зажим 6 установлен на подвижной плите, а зажим 2 – на неподвижной. Вторичный виток 3 трансформатора соединен с плитами медными гибкими шинами. Первичную обмотку трансформатора включают в сеть через выключающее устройство 5. Регулировка величины силы сварочного тока осуществляется с помощью переключателя ступеней 4.

В данной работе стыковая сварка выполняется на машине СМ-301 У4 методом сопротивления, устройство которой показано на рис. 3. На верхней плите корпуса 8 машины закреплен неподвижный зажим 3. подвижный зажим 4 установлен на качающем рычаге 2, эксцентриковая ось которого закреплена в отверстиях на передней и задней стенках корпуса 8. Зажимы свариваемых деталей – ручные с радиальным ходом подвижных губок. Внутри корпуса установлены сварочный трансформатор 5 с переключателем ступеней, блок управления 9 с электромагнитным контактором и система водяного охлаждения. Регулировку расстояния между подвижным и неподвижным зажимами выполняют винтом 1, который передаёт усилие осадки, создаваемое пружиной 7. Усилие осадки создаются поворотом до упора рычага 6.

Машина СМ-301 У4 имеет следующие технические характеристики:

Максимальная мощность трансформатора, кВА…………..16,8

Напряжение на первичной обмотке, В………………………380

Номинальное сечение свариваемых деталей, мм²:

Из стали…………………………………………………50

Из меди………………………………………………….20

Из алюминия…………………………………………….40

Номинальное усилие зажатия, Н (кгс)………………2950 (300)

Номинальный сварочный ток, А……………………………3200

Технология и режимы. По степени нагрева торцов заготовок различают два способа стыковой сварки: сопротивлением и оплавлением. Выбор способа сварки зависит от материала, формы и размеров поперечного сечения заготовок.

Сварка сопротивлением применяется для соединения заготовок с простой формой поперечного сечения (круг, квадрат, прямоугольник и т.п.) и малой его площадью (до 300мм.кв.). Торцы заготовок должны быть строго перпендикулярны к осям и тщательно обработаны и очищены. Сечения заготовок должны быть одинаковые по форме и размерам, их материал – однородным. Этим способом сваривают низкоуглеродистые стали и цветные сплавы.

Рис. 3. Устройство сварочной машины СМ-301

Рис. 4. Цикл стыковой сварки сопротивлением

Полный цикл сварки сопротивлением (рис. 4) состоит из 3-х этапов:

1) сдавливания заготовок с наибольшим усилием Р – для пластической деформацией выступающих микронеровностей в месте их контакта; 2) включения тока и нагрева металла до температуры близкой к температуры плавления, при этом не снимая усилий сжатия; 3) выключения тока и окончательной осадки при возрастании усилия. При этом из зоны сварки частично выдавливаются поверхностные пленки, формируется физический контакт и образуется соединение.

В режиме сварки сопротивлением входят следующие параметры: сила сварочного тока I_св.; усилие осадки Р; установочная длина l и вылет заготовок из зажимов l₁ и l₂ (рис. 5); время нагрева t_св; припуск на осадку δ_ос.

Силу тока I_св определяется как произведение плотности тока i (А/мм²) на площадь контакта заготовок F, мм²:

.

Усилие осадки Р (МПа) рассчитывается как произведения удельного давления р на площадь контакта F (мм²)

.

Установочная длина l (мм) равна сумме вылетов заготовок из зажимов.

.

При заниженной установочной длине заготовок они прогреваются недостаточно, так как тепло интенсивно отводится в зажимы; завышение ее сопровождается перегревом заготовок и увеличением длины осаженного участка. Если материал заготовок однороден, то l₁ = l₂. При разнородных материалах вылеты заготовок зависят от теплопроводности каждого материала. Например, вылет заготовки из углеродистой стали должен 1,5−2 раза превышать вылет заготовки из быстрорежущей стали вследствие более низкой теплопроводности последней. Время нагрева t_св – время прохождения тока через заготовку, зависит от площади контакта и рода свариваемого материала. Припуск на осадку δ_ос. распределяется на предварительную (без тока) и окончательную (под током) осадку.

	а	б
Рис. 5. Схема установки заготовок	Рис. 6. Схема стыковой сварки оплавлением

Сварку оплавлением применяют при соединении деталей сложной формы, большого сечения. Различают два способа сварки: прерывистым и непрерывистым оплавлением.

При прерывистом оплавлении (рис. 6, а) вначале на заготовки подают напряжение от сварочного трансформатора, а затем их приводят в кратковременное сопротивление и опять разводят на небольшое расстояние. При разведении заготовок, вследствие большой силы тока между их торцами происходит сильное искрообразование и расплавление. Повторяя этот процесс несколько раз, осуществляют равномерное оплавление всего сечения стыка (слоем δ_ж). Затем выключают ток и к месту сварки прикладывают усилия осадки Р. Торцы смыкаются, из зоны сварки выдавливается расплавленный металл и оксиды, образуя утолщение – грат (рис. 6, б), происходит прочное соединение. Этот способ отличается меньшим расходом энергии на сварку.

При непрерывном оплавлении между заготовками, установленными в зажимах, оставляют зазор и равномерно сближают их под напряжением. Соприкосновение поверхностей сначала происходит в отдельных местах, где имеются микровыступы. Вследствие большой плотности тока в поверхностях контакта металл нагревается и расплавляется. После расплавления всей поверхности контакта к изделиям прикладывают усилия осадки с одновременным выключением тока. На месте стыка образуется грат и заготовки соединяются в одно целое. Стыковую сварку оплавлением применяют для углеродистых и легированных сталей с поперечным сечением до 6∙10⁴ мм², цветных и разнородных металлов (сталь–латуни, медь–алюминия и т.д.). Применяют для соединения рельсов, составного режущего инструмента, газо - и нефтепроводов и пр.