СВАРКА, РЕЗКА И ПАЙКА МЕТАЛЛОВ

СВАРКА АККУМУЛИРОВАННОЙ ЭНЕРГИЕЙ, ИЛИ ИМПУЛЬСНАЯ СВАРКА

Недостатком контактной сварки, в особенности точечной, яв­ляется значительная мощность, забираемая машиной из сети в мо­мент сварки. Каждая отдельная сварочная операция является весьма кратковременной, и общий коэффициент загрузки сети по времени часто незначителен, не достигает и 10%. Кратковременные пики нагрузки, весьма значительные по величине и притом одно­фазные, часто являются тяжёлыми для питающей сети и служат серьёзным препятствием к расширению применения контактной сварки. Поэтому давно возникла и является вполне естественной мысль проводить кратковременные сварочные операции за счёт энергии, запасённой или аккумулированной в соответствующем приёмнике, непрерывно заряжающемся от питающей сети и перио­дически разряжающемся на сварку. Тогда, при небольшом среднем потреблении мощности из сети с равномерной нагрузкой фаз, по­лучается возможность давать на сварку кратковременные импульсы очень большой мощности. В настоящее время практически реали­зованы уже несколько видов сварки аккумулированной энергией, или импульсной сварки: 1) электростатическая или конденсаторная сварка; 2) электромагнитная сварка; 3) аккумуляторная сварка; 4) инерционная сварка.

Импульсная сварка осуществляется в большинстве случаев как точечная сварка. Принципиальная схема конденсаторной сварки показана на фиг. 176. Достаточно мощная батарея конденсаторов С заряжается от сети трёхфазного тока через трансформатор Ті и вы­прямитель В і, например ламповый. При замыкании прерывателя тока П конденсатор разряжается на первичную обмотку сварочного трансформатора. Сварочный ток можно регулировать изменением ёмкости конденсаторной батареи и напряжением, до которого заря­жаются конденсаторы.

Конденсаторная сварка обладает преимуществом точной дози­ровки количества энергии, расходуемой на каждую сварку. Запас энергии в конденсаторной батарее:

где А — запас энергии в дж;

С — ёмкость конденсаторов в ф;

U — напряжение зарядки конденсаторов в в

При заданных ёмкости и напряжении конденсатора каждый от­дельный процесс сварки получает строго определённое количество энергии.

Конденсаторные машины бывают различных размеров — от са­мых малых для мелких работ до очень мощных машин для свароч­ных токов в сто тысяч ампер и более. Конденсаторная сварка ведётся по очень жёсткому режиму; сварочный нагрев осуще­ствляется за один кратковременный импульс. Конденсаторная сварка целесообразна для нержавеющих сталей, алюминиевых сплавов и т. п.

Схема установки для электромагнитной импульсной сварки по­казана на фиг. 177. Аккумулятором энергии является магнитное поле, создаваемое пропусканием постоянного тока через первичную обмотку сварочного трансформатора При прерывании постоянного тока создаваемое им магнитное поле исчезает, запасённая в нём энергия передаётся во вторичную обмотку трансформатора и погло­щается сопротивлением сварочной цепи. Для накопления возмож­ного максимума запаса магнитной энергии магнитная цепь транс-

форматора должна быть разорвана воздушным зазором. Величина зазора определяется расчётом; обычно оптимальный зазор имеет длину от 2 до 4% длины железа магнитопровода. При правильном конструировании в каждом килограмме железа магнитопровода можно накопить до 5 дж энергии, пригодной для использования в сварочной цепи.

При аккумуляторной сварке энергия запасается в щелочных ак­кумуляторах особой конструкции повышенной прочности, безопасно выносящих частые короткие замыкания. Щелочные аккумуляторы имеют малое внутреннее сопротивление и при замыкании на малое внешнее сопротивление могут давать кратковременные токи, в сотни раз превосходящие нормальный разрядный ток аккумулятора.

Инерционная сварка основана на аккумулировании энергии во вращающемся маховике, сидящем на одном валу с ротором гене­ратора, питающего током сварочную машину. Маховик разгоняется электромотором, питаемым от силовой сети, в момент сварки махо­вик снижает число оборотов и отдаёт запасённую кинетическую энергию в форме импульса сварочного тока. Аккумуляторная и инерционная сварка не вышли ещё из экспериментальной стадии.

Признаком этого вида сварки является наличие хотя бы одного электрода в форме ролика, катящегося по шву. По форме и распо­ложению электродов имеется несколько основных видов шовных машин. Машины для двусторонней сварки могут быть разделены на двухроликовые, многороликовые и однороликовые. В последнем случае вторым электродом служит оправка для закрепления изде­лия (фиг. 178). Машины для односторонней шовной сварки могут иметь один, два или несколько роликов. Двусторонние, двухроли-

ковые машины могут быть приспособлены для выполнения продоль­ного или поперечного шва. В первом случае ролики вращаются в плоскости рукавов машины. Это расположение электродов при­меняется, например, для сварки продольного шва цилиндрических изделий.

Длина шва, свариваемого за один приём, ограничивается вели­чиной вылета машины. Поперечное расположение роликов приме­няется, например, для сварки поперечных круговых швов на цилин­дрических изделиях, но может быть использовано также для сварки прямолинейных швов какой угодно большой длины при расстоянии шва от края изделия, допускаемом вылетом машины. Опыт показывает, что шовная сварка даёт удовлетворительные ре­зультаты лишь при прерывистом режиме работы, когда сварка ве­дётся отдельными импульсами, а сварной шов состоит из отдель­ных сварных точек, края которых взаимно перекрываются. Преры­вистая сварка может осуществляться следующими двумя приёмами:

а) детали или ролики движутся прерывисто, приостанавливаясь на короткие промежутки времени, ток даётся в момент остановки перемещения ролика;

б) ролики перемещаются непрерывно, вращаясь с постоянной скоростью, а ток подаётся отдельными импульсами с перерывами между ними.

Первый более сложный метод сварки с прерывистым движением ролика в нашей промышленности применяется мало из-за слож­ности конструкции механической части требующихся машин. При­меняется преимущественно прерывистая подача тока при непре­рывном перемещении роликов.

Шовная сварка с непрерывной подачей тока и непрерывным перемещением роликов может дать удовлетворительные результаты лишь в немногих случаях. Одним из таких случаев является шов­ная сварка на больших скоростях, когда перерывы тока произво­дятся естественными пульсациями переменного тока нормальной частоты. При этом каждый полупериод тока должен сваривать одну точку шва. При нормальной частоте переменного тока 50 пер/сек.* должно свариваться 100 точек в секунду. При нормальном расстоя­нии между центрами соседних точек (2—3 мм) производительность сварки получается равной 12—18 м шва в минуту. В настоящее время лишь немногие машины работают с подобными скоростями. В большинстве случаев применяются значительно меньшие ско­рости сварки и приходится прибегать к искусственному прерыванию тока после сварки каждой точки. Наилучшие результаты дают специальные тиратронные и игнайтронные прерыватели. Механи­ческие прерыватели в большинстве случаев дают не вполне удовлет­ворительные результаты.

Основным характерным узлом механической части шовных ма­шин является привод вращения сварочных роликов. Привод вра­щения могут иметь как оба ролика, так и один из них — верх­ний или нижний, в зависимости от характера свариваемого изделия.

Привод может быть шестерённым, в этом случае обеспечивается постоянство угловой скорости вращения ролика, но не вполне обес­печивается постоянство линейной скорости на окружности ролика, меняющейся вместе с износом ролика. Накаточный привод шарош­ками, сцепляющимися с боковой гранью ролика, обеспечивает лучшее постоянство линейной скорости ролика независимо от его износа, но не вполне гарантирует постоянство угловой скорости вследствие возможности проскальзывания шарошки по ролику. Ша­рошечный привод непрерывно зачищает рабочую поверхность ро­лика, что является также преимуществом этого привода.

На фиг. 179 дана электрокинематическая схема шовной машины АШ-50 мощностью 50 ква изготовления завода «Электрик». Ма­шина имеет шарошечный привод верхнего ролика; нижний ролик приводится во вращение вместе с нижним рукавом фрикционным приводом. В табл. 21 приведены технические данные некоторых шовных машин отечественного производства.

Трубосварочные машины. Разновидностью шовной контактной сварки является шовностыковая сварка, схема которой показана

на фи г. 180. Этот метод применяется для изготовления сварных стальных труб.

Таким способом могут изготовляться трубы от самых малых диаметров до диа­метра 600 мм с толщиной стенки от 0,5 до 12 мм.

На фиг. 181 показана трубосварочная машина, изготовляемая советской про­мышленностью. Стальная лента с держав­ки 1 поступает сначала в формующую часть 2 машины, где после прохода не­скольких пар формующих валков плоская лента постепенно свёртывается в трубную заготовку. Трубная заготовка поступает под сварочные ролики 3, которые в этих машинах часто составляют конструктивно одно целое со сварочным трансформатором, вращающимся вместе с роликами. Далее сваренная труба поступает на калибрующие валки 4, где срезывается грат сварного шва в горячем состоянии, а сама труба калибруется, получая определённый диаметр и правиль­ную форму сечения. После этого летучие ножницы 5 отрезают куски

трубы заданной длины, и особое приспособление складывает их в штабель. Агрегат при небольшом количестве обслуживающих ра­бочих даёт около километра готовой высококачественной стальной трубы за один час работы.

Контактные машины непосредственно или с небольшими кон­структивными изменениями применяются для некоторых специаль­ных целей, например для нагрева заклёпок, заготовок под ковку, штамповку и др. На контактных машинах может производиться также пайка деталей твёрдыми припоями. В особенности важна напайка пластин быстрорежущей стали на державки металлорежу­щего инструмента.