Техпроцессы в машиностроении_лек

двигателя и др.; в электропромышленности - деталей высоковольтной аппа-

ратуры, выводов бумаго-масляных конденсаторов, кислотных аккумуляторов

ианодов игнитронов, поршней пневматических цилиндров сварочных машин

идр.; в инструментальном производстве - при массовом изготовлении конце-

вого режущего инструмента (фрезы, сверла, метчики).

Рис. 6.36. Примеры сварки тре-

нием.

6.6. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕ-

СКИЕ ВИДЫ СВАРКИ

К электромеханическим видам сварки относятся все спо-

собы контактной сварки.

Контактная сварка

Контактная сварка – сварка с применением давления, при которой используется тепло, выделяющееся в контакте свариваемых частей при про-

хождении электрического тока. Для осуществления контактной сварки крат-

ковременно нагревают место соединения электрическим током с последую-

щей осадкой разогретых заготовок. В процессе осадки пластически деформи-

руются внешние слои заготовок, и формируется сварное соединение. Коли-

чество выделяемой теплоты определяется законом Джоуля – Ленца: Q=I2R∑t,

где: Q –количество теплоты, выделяемое при прохождении электрического тока по сварочной цепи, в Дж,; I- сварочный ток; R∑- полное омическое со-

противление сварочной цепи; t – время прохождения тока по сварочной цепи.

Полное сопротивление сварочной цепи складывается из: суммарного сопро-

тивления тел заготовок и электрической подводки (Rзаг + Rэл) и сопротивле-

ния сварочного стыка (Rс). Наличие выступов и впадин микронеровностей и различного вида пленок на поверхностях сварочного стыка определяет по-

524

вышенное электрическое сопротивление. При этом: (Rзаг + Rэл)<< Rс. Поэто-

му, при прохождении по сварочной цепи электрического тока максимальное количество теплоты выделяется в месте сварочного контакта заготовок. В ре-

зультате высокой плотности тока в зоне контакта металл разогревается до термопластического состояния или до оплавления. При непрерывном сдав-

ливании нагретых заготовок металл в зоне контакта пластически деформиру-

ется, разрушаются и удаляются к периферии стыка оксидные пленки, проис-

ходи сближение поверхностей до расстояний меньших межатомных – обра-

зуется сварное соединение.

Различают контактную сварку: стыковую (СКС), точечную (ТКС),

рельефную (РКС) и шовную (ШКС).

Стыковая контактная сварка – контактная сварка, при которой со-

единение свариваемых частей происходит по поверхностям стыкуемых тор-

цов. Схема установки для СКС показана на рис. 6.37, а. На станине 2 уста-

новлены две плиты: неподвижная 3 и подвижная 6, перемещаемая по направ-

ляющим 7. Заготовки 4 устанавливаются в зажимах 5. Сварочный ток пода-

ется от трансформатора 1. При перемещении плиты 7, заготовки сжимаются проковочным усилием Р.

Совместное графическое изображение тока и давления, называют цик-

лограммой сварки (рис. 6.37, б). Процесс сварки идет в три этапа: предвари-

тельный прижим заготовок (А); разогрев торцов (Б); проковка - прижим заго-

товок и выдержка (В).

Рис. 6.37. Схема (а) и цикло-

грамма работы (б) сварочной машины:

1 – сварочный трансформатор;

2- станина; 3, 6 – неподвижная и подвижная плиты; 4 – заготовки; 5 – зажи-

мы; 7 – направляющие; P – сила сжатия; I – ток; t – время; А, Б, В – зоны циклограммы.

525

ка, заготовки сближают. Вначале соприкосновение заготовок происходит по небольшим площадкам, через которые протекает ток высокой плотности.

Между торцами заготовок появляются перемычки из жидкого металла. Од-

новременно возрастает сварочный ток и развивается температура до 8 000оС.

Под воздействием высокой температуры перемычки испаряются. Под дейст-

вием магнитного поля, часть металла в виде искр (капель) и паров выбрасы-

вается из стыка. Вместе с металлом из стыка выбрасываются и загрязнения

(оксидные пленки), которые находились на торцах. По мере сближения заго-

товок число контактов (оплавляемых выступов) увеличивается. После равно-

мерного оплавления всей поверхности свариваемого стыка, отключают сва-

рочный ток и осаживают заготовки. При этом жидкий металл и часть пласти-

чески деформированного металла из стыка, выдавливается наружу, образуя грат (рис. 6.39).

Рис. 6.39. Форма шва при стыковой контактной сварке оплавлением.

При прерывистом оплавлении, заготовки под током приводят в кратко-

временное соприкосновение и вновь разводят на небольшое расстояние. При смыкании заготовок происходит прерывистое оплавление торцов, заготовки укорачиваются на заданную величину и одновременно равномерно разогре-

ваются по сечению. Число смыканий может быть от двух до нескольких де-

сятков, в зависимости от размеров сечения заготовок. После равномерного оплавления всей поверхности свариваемого стыка, отключают сварочный ток и осаживают заготовки. В процессе сварки оплавлением выравниваются не-

ровности стыка, удаляются из стыка все оксиды и загрязнения. Поэтому не требуется особой предварительной подготовки торцов. Сварка позволяет со-

единять заготовки из разнородных металлов (быстрорежущая и углеродистая стали; медь и алюминий …) сечением сложной формы.

527

Контактная стыковая сварка широко применяется: для получения из проката длинных изделий или заготовок, поступающих в дальнейшую пере-

работку (сварка трубчатых змеевиков поверхностей нагрева котлов; сварка на трассе стыков труб газопроводов; сварка концов рулонов стальной ленты для пропуска через линии непрерывного волочения; сварка железнодорож-

ных рельсов в длинные плети, улучшающие условия прохождения по ним подвижного состава); для изготовления деталей замкнутой формы (звеньев цепей; ободов автомобильных колес; колец жесткости для реактивных двига-

телей; зубчатых венцов; оконных переплетов из легких сплавов); для эконо-

мического образования сложных деталей из простых катаных, кованых,

штампованных или механически обработанных заготовок, часто прошедших перед сваркой окончательную термическую обработку (кожух карданного вала автомобиля, можно сваривать из трубы и двух поковок; тягу самолета,

сваривают из трубы и двух штампованных проушин); для экономии легиро-

ванных сталей (рабочая часть сверла из быстрорежущей стали сваривается с хвостовиком из низкоуглеродистой стали; заготовку клапана двигателя внут-

реннего сгорания, получают сваркой стержня из жаропрочной стали, обра-

зующего после высадки головку клапана, и хвостовика из конструкционной стали); для уменьшения отходов (сварка прутков арматуры железобетона в бесконечную плеть с отрезкой от нее стержней заданной длины; сварка ко-

ротких угольников, швеллеров).

Точечная контактная сварка (ТКС) – контактная сварка, при которой сварное соединение получается между торцами электродов, передающих усилие сжатия.

Перед началом сварки контактные поверхности зачищают и обезжиривают. Заготовки 1 устанавливают между нижним и верхним электродами 2 сварочной машины (рис. 6.40, а). Далее заготовки сжимают и подают ток. Прогрев осуществляют до появления жидкой точки 3 между контактными поверхностями. После этого производят проковку. Для соеди-

528

женной уже имеющейся сварной точке) и беспрепятственной пластической деформации. Минимальное расстояние между сварными точками должно быть более 10 суммарных толщин свариваемых листов. С увеличением тол-

щины деталей увеличивается минимальный допустимый шаг точек и их наи-

меньшее расстояние до элементов, затрудняющих деформацию деталей.

ТКС широко применяется в штампосварных конструкциях (рис. 6.41),

Рис. 6.41. Примеры точечной контактной сварки.

в которых две или более деталей, штампованные из листа, свариваются в же-

сткий узел (кузов легкового автомобиля, кабина грузовика). Точками часто свариваются каркасные конструкции (боковина и крыша пассажирского ва-

гона, бункер комбайна, узлы самолёта). Широко распространена ТКС пере-

секающихся стержней диаметром 25 мм и выше при изготовлении арматуры железобетона в виде сеток и каркасов. ТКС дает лучшие результаты при из-

готовлении узлов из относительно тонкого металла (в стальных конструкци-

ях большого размера суммарная толщина свариваемых листов лежит в пре-

делах 2…4 мм; в небольших узлах, легко подаваемых к мощным стационар-

ным машинам – 5…6 мм). Специальные машины позволяют сваривать заго-

товки толщиной до 6…7 мм. Важная область ТКС – соединение очень тонких деталей в электровакуумной технике, приборостроении. При сварке в массо-

вом производстве с большим количеством точек (арматурных сеток, кузова автомобилей) успешно применяется многоточечные машины. Общая мощ-

ность таковых машин превышает 1000 КВА.

Шовная контактная сварка (ШКС) – контактная сварка, при которой соединение свариваемых частей происходит между вращающимися диско-

выми электродами, передающими усилие сжатия. ШКС предназначена для соединения листовых материалов непрерывным швом. Для этого, заготовки размещают между вращающимися роликами – электродами (рис. 6.42, а).

530

проковку. Форма, размеры и число выступов рельефа выбираются в зависи-

мости от формы и толщины свариваемых заготовок, а также в зависимости от назначения готового изделия. В качестве рельефа можно использовать и ес-

тественные грани или ребра заготовок, образовавшиеся при штамповке, про-

катке или механической обработке. Точность выполнения рельефа должна обеспечивать равномерное распределение сварочного тока и усилия сжатия.

Режим сварки доложен обеспечивать оптимальную скорость нагрева релье-

фов по всем сварным точкам.

6.7. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ СТАЛЕЙ И ЧУ-

ГУНОВ

Низкоуглеродистые и большинство низколегированных конструкцион-

ных сталей обладают хорошей свариваемостью. Основная трудность при их сварке заключается в закалке з.т.в. и в возможности образования холодных трещин. Склонность к образованию холодных трещин повышается при на-

сыщении металла шва водородом, который понижает пластичность металла.

Источником водорода служит влага, содержащаяся в электродных покрыти-

ях, флюсах, защитных газах. Для предотвращения появления холодных тре-

щин рекомендуется: При дуговой сварке; замедлять охлаждение сварного шва (предварительный и сопутствующий сварке подогрев заготовок до

100…300оС); не проводить сварку в помещениях со сквозняком; прокаливать электроды и флюсы (600…700оС); Применять для сварки электроды с покры-

тием основного типа. Заменять однослойную сварку многослойной. При этом сварку ведут валиками небольшого сечения по неостывшим (ниже 100…300°

С) нижним слоям металла. Вести сварку на постоянном токе обратной по-

лярности. непосредственно после сварки производить отпуск изделий до температуры 300°С и выше. При электрических способах сварки работать на мягких режимах (длительный нагрев заготовок и быстрое удаление сваренно-

го изделия из зоны сварки). Контактную и стыковую сварку производить ме-

тодом прерывистого оплавления, что обеспечивает подогрев деталей перед сваркой.

532