Ft ft. ft

'"°» 'ml tea. '«2'ЯИ1

В г

Рис. 24.2. Циклограммы точечной сварки:

а — простейший цикл; б — с проковкой; в — трехимпульсный цикл; г — с уве­личением давления в начальный период или уменьшением давления в момент протекания тока, /_с,_д — действующее значение тока, /_ПЩ1 — ток импульсного подогрева; /_ят, — ток дополнительного импульса, /„ — длительность нарастания импульса; *„<» — длительность импульса подогрева, t_m — длительность спада импульса; t„i и t_ni — длительность пауз; Р_т — длительность сварочного импуль­са; Р_и — начальное усилие; Р_к — ковочное усилие

и силой тока имеется квадратичная зависимость. Поэтому даже небольшие колебания силы сварочного тока существенно изменяют количество выде­ляемой в сварочном контакте теплоты.

На силу сварочного тока, проходящего через место сварки, оказывает влия­ние шунтирование тока через соседние, уже сваренные точки. Чем меньше рас­стояние между точками, которое назначает конструктор исходя из требуемой прочности сварного узла, и чем толще свариваемые детали, тем больше потери на шунтирование. Они возрастают и в случае повышенного контактного сопро­тивления из-за плохой подготовки поверхности деталей под сварку или при ма­лом давлении на электроды. Существуют рекомендации по минимально допус­тимой величине расстояния между точками в зависимости от марки и толщины свариваемых материалов. Ориентировочно можно считать, что минимальное расстояние между точками для деталей из низколегированных сталей должно

быть равно 3—4 диаметрам точки, из хромоникелевых сталей — на 15—20% меньше, из алюминиевых—на 25—30% больше.

На силу сварочного тока влияет введение в сварочный контур больших маг­нитных масс, особенно в случае сварки крупногабаритных изделий. Индуктивное сопротивление сварочного контура определяют по уравнению

X_L = 2nfL,

где / — частота тока, Гц; L = -^iLk — индуктивность контура, Гн;

л

ц₀ = 1,256-10* Г/см — магнитная проницаемость воздуха; к — величина, определяемая геометрическими параметрами.

Так как магнитная проницаемость стали ц > Цо, то с введением в контур магнитных масс индуктивность L начнет возрастать, а вместе с этим увели­чиваться и индуктивное сопротивление X_L. Следовательно, по мере переме­щения свариваемых деталей внутрь контура сварочный ток будет умень­шаться, что приведет к снижению прочности точек. Избежать последнего можно соответствующим увеличением потребляемой электрической мощно­сти из сети. Следует так проектировать сварные конструкции, чтобы в про­цессе сварки их можно было перемещать поперек сварочного контура, тогда изменение индуктивности будет незначительным.

Снижение индуктивного сопротивления вторичной цепи достигается применением трехфазной низкочастотной сварки. Как видно из формулы индуктивного сопротивления, уменьшение частоты / приводит к уменьше­нию индуктивного сопротивления.

Значительно уменьшаются потери на индуктивность, а значит, и потреб­ляемая мощность при сварке на постоянной силе тока, вследствие включения во вторичный контур сварочной машины полупроводниковых выпрямителей.

На образование соединения оказывает существенное влияние общее со­противление R зоны сварки на участке электрод—электрод (см. рис. 24.1). Его можно представить как

R=R_{n +} K + R_a + K + K>

где R„, R^ — переходное сопротивление соответственно между верхней деталью и электродом и нижней деталью и электродом; R^, R^ — сопротив­ление верхней и нижней деталей соответственно; R_K — сопротивление кон­такта между деталями. Если свариваются одинаковые толщины и материалы, то

Д=2^ + 2^ + ^.

Установлено, что основная роль в выделении теплоты принадлежит со­противлению деталей Я_д и R^ (кроме микросварки, где сопротивление дета­лей и контактное сопротивление соизмеримы). 476

Если сопротивление деталей является величиной постоянной, то сопро­тивление контакта между деталями R„ оказывающее определенное влияние на процесс сварки, зависит от многих факторов, в том числе от физических свойств металла, состояния поверхности деталей в месте их контакта, давле­ния на электродах, их формы.

При сварке сплавов, обладающих высокой электро- и теплопроводно­стью, например алюминиевых, необходимо увеличить тепловыделение в зо­не контакта при прохождении электрического тока, чего можно добиться уменьшением в этот момент давления на электродах и увеличением таким образом контактного сопротивления (рис. 24.2, г). Такой характер изменения давления способствует также увеличению эффекта проковки.

Чтобы уменьшить вредное влияние переходного сопротивления R„, тор­цы электродов периодически защищают, с поверхности свариваемых деталей оксиды и различного рода загрязнения удаляют механической зачисткой или химическим травлением. Электроды изготавливают из сплава, хорошо про­водящего электрический ток, позволяющего получить малую величину со­противления в контакте электрод—деталь. Для повышения стойкости элек­троды изнутри охлаждают водой.

Режим точечной сварки выбирают на основании отраслевых стандартов, инструкций и рекомендаций. На практике он корректируется в зависимости от влияния ряда факторов.

Довольно распространенным случаем при точечной сварке является сварка двух деталей разных толщин. Неодинаковая толщина свариваемых деталей приводит к смещению ядра точки к центру деталей. Для обеспечения минимальной глубины проплавления более тонкой детали, составляющей не менее 15% ее толщины, следует принимать меры к увеличению ее нагрева. Это достигается применением со стороны тонкой детали (или детали с меньшим электросопротивлением) электрода из менее теплопроводного ма­териала или подбором специальных прокладок между электродом и указан­ными деталями, а также размещением между деталями прокладок из мате­риала с более высоким электросопротивлением.

Некоторые изменения режимов точечной сварки, ее технологии прихо­дится осуществлять при использовании клеесварных соединений. Применя­ются клеи, которые могут наноситься как после, так и до сварки. При сварке по клею следует помнить, что сварка и исправление дефектных точек долж­ны быть закончены до затвердения клея, т. е. в течение нескольких часов. Клеи могут быть холодного или горячего отверждения. Последние требуют после завершения сварки специальной термообработки для протекания по­лимеризации клея. Указанные клеи более долговечны и надежны, чем клеи холодного отверждения, и поэтому нашли большее применение.

Основным типом соединения при точечной сварке является нахлесточ-ное. В соответствии с особенностями технологии точечной сварки и приме-

Рис. 24.3. Примеры рациональных (а, в) и нерациональных (б, г, д) конструкций узлов для точечной сварки

няемым оборудованием необхо­димо проектировать сварные узлы так, чтобы магнитные массы, вво­димые в контур, были минималь­ными. С этой точки зрения конст­рукция а целесообразнее конст­рукции б (рис. 24.3), так как во втором случае изделие при сварке обязательно должно вводиться внутрь сварочного контура, тогда как в пер­вом имеется возможность перемещения свариваемых деталей поперек сва­рочного контура. Конструкция узла г менее распространена, чем конструк­ция в, из-за необходимости применения электрода сложной формы, более трудоемкого в изготовлении.

Конструкция узла д является типичным примером нерационального расположения сварной точки в месте, где практически невозможно обес­печить плотное прилегание свариваемых деталей.

В ряде конструкций затруднен доступ к свариваемым деталям С двух сторон. Для таких случаев применяется односторонняя точечная сварка (рис. 24.4), позволяющая не только сваривать конструкции с затрудненным досту­пом с двух сторон, но обладающая и другим достоинством — габарикы из­делия почти не влияют на размеры сварочных машин и величину индуктив­ного сопротивления вторичного контура, которые в процессе односторонней сварки практически постоянны.

Рис. 24.4. Схема односторонней точечной сварки при одинаковой (а) И разной (б) тол­щине деталей: 1 — сварочные электроды; 2 — верхняя деталь; 3 — нижняя деталь; 4 — медная прокладка; 1\ — ток шунтирования; h — ток, проходящий через ниж­нюю деталь; h — ток, проходящий через медную шину

Двух- или многоточечная сварка способствует увеличению произво­дительности сварки. Осуществить это можно применяя специальные ма­шины, имеющие две (или более) пары сваривающих электродов. Сваривать ими можно с очень высокой производительностью (50 000 точек в час и выше). В многоточечных машинах при­жатие электродов осуществля­ется последовательно или одно­временно всех сразу. В послед­нем случае деформации сварно­го узла получаются меньше и такая схема более предпочти­тельна.

Кроме стационарного обору­дования для точечной сварки применяют различные перенос­ные устройства типа клещей и

•

пистолетов. Основная область их использования — сварка тонколистовых конструкций в труднодоступных местах.

Разновидностью контактной точечной сварки является рельефная свар­ка, характер образования сварного соединения при которой во многом схо­ден с точечной сваркой. Сварка в данном случае происходит по предвари­тельно подготовленным в металлических изделиях выступам.

Обычно на поверхности деталей выполняется несколько рельефов или один выступ замкнутой формы в виде кольца. В первом случае детали со­единяются одновременно в нескольких точках, во втором — образуется не­прерывный герметичный шов (контурная рельефная сварка). Рельефная сварка применяется для деталей небольших размеров из-за значительной потребляемой мощности. Одним из вариантов рельефной сварки является Т-образная сварка, при этом к плоским деталям привариваются детали типа стержня с закругленным концом.

Точечная сварка широко применяется для сварки конструкций и узлов из сталей, титановых, алюминиевых и медных сплавов.

Шовная сварка обеспечивает соединение элементов внахлестку вра­щающимися дисковыми электродами в виде непрерывного или прерывисто­го шва. Принципиальные схемы двусторонней и односторонней сварки при­ведены на рис. 24.5. В зависимости от характера вращения роликов различа­ют непрерывную и шаговую (прерывистую) шовную сварку.

При непрерывной еварке ток подается при вращающихся роликах не­прерывно или в виде импульсов при постоянном давлении на электродах.

Рис. 24.S. Схема шовной двусторонней (а) и односторонней (б) сварки: / — свариваемые детали; 2 — сварочные ролики; 3 — сварочный трансформа­тор; 4 — медная прокладка

Импульсная подача тока по ряду позиций является более опти­мальной. Точка в этом случае образуется при прохождении каждого отдельного импульса. Перемещение свариваемых деталей и частоту импульсов надо подбирать так, чтобы точки перекрывали друг друга на

30—50 %, тогда соединение получится плотным. При большой скоро­сти перемещения деталей и малой частоте импульсов можно получить прочные, но не герметичные швы, аналогичные швам, получаемым при точечной сварке.

При сварке некоторых материалов, прежде всего алюминиевых сплавов, рекомендуется шаговая (прерывистая) сварка. Она заключается в том, что в период подачи сварочного тока дисковые электроды (ролики) неподвижны относительно изделия, а перемещение изделия происходит путем периодиче­ского поворота электродов на небольшой угол в паузах между импульсами тока. Такой режим сварки ускоряет кристаллизацию точки, улучшает усло­вия охлаждения роликов, уменьшает их износ, стабилизирует качество точки.

Давление на электродах может быть постоянным или увеличиваться в конце сварки. Последнее позволяет осуществлять проковку точки.

Из-за значительного шунтирования через ранее сваренные точки при шовной сварке требуются большие мощности, чем для точечной. С учетом более жестких режимов при шовной сварке и шунтирования сила тока по сравнению с точечной выбирается на 20—60% больше.

Типы соединений, рекомендуемые для шовной сварки, аналогичны тем, которые применяются для точечной сварки. Основное из них — нахлесточ-ное, которое варьируется в зависимости от конструкции изделий. Некоторое ограничение в выборе вида соединения сужает область применения шовной сварки.

Шовная сварка, как и точечная, из-за использования в изделиях нахле-сточных соединений приводит к увеличению расхода металла и массы кон­струкций.

Стыковая сварка — это контактная сварка, при которой соединение свариваемых деталей происходит по поверхности стыкуемых торцов.

По характеру протекания процесса образования соединения стыковая сварка может быть сваркой сопротивлением или сваркой оплавлением. Последняя, в свою очередь, подразделяется на сварку с прерывистым и непрерывистым оплав­лением. Принципиальная схема стыковой сварки приведена на рис. 24.6.

,, При сварке по методу сопротивле-

ния /\ Х//>/Л ^{ния наг}Р^{ев металла} осуществляется без

р ^. У///Л / . N Y /// A . в р оплавления соединяемых торцов, кото-

Y///A Y///A Р^ые хорошо подгоняют друг к другу по-

r t—~ ~ ~---------- Г "¹ средством механической обработки. Де-

! ---------- l тали перед сваркой приводят в сопри-

LCZrCC'Z^rtrrLj'' косновение и пропускают через них сва-

' ' рочный ток. Нагревание места сварки до

Рис. 24.6. Схема стыковой сварки: температуры (0,8—0,9)7*™ происходит в

/ — детали, 2 — зажимные губки; 3— основном теплотой, выделяемой в зоне

сварочный трансформатор контакта и в свариваемых деталях.

После нагревания сварочного стыка до пластического состояния ток вы­ключается и производится осадка деталей, при этом скорость сближения резко увеличивается, в результате чего торцы деталей пластически деформи­руются и в месте их соприкосновения образуется сварное соединение в твер­дом состоянии.

Определенную трудность при сварке сопротивлением представляет уда­ление стыка из оксидных пленок, без чего невозможно получение качествен­ного соединения. В связи с этим важная роль принадлежит процессу пласти­ческого деформирования торцов свариваемых деталей, в результате чего часть оксидов может выдавливаться в образующееся утолщение.

При сварке методом оплавления нагрев металла сопровождается оплав­лением соединяемых торцов. Зажатые в губках машины детали сближают при включенном сварочном трансформаторе. Процесс сварки в этом случае начинается с оплавления отдельных контактных точек, выступающих над поверхностью торцов, сопровождается интенсивным искрообразованием и заканчивается полным оплавлением всей поверхности стыка. Затем произво­дят осадку, в результате которой оксиды вместе с жидким металлом вытес­няются наружу.

При стыковой сварке оплавлением в свариваемом стыке образуется большое количество паров металла и химических соединений, например СО и С0₂ (при сварке сталей), что снижает количество кислорода, взаи­модействующего с расплавленным металлом. Таким образом, металл шва получается более чистым, чем при сварке сопротивлением, если она осуществляется без защиты каким-либо способом свариваемого стыка от окисления.

Сварку оплавлением рекомендуют для соединения деталей с повышен­ной площадью поперечного сечения, сложной конфигурацией, а также для сплавов с высокой электро- и теплопроводностью, например алюминиевых.

Конструкции сварных соединений для стыковой сварки должны макси­мально удовлетворять требованию равномерного нагрева обеих деталей. Это достигается при сварке деталей с одинаковым сечением из одного и того же металла. Если детали имеют разное сечение, необходимо изменением конст­рукции одной из них добиться более близких по характеру условий тешшит-вода при сварке.

Большие затруднения возникают при сварке деталей из разнородных металлов, особенно при существенных различиях их электро- и теплопро­водности. В таком случае лучше использовать сварку оплавлением.

Стыковая сварка в^аетоящее время применяется для изготовления деталей из сталей, алюминиевых, титановых, медных сплавов и некоторых тугоплавких металлов. Ею можно соединять детали как с компактными, так и с развитыми, сложными сечениями. Стыковая сварка весьма перспективна при замене дуговых методов, тем более что производительность ее существенно выше.