Технологический процесс сварки

Обычно дугу возбуждают замыканием металлического стержня электрода со свариваемым металлом с помощью угольного электрода, осле чего горение дуги и плавление электрода происходит без участия сварщика. При этом способе сварки применяют также пружинные приспособления или комбинированные устройства. Для фиксирования базы штанги или пружинного приспособления используют струбцины или постоянные магниты.

Эектроды имеют следующие размеры: при диаметре 4-8 мм длину 450-1000 мм; при диаметре 6-10 мм длину 700-1200 мм. Угол наклона электрода при штативном приспособлении 25-30°, при пружинном 5-10°. Сварочный ток подбирают из расчета 40- 45 А на 1 мм диаметра электрода. Длинномерные швы выполняют несколькими приспособлениями, установленными вдоль свариваемых кромок. Один сварщик может одновременно обслуживать до 4 постов, при этом производительность по сравнению с ручной сваркой возрастает в 2,5-3 раза. Сварка лежачим электродом. При этом способе покрытый плавящийся электрод укладывают вдоль свариваемых кромок. Дуга зажигается дополнительным угольным электродом или другим способом. Устойчивое горение дуги обеспечивается за счет явления саморегулирования электрического режима в сварочной цепи. По мере плавления электрода образуется сварной шов.

Применяемые при этом способе электроды состоят из металлического стержня, нанесенного на него слоя покрытия и наружной неэлектропроводящей оболочки круглой или другой формы с продольным пазом, служащим для стабилизации процесса. При диаметре электрода 4 и 8 мм толщина покрытия составляет соответственно 1,5 и 3 мм, длина электродов 700-900 мм. Ток подводится с помощью контактов, устанавливаемых через каждые 500-800 мм. В местах установки контактов на электродах зачищают слой покрытия. Для получения длинных швов стержни электродов соединяют между собой металлическими вставками.

Многослойную сварку выполняют, укладывая три электрода или более в разделку кромок или в угол при положении "в лодочку". Ток к электродам подается от нескольких источников. Для устойчивости процесса электроды покрывают стальной накладкой, облицованной слоем листовой меди, под которую укладывают слой бумаги, предохраняющий накладку от подгорания. При сварке одиночными электродами со стандартным покрытием также необходимо пользоваться указанными накладками.

4. Перечислите основные части  и объясните принцип работы машины  для точечной контактной  сварки и укажите  область применения.

Контактная сварка состоит из сварочных клещей.

Пример конструкции клещей для контактной сваркиШирокое применение точечной сварки в производстве изделий больших габаритных размеров, как например вагонов, самолетов, автомобилей, легких строительных металлоконструкций и т. п., потребовало создавать передвижные и переносные точечные машины и переносные приспособления к неподвижным машинам, позволяющие сваривать изделия больших размеров.

Переносные приспособления для точечной сварки имеют различные названия: клещи, скобы, сварочные пистолеты для точечной сварки и др.

В большинстве случаев для точечной сварки наиболее удобны пример конструкции клещей для контактной сваркиприспособления, соединяемые со сварочным трансформатором гибкими проводами; при этом по изделию передвигается лишь одно сварочное приспособление, имеющее сравнительно небольшой вес, а наиболее тяжелая часть контактной машины, т. е. сварочный трансформатор, остается на месте.

На представленных рисунках показано несколько типов переносных сварочных клещей с пневматическим давлением, присоединяемых к трансформатору гибкими проводами. Провод или кабель для присоединения сварочных приспособлений имеет специальное устройство, обеспечивающее минимальную индуктивность сварочной цепи и минимальный вес кабеля. Для уменьшения веса гибкий многожильный кабель заключается в резиновый шланг и охлаждается проточной водой. пример конструкции клещей для контактной сварки

Подобные приспособления широко применяются, например, в производстве автомобилей. В некоторых случаях для сварки металла малой толщины оказываются удобными однополюсные сварочные пистолеты. Пистолет присоединяют к одному концу вторичной обмотки сварочного трансформатора, другой конец обмотки присоединяют к изделию. Это позволяет получить сварную точку в любом месте изделия, причем без подвода электрода с обратной стороны металла.

Процесс точечной сварки

После включения ток проходит от одного электрода к другому через металл деталей и разогревает металл больше всего в месте соприкосновения деталей. Разогрев поверхности металла под электродами при правильно проводимом процессе незначителен, так как контакт электрод - изделие имеет сравнительно небольшое сопротивление вследствие мягкости и высокой электропроводности электродного металла, а сам электрод интенсивно охлаждается проточной водой. Прохождение тока вызывает разогрев и расплавление металла в зоне сварки, создающее ядро сварной точки, имеющее чечевицеобразную форму (см рис.). Диаметр ядра сварной точки в обычных случаях имеет величину 4-12 мм.

Макроструктура точечной сваркиТочечная сварка без расплавления металла ядра точки хотя и возможна (на низкоуглеродистой стали), но недостаточно надежна и потому на практике почти не применяется. Сварка металлов, обладающих плохой свариваемостью в пластическом состоянии, возможна только при достаточном расплавлении металла в ядре точки.

Точечная сварка представляет собой своеобразный процесс, в котором сочетается расплавление металла и получение литой структуры сварного соединения с использованием значительного осадочного давления. Давление должно быть достаточным для преодоления жесткости изделия и осуществления необходимой пластической деформации, обеспечивающей соответствующую прочность сварной точки. Необходимое давление быстро возрастает с увеличением толщины свариваемого металла. Давление осадки полностью передается электродами, имеющими небольшую рабочую поверхность, несущую значительную тепловую и электрическую нагрузку. При значительной толщине основного металла нагрузка электродов настолько велика, что срок их службы быстро сокращается. Поэтому точечная сварка применяется главным образом для металла небольшой толщины, не свыше 5-6 мм. Диаметр ядра определяет в основном прочность точки и зависит от диаметра рабочей поверхности электрода, толщины листов, давления, силы тока и времени его прохождения. При неправильно подобранном режиме сварки может не произойти достаточного плавления металла и точка получится непроваренной. Когда ядро расплавляется, прилегающая к нему по окружности зона металла находится в пластическом состоянии, плотно сжимаемая давлением электродов. Давление создает уплотняющее кольцо пластичного металла, удерживающее жидкий металл ядра. При недостаточном давлении уплотняющее кольцо не может удержать жидкий металл ядра и происходит внутренний выплеск металла в зазор между листами.

С увеличением времени прохождения тока диаметр и высота ядра растут. Чрезмерное увеличение размеров ядра ослабляет его оболочку из нагретого твердого металла и происходит сильное вмятие металла под электродами, ведущее к наружному выплеску жидкого металла и снижению прочности точки. После выключения тока начинается охлаждение и затвердевание расплавленного ядра точки.

Кристаллизация жидкого металла происходит от поверхности ядра к его середине. В результате ядро имеет столбчатую дендритную структуру.

При охлаждении и затвердевании объем расплавленного металла ядра уменьшается. В результате в центральной части ядра может образоваться усадочная раковина, пористость и рыхлость металла. Чем толще металл, тем сильнее неблагоприятное влияние усадки и тем больше вероятность образования дефектов. Наиболее надежным способом борьбы с ними является повышение рабочего давления, а также переход на циклы сварки с проковкой.

Обычно в сварном соединении располагается несколько точек, поэтому при сварке приходится считаться с утечкой тока через ранее сваренные точки, шунтирующие точку, подлежащую сварке. Наличие ранее сваренных точек вызывает также уменьшение полезного давления электродов на свариваемую точку, так как часть этого давления воспринимается ранее сваренными точками. Поэтому при сварке нескольких близко расположенных точек средняя прочность точки получается ниже, чем при сварке отдельной точки. Самой прочной точкой в узле обычно является первая.

Для точечной сварки загрязнения поверхности металла в зоне сварки должны быть предварительно тщательно удалены щетками, травлением в кислотах, опескоструиванием и т. д. Сборка под точечную сварку должна как можно точнее обеспечивать плотное прилегание деталей до сварки. Наличие зазора между деталями поглощает значительную часть давления электродов на деформацию деталей до плотного соприкосновения, действительное осадочное давление на точку становится недостаточным и получается разброс прочности точек. Требования к точности сборки повышаются с увеличением толщины листов.

Различают так называемые мягкие и жесткие режимы точечной сварки. При мягких режимах пользуются умеренными силами тока, плотность тока на рабочей поверхности электрода обычно не превышает 100 а/мм2. Для жестких режимов плотности тока доходят при сварке стали до 120-300 а/мм2.

Мягкие режимы характеризуются большей продолжительностью времени сварки, более плавным нагревом, уменьшенной мощностью сварки. К преимуществам мягких режимов относятся уменьшение мощности, потребляемой из сети, уменьшение нагрузки сети, понижение мощности и стоимости необходимых контактных машин, уменьшение закалки зоны сварки. Жесткие режимы требуют машин повышенной мощности, увеличивают максимальную загрузку сети. К преимуществам жестких режимов сварки относятся уменьшение времени сварки, повышение производительности. Давление электродов обычно принимают в пределах 3-8 кГ/мм2.

Неправильно установленный режим сварки или нарушение технологических требований может привести к разнообразным дефектам точечной сварки. Наиболее опасным дефектом является непровар, характеризующийся отсутствием литого ядра точки или малыми его размерами. Опасность непровара увеличивается тем, что он не всегда надежно обнаруживается внешним осмотром изделий при приемке. Могут встречаться также такие дефекты, как подплавление поверхности и прожог металла, глубокие вмятины на поверхности металла, раковины и пористость литого ядра.

Точечной сваркой соединяются главным образом детали из низкоуглеродистой стали, обладающей отличной свариваемостью. Легированные стали, склонные к закалке, а также стали с повышенным содержанием углерода следует сваривать на мягких режимах. При сварке на жестких режимах ядро точки и окружающая зона влияния сильно закаливаются и обнаруживают повышенную склонность к образованию трещин. Стали повышенной прочности требуют увеличения рабочего давления при сварке.

После сварки иногда необходима термообработка изделия для снятия внутренних напряжений, создаваемых процессом сварки, или для улучшения структуры металла, главным образом для уничтожения особенно опасной структуры мартенсита. Обычно термообработка сводится к высокому отпуску. Часто последующая термообработка повторным пропусканием тока возможна непосредственно в точечной машине тотчас после окончания сварки точки.

Хорошо сваривается аустенитная нержавеющая хромоникелевая сталь типа 18-8. Для уменьшения распада аустенита и выпадения карбидов сварку ведут на жестких режимах, с минимально возможным временем сварки. Применяются высокие давления, требующие электродов из особо прочных сплавов. Время сварки сокращается до 0,01 сек на одну точку для тонкого материала. Возможна точечная сварка алюминия, алюминиевых и магниевых сплавов. Вследствие высокой тепло- и электропроводности алюминия для его точечной сварки необходима большая плотность тока на электродах, достигающая в некоторых случаях 1000-1500 А/мм2. При этом частицы алюминия легко прилипают к электродам, а частицы меди электродов прилипают к алюминиевым листам. Для уменьшения прилипания необходима тщательная зачистка поверхностей листов и рабочей поверхности электродов. Сплавы алюминия обычно свариваются несколько лучше технически чистого алюминия вследствие повышенного электрического сопротивления.

Специальные виды точечной сварки

Для увеличения производительности применяется многоточечная сварка, при которой за один цикл работы машины сваривается несколько точек. Электроды прижимаются к изделию, лежащему на токопроводящей медной подкладке. Ток идет по цепи электрод - изделие - медная подкладка - изделие - второй электрод. Свариваются одновременно две точки. Такой способ называется односторонней двухточечной сваркой. Многоточечные машины обычно имеют гидравлический привод и работают по принципу односторонней двухточечной сварки.

Маслораспределитель распределяет масло, находящееся под высоким давлением, по цилиндрам отдельных электродов и прижимает к изделию по два соответственных электрода, подавая ток на них; затем ток выключается, электроды отодвигаются, масло подается в следующую пару цилиндров и т. д., пока не будет закончена сварка всего узла. Подобные машины могут иметь до 100 и более электродов.

В некоторых многоточечных машинах все электроды сразу прижимаются к изделию, что обеспечивает меньшее коробление и большую точность изделия. Ток распределяется между прижатыми электродами специальным токораспределителем, имеющим довольно сложное устройство и включающим электроды попарно, осуществляя процесс односторонней двухточечной сварки. Оба типа машин применимы лишь в массовом производстве, причем для каждой детали требуется изготовление достаточно сложного приспособления с соответствующим размещением электродов и гидравлических цилиндров.

Несколько проще одновременная сварка нескольких точек осуществляется способом рельефной сварки, или сварки выступами, являющейся разновидностью точечной контактной сварки. В этом случае на одной из свариваемых деталей или на обеих предварительно выштамповывают выступы (рельефы)

в местах, подлежащих сварке. Подготовленные детали закладывают в специальную сварочную машину, носящую название "сварочный пресс". Сварка выступами может осуществляться также на мощных точечных машинах с прямолинейным ходом электрода, причем нормальный точечный электрод заменяется специальным электродом для рельефной сварки, имеющим форму массивной плиты. Одновременно с включением тока верхний электрод сжимает детали и спрессовывает их до полного уничтожения выступов. Таким образом, за один ход машины производится столько сварных точек, сколько было выштамповано выступов; число их может доходить до нескольких десятков на одной детали. Для получения качественной сварки требуется точная штамповка и плотное прилегание собранных деталей по всем выступам.

Метод рельефной сварки может обеспечить высокую производительность. Электроды находятся в хороших условиях работы и имеют большой срок службы, поскольку их контактная поверхность очень велика, а давление и ток концентрируются в выступах свариваемых деталей.

Недостатком рельефной сварки является значительная электрическая мощность, необходимая для сварочных прессов. Величина этой мощности для сварки одного выступа 15-30 та. Давление на один выступ обычно составляет 200-600 кГ. Разновидностью рельефной сварки является приварка стержней к листам торцами. Эту торцовую или Т-образную сварку можно выполнять на нормальных контактных машинах в несложных дополнительных приспособлениях. Концу стержня часто придают сферическую форму, причем сечение конца стержня предварительно увеличивается высадкой.