постоянного тока с редуктором, на выходном валу которого установлен ведущий ролик.
Скорость подачи проволоки регулируется ступенчато путем смены ведущих роликов разного диаметра и плавно – изменением частоты вращения электродвигателя. Электродная проволока поджимается к ведущему ролику, подпружиненному поджимным роликом. Регулировка усилия поджатия проволоки для исключения проскальзывания осуществляется эксцентриком. Электродная проволока, сматываясь с катушки, проталкивается подающими роликами по специальному направляющему каналу к горелке 7 (рисунок
31.3).
Рисунок 31.3 - Устройство сварочной горелки с автоматической подачей проволоки
Направляющий канал 4 (рисунок 31.4), выполненный в виде спирали, закрепляется на токопроводящей трубке 6 с помощью мундштука 3, в который вворачивается токопровод 1. На мундштук устанавливается изолятор 5 для крепления сопла 2.
Защитный газ из баллона 3 (рисунок 31.2) через подогреватель 4 и редуктор с расходомером 5 подается в корпус подающего механизма и через электропневматический клапан по зазору между шлангом и направляющим каналом подается в горелку (рисунок 31.4), в которой через отверстия 8 в мундштуке 3 поступает в зону дуги.
1 – токопровод; 2 – сопло; 3 – мундштук; 4 – токопроводящая трубка; 5 – изолятор; 6 – направляющий канал; 7 – изоляция; 8 – отверстие для выхода газа; 9 – подвод газа
Рисунок 31.4 – Схема наконечника сварочной горелки
Электрическая схема полуавтомата при нажатии кнопки «пуск» на держателе обеспечивает предварительную продувку защитным газом с последующим включением сварочного тока и двигателя подающего механизма.
Процесс сварки продолжается при нажатой кнопке. При отпускании кнопки происходит резкое торможение двигателя, и сварочная дуга горит до естественного обрыва. Затем отключаются сварочное напряжение и подача газа.
Контроль режимов сварки осуществляется по амперметру и вольтметру 8, установленным на пульте управления 2 (рисунок 31.2).
31.4 Технология сварки углеродистых сталей
Детали из низкоуглеродистых сталей хорошо свариваются в СО2; в смесях СО2+О2; Ar+СО2 и Ar+О2+СО2. Сварка среднеуглеродистых и особенно высокоуглеродистых сталей затруднена ввиду опасности образования трещин в швах и в зоне термического влияния.
Для сварки углеродистых и низколегированных сталей марок 14ХГС, 10Г2С, 10ХСНД, 15ХСНД, 25ХГС и других применяют электродные проволоки марок СВ08ГС и СВ08Г2С или порошковые проволоки трубчатой конструкции с сердечниками рутилового типа или рутил-флюоритного типа марок ПП-АН-8, ПП-АН-10, ПП-АН-4 и др. Применение порошковых проволок обеспечивает значительное уменьшение разбрызгивания электродного металла и хорошее формирование сварного шва. По механическим свойствам металл шва отвечает требованиям, предъявляемым к электродам типа Э50А (таблица 31.3).
352
Таблица 31.3 - Механические свойства металла швов, выполненных в СО2 проволоками Ø 0,8-1,2 мм
|
Марка |
Предел прочности |
Предел |
Относитель- |
Ударная |
Сталь |
проволо- |
при растяжении, |
текучести |
ное сужение |
вязкость |
|
ки |
σв, МПа |
σт, МПа |
ψ, % |
ан, кДж/м² |
Ст3сп |
Св08ГС |
520-540 |
370-390 |
60-66 |
1,2-1,8 |
Ст3сп |
Св08Г2С |
540-580 |
410-430 |
60-66 |
1,2-1,7 |
Ст3сп |
ПП-АН-4 |
502-572 |
419-449 |
66-69,8 |
0,94-1,65 |
Для получения швов высокого класса необходима тщательная сборка (без больших зазоров и смещения кромок), точное направление электрода по шву и поддержание неизменным режима сварки. Требования к качеству сборки и подготовки под сварку должны соответствовать требованиям ГОСТ 14771-76. Сварку металла малой толщины (0,8-1,0 мм) рекомендуется выполнять в вертикальном положении сверху вниз. Металл толщиной более 1,2 мм сваривают на весу. При этом дугу рекомендуется для исключения прожогов направлять на ванну жидкого металла.
31.5 Порядок выполнения работы
31.5.1 Ознакомиться с методическими указаниями.
31.5.2 Ознакомиться с оборудованием поста для сварки в углекислом газе А-547У.
31.5.3 Подобрать режимы и провести сварку контрольного образца.
31.6 Содержание отчета
31.6.1Цель работы
31.6.2Описание схемы процесса сварки в среде углекислого газа.
31.6.3Режим сварки образца в виде таблицы.
Толщина |
Тип |
Сварочный |
Напряже- |
Расход газа, |
свариваемого |
соединения |
ток, А |
ние дуги, В |
л/мин |
материала, мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
31.7 Контрольные вопросы
31.7.1В чем сущность процесса сварки в среде углекислого газа?
31.7.2Основные параметры режима сварки?
31.7.3Состав оборудования сварочного поста.
31.7.4Требования к источнику питания для сварки в среде углекислого
газа.
31.7.5 Каким параметром измеряется разбрызгивание электродного материала при сварке электрической дугой?
32 Лабораторная работа № 32
Изучение технологии и оборудования контактной сварки
32.1 Цель работы
32.1.1 Изучить процессы и виды электрической контактной сварки. 32.1.2 Изучить технологию сварки и ознакомиться с машиной для элек-
трической контактной точечной сварки МТ-501.
32.2 Основные сведения
32.2.1 Сущность и основные виды контактной сварки
Контактной сваркой называется сварка с применением давления, при которой нагрев производится теплотой, выделяющейся при прохождении электрического тока через находящиеся в контакте соединяемые части. Контактная сварка предложена в 1882 году русским изобретателем, инженером Н.Н.Бенардесом.
Способы контактной сварки весьма разнообразны. Их можно классифицировать по ряду признаков:
1)по методу получения соединения, определяемого фазовым состоянием металла в зоне сварки (соединение в твердой или жидкой фазах);
2)конструкции соединений (нахлесточное или стыковое);
3)технологическому способу получения соединений (например, стыковая сварка сопротивлением, оплавлением, точечная, шовная);
4)виду атмосферы (сварка на воздухе или в защитной среде);
5)способу подвода тока и форме импульса тока (контактный и индукционный подвод, сварка переменным током различной частоты, постоянный ток или монополярный импульс);
6)количеству одновременно выполняемых соединений (одноточечная
имноготочечная сварка, одиночный и непрерывный рельеф и т.д.);
7)характеру перемещения деталей или электродов во время пропускания импульса тока (сварка неподвижных или подвижных деталей, например, непрерывная и шаговая шовная сварка) и т.д.
Схемы основных способов контактной сварки представлены на рисунке
32.1.
По характеру образования сварного соединения контактной сварки можно подразделить на две основные разновидности: плавлением и пластической деформацией.
При сварке плавлением соединение возникает в результате плавления и последующей кристаллизации контактирующих объемов металла с образованием общего литого ядра (сварной точки). При сварке пластической дефор-
а – сварка сопротивлением; б – шовно-стыковая; в – точечная сварка двусторонняя; г – шовная сварка
Рисунок 32.1 – Схемы основных методов контактной сварки
мацией сварное соединение образуется за счет рекристаллизации твердого металла, подвергнутого пластической деформации.
Необходимое и достаточное условие образования соединения при точечной и шовной сварке – образование зоны расплавленного металла или ядра заданных размеров, формирование соединений происходит по следующей схеме (рисунок 32.2).
Рисунок 32.2 – Этапы формирования соединения
Первый этап начинается с момента включения тока и характеризуется образованием электрического контакта, нагревом и расширением твердого металла, приводящим к увеличению зазоров и вытеснению под действием сварочного усилия металла в зазор и образованию уплотняющего ядра пояска.
356
Второй этап отличается дальнейшим увеличением площади контактов, возникновением и ростом расплавленного ядра до установленного (номинального) для данной толщины деталей диаметра dя.ном. На этом этапе происходит дробление и перераспределение поверхностных пленок в жидком металле, и продолжаются процессы пластической деформации и расширения металла.
Третий этап в большинстве случаев начинается с момента выключения тока и характерен охлаждением и кристаллизацией металла.
Точечная контактная сварка – это сварка, при которой соединение элементов происходит на участках, ограниченных площадью торцов электродов, подводящих ток и передающих усилие сжатия. Существуют следующие способы точечной сварки: одноточечная двусторонняя, двухточечная односторонняя, двухточечная двухсторонняя, многоточечная односторонняя, рельефная, рельефно-точечная.
При точечной сварке детали 2 и 4 располагают на нижнем инструменте
– электроде 1 (рисунок 32.3).
Рисунок 32.3 – Схема точечной контактной сварки
После опускания верхнего электрода 5 и сжатия деталей усилием Рсж по цепи пропускают один или несколько импульсов тока, нагревающих детали до плавления на небольших контактирующих участках 3, называемых точками. Затем верхний электрод поднимают и детали перемещают в новое положение.
Контактная сварка осуществляется без расплавления и с расплавлением металла. После расплавления металл кристаллизируется под давлением в зоне соединения. Для сварки однородных материалов типично образование таких же межатомных связей, как и в целом материале.
Количество выделяющейся теплоты Q, Дж, по закону Джоуля-Ленца может быть определено по формуле
где I – сила тока, А;
R*- сопротивление участка цепи в месте контакта деталей, Ом;
*) Rполн = R1 + R2 + R3 + R4 + R5 (согласно рисунку 32.3)
t – продолжительность действия тока, с.
Из формулы видно, что количество теплоты зависит от тока в сварочной цепи. Поэтому для быстрого нагрева свариваемых кромок применяют большие токи, достигающие нескольких десятков тысяч ампер. С повышением температуры металла в зоне контакта его сопротивление возрастает, следовательно, еще более возрастает количество выделяющейся теплоты и ускоряется процесс нагрева металла. Сварка выполняется за десятые, и даже сотые доли секунды.
В месте наибольшего контактного сопротивления (R3) происходит расплавление локального объема металла, который после отключения тока кристаллизуется с образованием литого ядра – сварочной точки (рисунок
32.4).
1 – литое кольцо; 2 – кольцевая зона
Рисунок 32.4 – Сварочная точка
Давление, приложенное к электродам, уплотняет металл в сварной точке и обеспечивает получение прочного сварного соединения. Вокруг литого ядра образуется кольцевая зона 2, в пределах которой произошла сварка в пластическом состоянии.
Режимы сварки можно условно разделить на так называемые «жесткие» и «мягкие». Жесткий режим характеризуется применением больших токов и малым временем процесса сварки. Такой режим применяется для сталей, чувствительных к нагреву и склонных к образованию закалочных структур, а также при сварке легкоплавких цветных металлов и сплавов.
Мягкий режим характеризуется большей продолжительностью процесса и постепенным нагревом свариваемого металла. Таким режимом пользуются при сварке низкоуглеродистых сталей, обладающих низкой чувствительностью к тепловому воздействию.
Параметры режима сварки задаются циклограммой.
Циклограмма представляет собой совмещенные во времени изменения сварочного тока и усилия сжатия (рисунок 32.5).
I – сила сварочного тока; tсв – длительность сварки;
Рсж- усилие сжатия электродов;
tп – паузы для низколегированных сталей при толщине до 2 мм равны
0,1-0,2с.
Рисунок 32.5 – Циклограмма точечной сварки с постоянным усилением и одним импульсом тока
Подготовка поверхности деталей для точечной сварки предусматривает обезжиривание, травление, промывку, нейтрализацию, сушку, либо зачистку наждачной бумагой. Грязь, жиры, ржавчина и различные покрытия на деталях нарушают стабильность нагрева и ухудшают формирование точки. Качество очистки проверяют путем измерения переходного сопротивления.
Детали перед сваркой правят, подгоняют и собирают в приспособлении или прихватывают. Прихваты производят точечной сваркой, а для толстых листов – иногда дуговой.
В качестве электродов применяют медь М1 – температура разупрочнения 250-270 °С, электропроводность 97 % и легированные сплавы меди, бронзы, например, БрХ – электропроводность снижается до 80-85 %, температура разупрочнения 400-420 °С.
Рекомендуемые размеры прямых электродов в зависимости от толщины свариваемых заготовок (0,5+0,5) мм и (1+1) мм – диаметры электродов 12 мм и 16 мм соответственно, диаметр контактной поверхности – 4 мм и 6 мм.
Основными параметрами режима точечной сварки являются: диаметр электрода (в месте контакта) d; усилие сжатия электродов Рсж; сварочный ток I; время сварки t.
Параметры режима сварки устанавливаются по технологическим картам или таблицам ориентировочных режимов (таблицы 32.1, 32.2).
359
Таблица 32.1 - Рекомендуемые размеры точечных сварных соединений, мм
|
|
|
Минимальный шаг |
Толщина тонкой |
Минимальная |
Диаметр литого |
при точечной сварке |
детали, мм |
нахлестка |
ядра точки |
низкоуглеродистых |
|
|
|
сталей |
0,3 |
6 |
2,5-3,5 |
8 |
0,5 |
8 |
3-4 |
10 |
0,8 |
10 |
3,5-4,5 |
13 |
1,0 |
12 |
4-5 |
14 |
1,2 |
13 |
5-6 |
15 |
Таблица 32.2 - Режимы точечной сварки углеродистых сталей на машинах переменного тока
|
Толщина детали, |
Сила тока, А |
Длительность |
Усилие сжатия, |
|
(примерная |
МПа |
|
мм |
тока, с |
|
ступень) |
|
|
|
|
|
|
Жесткие режимы |
|
|
|
|
0,5 |
6-6,5 (IV) |
0,08-0,1 |
1200-1800 |
|
0,8 |
6,5-7,0 (V) |
0,1-0,14 |
2000-2500 |
|
1,0 |
7,0-8,0 (VI) |
0,12-0,16 |
2500-3000 |
|
Мягкие режимы |
|
|
|
|
0,5 |
3,5 (I) |
0,2 |
500-1000 |
|
1,0 |
5 (III) |
0,4 |
1000-2000 |
После выполнения сварки пробных «точек» производят проверку качества сварного соединения: заданные размеры сварной точки и механические свойства (технологическая проба). При необходимости корректируются режимы сварки.
К дефектам точечной сварки относят недопустимые отклонения в размерах деталей, точек и расстояний между ними, наружные выплески и глубокие вмятины, подплавления и трещины, прожоги и вырывы точек, прилипания материала электрода, непровар, малый диаметр ядра, внутренние трещины и другие. Дефекты сварки выявляются внешним осмотром, анализом излома, микроанализом.
Контактная сварка широко применяется в автомобильной, авиационной, электронной и строительной промышленности, судостроении, металлургическом производстве, вагоностроении, котло- и турбостроении, производстве бытовых приборов и т.д.
