Технология и оборудование контактной сварки (Б.Д. Орлов)

Рейтинг:  0 / 5

Звезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активна
 

Технология и оборудование контактной сварки (Б.Д. Орлов)

Год выпуска: 1975
Автор: Б.Д. Орлов
Жанр: Технические науки
Издательство:  Машиностроение
Язык: Русский
Формат: DJVU
Количество страниц: 536

В учебном пособии рассмотрены формирование сварных соединении, особенности и нагрева и деформации металла, технология и оборудование контактной сварки современных конструкционных материалов. Описано применение полупроводниковых элементов и логических устройств для программирования режимов сварки, различных систем контроля и автоматического регулирования сварки, а также средств механизации и автоматизации вспомогательных операций. Приведены технико-экономические показатели, характерные для контактной сварки.

 

Скачать 

 

Контактная сварка представляет собой процесс образования неразъемного соединения, возникающего в результате нагрева металла протекающим через детали электрическим током и пластической деформации зоны соединения. Под термином «контактная» сварка подразумевается нагрев деталей электрическим током (существование электрического контакта) и определенная роль контактных (переходных) сопротивлений. Контактная сварка объединяет большую группу способов, многие из которых широко применяют в промышленности. Основные отличительные особенности этих методов — надежность соединений, высокий уровень механизации и автоматизации, высокая производительность процесса и культура производства. Около 30% всех сварных соединений выполняют контактной сваркой.
Область применения контактной сварки чрезвычайно широка — от космических аппаратов до миниатюрных полупроводниковых устройств и пленочных микросхем. Видное место занимает этот способ и в самолетостроении. На современных лайнерах насчитывается до нескольких миллионов сварных точек и несколько сотен метров швов, выполненных шовной сваркой.
Весьма широко применяется многоточечная и рельефная сварка в автомобилестроении. Например, в конструкции автомобиля «Москвич-412» количество точек достигает 5000. Контактную сварку используют в вагоностроении, судостроении, строительстве.
Стыковая сварка оплавлением нашла применение при монтаже трубопроводов и укладке железнодорожных рельсов в полевых условиях, в котлостроении при шиповке трубных досок, при изготовлении силовых элементов (шпангоутов) и инструмента.
Различные легированные стали и сплавы со специальными свойствами, конструкционные стали, сплавы на основе титана и меди, алюминиевые и магниевые сплавы, тугоплавкие сплавы и порошковые композиции типа САП — вот далеко неполный перечень конструкционных материалов, которые с успехом соединяют контактной сваркой.

С каждым годом совершенствуется сварочное оборудование. Современная промышленность выпускает широкую номенклатуру универсального и специализированного оборудования самого различного назначения. Это оборудование отличается высокой производительностью. Известны машины для точечной сварки, позволяющие выполнять до 600 соединений в минуту. При изготовлении заготовок токами радиочастоты скорость сварки может достигать 100 м/мин. Установки для контактной сварки отличаются высокой степенью автоматизации. Системы управления современной контактной машины позволяют с высокой точностью регулировать отдельные параметры процесса. В цепях управления и коммутации сварочного тока в последнее время находят широкое применение полупроводниковые элементы — транзисторы, силовые управляемые вентили (тиристоры) и т. п.

Следует также отметить достижения в области механизации и автоматизации сопутствующих сварке вспомогательных операций. Созданы высокоэкономичные поточные и автоматические линии по сборке и сварке узлов автомобилей, элементов приборов и радиосхем. Начинается использование многофункциональных механизмов с программным управлением — промышленных роботов.

Образование соединений при контактной сварке происходит в условиях сложных быстроменяющихся электрических и температурных полей. Высокие скорости нагрева и деформации, своеобразная конфигурация соединений — эти особенности создают значительные трудности при исследовании процессов сварки. Для изучения указанных явлений широко привлекают достижения смежных наук—теплофизики, математики, металловедения и др. При анализе природы образования соединения используют представления физики твердого тела. Тепловые и электрические поля исследуют при помощи вычислительных машин. Структуру и состав металла соединений изучают с применением электронной оптики и рентгеновских микроанализаторов.

Способы контактной сварки весьма разнообразны; их можно классифицировать по ряду признаков (рис. 1): 1) 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 и 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 и многоточечная 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).

Кроме того, различают область контактной микросварки, относящуюся к соединению указанными выше способами миниатюрных деталей малой толщины (до нескольких микрометров) и малых сечений. Простейшие схемы основных способов контактной сварки представлены на рис. 2. В твердой фазе соединения в основном выполняются стыковой сваркой.

Стыковая сварка — способ контактной сварки, при котором детали соединяются по всей площади их касания. Наибольшее распространение из способов стыковой сварки получили стыковая сварка сопротивлением и оплавлением. При сварке сопротивлением (рис. 2, а) детали 1 укрепляют в токоподводах 2—3 и сжимают усилием F. Подача напряжения на первичную обмотку сварочного трансформатора вызывает появление тока I во вторичном контуре 4 и нагрев деталей в стыке 5 до температуры, близкой к температуре плавления металла (0,8 -ч-0,9) Тил. Затем резко увеличивают усилие (осадка деталей), в результатах чего в твердой фазе образуется сварное соединение.  Сварку оплавлением подразделяют на сварку непрерывным оплавлением и оплавлением с подогревом.

При сварке непрерывным оплавлением детали сближают с определенной скоростью при включенном сварочном трансформаторе. Оплавление деталей происходит в результате непрерывного образования и разрушения контактов-перемычек между их торцами и сопровождается интенсивным выбросом частиц расплавленного металла и укорочением деталей. При оплавлении на торце формируется сплошной слой жидкого металла, который при осадке вместе с загрязнениями (окисными пленками) выдавливается из стыка.

При сварке оплавлением с подогревом детали предварительно подогреваются методом сопротивления (аналогично сварке сопротивлением) в процессе кратковременных замыканий их торцов, а затем оплавляются.

Классификация методов контактной сварки;

Стыковая сварка токами высокой частоты (от нескольких тысяч герц) во многом аналогична стыковой сварке (рис. 2,б). В этом случае детали нагреваются индуктором 6, связанным с электрическим генератором 7 за счет вихревых токов, возникающих в детали 1 при действии переменного магнитного поля. Радиочастотная сварка (рис. 2, в) характерна постепенным прогревом зоны сварки при движении заготовки внутри индуктора. Вследствие проявления эффекта близости нагревается весьма узкая область металла. В стыке деталей часто наблюдается оплавление металла, который выдавливается усилием сжимающих трубу роликов 8. Как и при стыковой сварке оплавлением слой жидкого металла защищает стык от окисления и создает благоприятные условия для образования соединения. Радиочастотную сварку обычно применяют при изготовлении труб и профилей из сталей и цветных металлов.

Наибольшее распространение в промышленности получили способы контактной сварки в жидкой фазе — точечная, шовная и рельефная.
Точечная сварка — способ контактной сварки, при котором детали свариваются по отдельным ограниченным участкам касания, называемым точками.

При точечной сварке (рис. 2, д) в отличие от стыковой используется нахлесточное соединение. Детали предварительно сжимаются электродами из медных сплавов (токоподводами 12) и нагреваются проходящим электрическим током .до появления внутри деталей расплавленной зоны 10 — ядра или точки. Расплавленный металл удерживается в ядре от выплеска и надежно защищается от окружающей атмосферы уплотняющим пояском 13, представляющим собой зону пластической деформации, непосредственно примыкающую к ядру.
Нагрев при точечной сварке обычно осуществляется импульсами переменного тока (50 Гц) или униполярными импульсами (ток одной полярности с переменной амплитудой в течение импульса) относительно малой продолжительности (0,01—0,5 с).

По способу подвода тока точечная сварка может быть двусторонней и односторонней. При двусторонней сварке ток подводят к каждой из деталей (рис. 2, д), а при односторонней к одной из них (рис. 2,е). Для того чтобы обеспечить достаточное тепловыделение в контакте деталей, часто со стороны нижнего листа используют шунтирующую медную подкладку 14.
Разновидностью односторонней сварки является сварка сдвоенным электродом, которую широко применяют в радиоэлектронике при изготовлении микросхем (рис. 2, ж). Электрод в этом случае выполняют из двух половин, разделенных изолятором 15 или металлом с высоким электрическим сопротивлением.

Различают одноточечную сварку, когда за одну операцию выполняют одну точку (рис. 2, д), и многоточечную с двумя и более одновременно свариваемыми точками (рис. 2, е).

Схемы основных методов контактной сварки

 Шовная сварка — способ контактной сварки, при котором между свариваемыми деталями образуется непрерывное соединение (шов) путем постановки последовательного ряда частично перекрывающих друг друга точек. Подобное соединение обеспечивает получение герметичных (плотных) швов. В случае шовной сварки подвод тока к деталям и их передвижение осуществляют преимущественно при помощи двух вращающихся дисковых электродов (роликов) 9, связанных с приводом усилия сжатия сварочной машины (рис. 2, з). Как и в случае точечной сварки, металл нагревается импульсами тока различной формы без применения специальных средств защиты жидкого металла от атмосферы.
Можно выделить некоторые виды шовной сварки, в частности, по способу подвода тока, по числу роликов и одновременно свариваемых швов (рис. 2, и). Импульсы тока могут подаваться при непрерывном вращении деталей или электродов или в момент их кратковременной остановки (шаговая сварка).

В последнее время при изготовлении листовых конструкций находит распространение шовно-стыковая сварка (рис. 2, г). При этом токоподводящие ролики 9 двигаются вдоль стыка деталей и при подаче импульса тока происходит плавление металла.
Рельефная сварка — разновидность точечной сварки, при которой первоначальный контакт деталей происходит по ограниченной рельефами 16 площади (рис. 2, к), предварительно формуемыми на деталях, например, в форме треугольника или трапеции в сечении. В начальный момент это позволяет достигать более концентрированного нагрева металла проходящим током. Нагреваясь, рельефы деформируются, и на определенной стадии процесса происходит плавлением металла и образование ядра.
Формирование соединений при контактной сварке указанными способами определяется протеканием ряда физико-химических процессов, составляющих теоретическую основу технологии. Технология представляет собой совокупность операций и приемов, связанных со сваркой конкретных деталей и конструкций. К этим операциям относятся непосредственно сварочные и вспомогательные, например сборка, предварительная подготовка поверхности, контроль качества соединений и т. д.

Технология определяет требования к сварочному оборудованию, которое представляет в целом комплекс различных механизмов и устройств (схема 1). Основной элемент оборудования — сварочная машина с системой управления, состоящая из электрической части с источником электрической энергии (например, трансформатором), элементов подвода тока к деталям (электрическая цепь из шин, консолей, электродов и т. п.), механизмов приводов различного назначения (привод сжатия деталей при точечной и шовной сварке, зажатия и перемещения Схема 1

деталей при стыковой сварке и т. д.) и ряда конструктивных элементов, создающих жесткость и прочность машины (корпус или станина, кронштейны, упоры, электроды, плиты и т. п.). Сварочная машина может быть оборудована средствами сопутствующего контроля качества соединений, а также средствами механизации и автоматизации вспомогательных операций.

Разнообразие способов контактной сварки, а также современный уровень технологии, оборудования и контроля позволяют создавать изделия самого различного назначения и степени ответственности.




Реклама



Ваше мнение

Рейтинг@Mail.ru

Яндекс.Метрика