Оборудование для контактной сварки

 

Современное сварочное оборудование можно классифициро­вать:

□ по способу преобразования энергии — машины переменного тока и импульсные;

□ способу сварки — стыковые, точечные, рельефные и шовные;

□ характеру установки — стационарные, передвижные и под­весные;

□ характеру действия — автоматические, полуавтоматические и т.д.

Общим для всех контактных машин является то, что теплота, необходимая для получения сварного соединения, выделяется в результате действия электрического тока, подводимого элек­тродами непосредственно к месту сварки.

В зависимости от способа сварки применяется та или иная система электродов: для стыковой сварки — зажимные контакт­ные губки, для точечной — стержневые электроды, для шовной — роликовые электроды.

Принципиальная электрическая схема контактной машины для точечной сварки изображена на рис. 20.7. Ее основными элементами являются:

□ вторичная цепь машины, состоящая из электродов 1, хобо­тов (консолей) 2, гибких токоведуших шин 3 и вторичного вит­ка 4 трансформатора;

□ сварочный трансформатор 5 с секционированной первичной обмоткой 6;

Сеть- % Рис. 20.7. Принципиальная электрическая схема машины для точечной сварки

 

□ переключатель ступеней 7;

□ контакты 8 для включения и выключения сварочного транс­форматора;

□ регулятор времени 9;

□ выключатель 10 для включения и выключения машины.

Принципиальные схемы других контактных машин точно

такие же.

Напряжение, ток и сопротивление в контактных машинах свя­заны определенными зависимостями. Сопротивление контакт­ных машин общего применения составляет (100...300) • 10~⁶ Ом, сварочный ток — 5000...50 000 А. Столь значительный ток обес­печивается сварочным трансформатором с напряжением холо­стого хода вторичной обмотки 1...15 В.

Машины для точечной и шовной сварки (рис. 20.8) долж­ны обеспечивать сжатие деталей с определенным усилием и под­вод к ним сварочного тока. Они имеют, соответственно, привод сжатия 3 и источник тока 2. Машины для шовной сварки имеют привод вращения роликов 13 (рис. 20.8, б). Конструктивные эле­менты машин воспринимают значительные усилия от привода сжатия и теплового расширения металла в зоне сварки. Некото-

а б

Рис. 20.8. Схемы машин для точечной (а) и шовной (б) сварки: 1 — корпус; 2 — сварочный трансформатор; 3 — привод сжатия; 4 — консоли; 5 —электродержатели; 6 —электроды; 7 — детали; 8 — подкос; 9 — крон­штейн (держатель); 10 — гибкие шины; 11 — вторичный виток трансформа­тора; 12 — шкаф управления; 13 — привод вращения электродов (роликов) /3-е

 

 

рые из них, входящие во вторичный контур машины, служат одновременно токопроводящими элементами.

Машины для стыковой сварки имеют следующие основные узлы и элементы (рие. 20.9): станину 2, неподвижную плиту 4, подвижную плиту 8, которая перемещается по направляющим 10 приводам подачи 9, зажимные устройства 6 и 7, трансформатор 1, токоподводы 3, губки 5 и аппаратуру управления 11.

ШЖ Сварка трением

Сварка трением является одной из разновидностей сварки дав­лением. Сварное соединение образуется в твердой фазе без рас­плавления металла свариваемых деталей. При сближении поверх­ностей подлежащих сварке деталей до очень малых расстояний, соизмеримых с межатомными, между ними образуются метал­лические связи.

От других видов сварки давлением сварка трением (рис. 20.10) отличается способом нагрева деталей или, точнее, способом вве­дения теплоты в свариваемые детали. В этом процессе Необходи­мый для сварки нагрев осуществляется путем непосредственного преобразования механической энергии в теплоту благодаря ра­боте сил трения.

-Р Р-

 

Рис. 20.10. Принципиальная схема процесса сварки трением: а — сварка с вращением одной детали; б — сварка с вращением двух дета­лей; в — одновременная сварка трех деталей; г — сварка вибротрением

Простейшая и наиболее распространенная схема такого про­цесса показана на рйс. 20.10, а. Две детали, подлежащие сварке, устанавливают соосно в зажимах. На сопряженных торцевых по­верхностях деталей, прижатых одна к другой осевым усилием Р, возникают силы трения. Работа, затрачиваемая при относитель­ном вращении одной детали относительно другой на преодоление этих сил трения, преобразуется в теплоту, которая выделяется на поверхностях трения и нагревает прилегающие к ним тонкие слои металла до температур, необходимых для образования свар­ного соединения. Так, например, при сварке черных металлов температура в стыке достигает 1000...1300 °С.

В процессе трения пластичный металл стыка выдавливается в радиальных направлениях под воздействием осевого усилия и тангенциальных сил, возникающих в стыке деталей. Выдав­ленный металл имеет характерную для сварки трением форму сдвоенного правильного кольца, расположенного по обе сторо­ны плоскости стыка.

Процесс нагрева завершается быстрым прекращением относи­тельного вращения. При этом в контакт вводятся очищенные тор­цевые поверхности соединяемых деталей, металл которых доведен до состояния повышенной пластичности. Для получения прочного соединения достаточно такой подготовленный к сварке металл подвергнуть сильному сжатию — проковать. Это достигается при помощи продолжающего еще некоторое время действовать осево­го усилия.

Основными параметрами процесса сварки трением являются:

□ частота относительного вращения свариваемых деталей;

а

__ ктаа.	-L Л. -		т( —
--- КШ1	IL *'			IA__L

Р-

□ осевое усилие при нагреве;

□ осадка при нагреве;

□ осевое усилие проковки;

□ длительность приложения усилия проковки.

Усилия нагрева и проковки обычно задаются в виде давле­ний, так как установлено, что их оптимальные значения прямо пропорциональны площади поперечного сеЧения свариваемых деталей в месте сварки.

Строго локализованное тепловыделение в приповерхностных слоях деталей при сварке трением является главной особенностью этого процесса, предопределяющей его энергетические и техно­логические преимущества. К ним в первую очередь относятся высокая производительность, хорошие энергетические показате­ли процесса, хорошее качество сварного соединения, возможность сварки металлов и сплавов в различных сочетаниях, гигиенич­ность процесса, простота механизации и автоматизации.

а б Рис. 20.11. Типы соединений, выполняемых с помощью сварки трением: а — стержня встык; б — трубы встык; в — трубы со стержнем встык; г, д — Т-образные соединения стержня и трубы с плоской поверхностью контр­детали

 

Но сварка трением не является универсальным процессом. С ее помощью могут осуществляться соединения лишь таких пар деталей, из которых хотя бы одна является телом вращения (круглый стержень или труба), ось которого совпадает с осью вращения. При этом другая деталь может быть произвольной формы, но должна иметь плоскую поверхность, к которой при­варивается первая деталь. На рис. 20.11 показаны основные ва­рианты таких соединений.

яяшммт

mm 8

Диффузионная сварка — разновидность сварки давлением — происходит за счет взаимной диффузии атомов контактирующих поверхностей при относительно длительном воздействии повы­шенной температуры и незначительной пластической деформа­ции. Если процесс соединения протекает при наличии жидкой фазы, то потребность в давлении отпадает, поскольку происходит предварительное смачивание соединяемых поверхностей жидкой пленкой.

Диффузионную сварку производят в специальных сварочных установках (рис. 20.12). Свариваемые детали помещают в ваку­умную камеру для защиты от интенсивного окисления и азоти­рования в процессе разогрева и сварки.

Диффузионная сварка

Вода

К гидравлической системе

Вода

К источнику питания

К вакуум-насосу

Рис. 20.12. Принципиальная схема установки для диффузионной сварки в вакууме: 1 — вакуумная камера; 2 — цилиндр гидропривода; 3 — поршень; 4 — ин­дуктор; 5 — свариваемые детали; 6 — стол для крепления деталей

 

Источником нагрева служит высокочастотный генератор, сжимающее усилие обеспечивается гидросистемой. После сварки детали охлаждаются в вакуумной камере до комнатной темпе­
ратуры. При этом способе сварки прочность соединения зависит от температуры, давления и времени выдержки.

Температура сварки для однородных металлов, как правило, должна составлять (0,5...0,7) Т_пя металла или сплава. Такая тем­пература необходима для ускорения взаимной диффузии атомов материалов через поверхность контакта и обеспечения некото­рого размягчения металла, которое способствует сглаживанию неровностей поверхности.

Давление обеспечивает плотный контакт поверхностей, подле­жащих соединению. При деформировании поверхностных слоев происходит разрушение поверхностных оксидов, что обеспечи­вает контакт ювенильных (химически чистых) поверхностей.

Время выдержки при заданных температуре и давлении в боль­шинстве случаев должно быть минимальным, что обосновано как физико-механическими, так и экономическими соображениями.

20.6.

Диффузионная сварка имеет ряд важных преимуществ по сравнению с другими способами сварки и пайки: высокое каче­ство сварных соединений, возможность соединения металлов и сплавов с резко различающимися теплофизическими харак­теристиками, гигиеничность процесса.

Холодная сварка

Холодная сварка — один из видов сварки в твердом состоянии со значительной объемной пластической деформацией в зоне кон­такта соединяемых материалов. Ее осуществляют давлением на воздухе при комнатной температуре, которая для большинства металлов значительно ниже температуры рекристаллизации. Основной технологический вариант холодной сварки предусмат­ривает совместную пластическую деформацию соединяемых дета­лей за счет приложения сил, нормальных к поверхности соеди­нения. Иногда для интенсификации и облегчения относительных смещений соединяемых поверхностей дополнительно прилагают тангенциальные усилия.

Холодную сварку осуществляют внахлестку вдавливанием пуансонов с усилием Р в предварительно зажатые или неза­жатые детали или встык с использованием зажиМных приспо­соблений (рис. 20.13). Для получения качественного соединения

Рис. 20.13. Схема холодной сварки: внахлестку без зажатия и с зажатием свариваемых деталей перед

 

а

сваркой; б — встык с зажимами (1 — свариваемые детали; 2 ■ 3 — пуансоны; 4 — зажимы)

в обоих случаях необходима значительная деформация металла в месте соединения, которая способствует разрушению и выносу оксидных пленок из зоны контакта, сглаживанию поверхностных микронеровностей и образованию активных центров схваты­вания.

Холодная сварка применяется для соединения как одноимен­ных (Pb, Al, Си, Sn, Ag, Аи, In), так и разнородных металлов. Примером может служить армирование алюминиевых проводов медными наконечниками, получение двух- и многослойного проката из лент (никель — низкоуглеродистая сталь — никель, Al—Fe—Al, Си—Al—Си, серебро — бронза — серебро, Ag—Ni— Си и т.д.).

• прижимы;

Для осуществления холодной сварки, как правило, используют стандартное прессовое и прокатное оборудование, которое оснаща­ют специальным инструментом в соответствии с типоразмерами свариваемых деталей. Наиболее широкое применение холодная сварка нашла в производстве изделий домашнего обихода из алю­миния и его сплавов, в электротехнической промышленности и электротранспорте для соединения алюминиевых и медных проводов, а также алюминиевых проводов с медными наконеч­никами.