ЭЛЕКТРОГАЗАСВАРЩИК

Виды контактной сварки

Стыковая контактная сварка — это сварка, при кото­рой соединение свариваемых частей происходит по всей поверхности стыкуемых торцов. Сварка может быть вы­полнена сопротивлением и оплавлением (непрерывным и прерывистым).

Сварка сопротивлением. Обработанные поверхности двух деталей приводят в плотное соприкосновение и вклю­чают сварочный ток. После нагрева стыкуемых поверхно­стей до пластического состояния производят осадку (сжа­тие) и одновременно выключают ток. Таким способом сва­ривают детали из низкоуглеродистых сталей, имеющих круглое или прямоугольное сечение площадью до 1000 мм, и легированных сталей площадью до 20 мм2. Цветные ме­таллы и их сплавы хорошо свариваются сваркой сопротив­лением. Этим способом можно сваривать и разнородные металлы (сталь с медью, латунь с медью, различные сорта сталей).

Сварка сопротивлением требует высокой чистоты сва­риваемых поверхностей и строгого контроля температуры нагрева. Поэтому этот способ не получил большого приме­нения.

Сварка непрерывным оплавлением выполняется в та­кой последовательности. Детали, закрепленные в зажимах машины, плавным перемещением подвижного зажима приводят в соприкосновение при включенном сварочном токе. При этом происходит оплавление свариваемых тор­цов деталей. Затем производят осадку на установленную величину и выключают ток. Такой способ применяют при сварке тонкостенных труб, листов, рельсов и др. Допуска­ется сварка разнородных металлов.

Достоинством сварки с непрерывным оплавлением яв­ляется высокая производительность, недостатком — зна­чительные потери металла на угар и разбрызгивание.

Сварка прерывистым оплавлением производится чере­дованием плотного и неплотного контакта свариваемых поверхностей деталей при включенном сварочном токе. Небольшие возвратно-поступательные движения подвиж­ного зажима периодически замыкают сварочную цепь в ме­сте контакта деталей до тех пор, пока торцы их не нагреют­

ся до температуры 800—900°С. Затем производят оплавле­ние и осадку. Прерывистым оплавлением сваривают низ­коуглеродистые стали в тех случаях, когда мощность ма­шины недостаточна для производства сварки с непрерыв­ным оплавлением. Этот способ также связан с дополни­тельным расходом металла, поэтому иногда подогрев про­изводят способом сопротивления (включают ток при замк­нутой сварочной цепи), а затем разводят детали и перехо­дят к оплавлению и осадке.

Подготовка деталей к сварке зависит от принятого спо­соба сварки. Сварка сопротивлением требует высокой точ­ности обработки и плотности прилегания свариваемых по­верхностей. Недостатки подгонки (перекос, зазор) приво­дят к неравномерному прогреву деталей, образованию ок­сидов и тем самым снижению качества сварного соедине­ния. Допустимые отклонения размеров стыкуемых поверх­ностей круглых сечений — не более 2%, прямоугольных — не более 1,5%. Свариваемые торцы деталей подвергают тщательной механической или химической очистке. Долж­ны быть хорошо очищены также поверхности соприкосно­вения деталей с зажимным устройством стыковой маши­ны для получения хорошего контакта.

Установочная длина — длина конца свариваемой дета­ли, выступающего из зажима машины, — значительно вли­яет на сварочный процесс. Чем больше установочная дли­на, тем выше сопротивление контура с деталями и больше потребляемая мощность; детали разогреваются на большой длине, поэтому осадка, а отсюда и сварка получается нека­чественная. При малой установочной длине детали нагре­ваются неравномерно и недостаточно, так как значитель­ная часть теплоты теряется через зажимы машины.

При сварке сплошных сечений установочная длина дол­жна составлять 0,4—0,7 от диаметра заготовки (или от сто­роны квадрата). При сварке листов эта величина зависит от толщины металла и протяженности стыка. Например, при толщине листа 2—8 мм и длине стыка до 200 мм устано­вочная длина составляет 10—12 мм; при длине стыка 400— 800 мм — 13—16 мм, а при длине стыка 800—1000 мм — 14—17 мм.

Припуск на сварку берется небольшой, так как он рас­ходуется только на осадку. Для деталей диаметром (или со стороной квадрата) до 50 мм припуск на осадку составляет 0,3—0,5 от диаметра, а для деталей диаметром до 100 мм — 0,15—0,2 от диаметра.

Давление осадки при сварке низкоуглеродистых сталей определяют исходя из значений удельного давления и пло­щади сечения контакта сварки. На автоматических маши­нах удельное давление осадки составляет 40—60 МПа, а на неавтоматических машинах — 3Q—40 МПа.

Электрические параметры процесса сварки определяют в зависимости от материала свариваемых деталей и пло­щади сечений стыкуемых поверхностей. Напряжение хо­лостого хода составляет 1,5—3 В. При этом большие зна­чения принимают для больших сечений — 500—1000 мм2. Плотность тока принимается для низкоуглеродистых ста­лей в пределах 20—60 А/мм2, для цветных металлов и спла­вов — 60—150 А/мм2. Удельная мощность при сварке ста­лей сплошного сечения составляет 0,12—0,15 кВ-А/мм2. Для меди удельная мощность достигает 0,5—1,6 кВ-А/мм2, для алюминия — 0,2—0,6 кВ А/мм2.

Сварка оплавлением допускает менее тщательную об­работку свариваемых торцов, чем при сварке сопротивле­нием, так как часть металла зоны сварки оплавляется. Де­тали под сварку могут нарезаться пресс-ножницами и даже кислородной резкой (с последующей очисткой от окалины и шлака) Допускаются большие отклонения размеров се­чений (круглых — до 15%, прямоугольных — до 12%). При­пуск расходуется на оплавление и осадку. Для углеродис­тых и низколегированных сталей величину припуска при­нимают в зависимости от площади сечения свариваемого металла. При сечениях до 200 мм2 припуск составляет при­мерно 60% от диаметра (или стороны квадрата), а более 200 мм2 — до 50% от диаметра свариваемых поверхностей. При определении припуска необходимо учитывать также зазор между свариваемыми поверхностями. Зазор при пло­щади сечения 100—1000 мм2 составляет 1,5—4 мм, свыше 1000 мм2 — до 8 мм. Плотность тока, расход электроэнер­гии и необходимая мощность меньше, чем при сварке со­противлением. Для поверхностей площадью сечения 100— 200 мм2 плотность сварочного тока составляет 10—25 А/ мм2. Удельная мощность при сварке углеродистой стали составляет 0,04 — 0,07 кВ-А/мм2.

Стыковая сварка применяется при соединении арматур­ных стержней железобетонных изделий. Металл заготов­ки почти полностью используется, так как из коротких от­резков можно сваривать стержни требуемой длины. Для получения качественной сварки выбирают практически наи­лучший режим и производят контрольную проверку сва­ренных стыков на разрыв и угол загиба. Участки сваривае­мых стержней, зажимаемые в электродах стыковой маши­ны, должны быть очищены до металлического блеска. Для этого используют установку с вращающимися стальными щетками, шарошами или абразивными кругами. Торец должен иметь прямой срез. Это обеспечивает хорошую цен­тровку, уменьшает расход времени и металла на оплавле­ние.

Точечная контактная сварка — это сварка, при кото­рой соединение элементов происходит на участках, огра­ниченных площадью торцов электродов, подводящих ток и передающих усилие сжатия (рис. 69).

Свариваемые листы накладывают друг на друга и за­жимают между металлическими электродами, к которым от трансформатора подводится сварочный ток. Нагрев ме­талла происходит при замыкании сварочной цепи. Наиболь­шее количество теплоты выделяется на участке наиболь­шего сопротивления цепи, т. е. в зоне соединения сварива­емых листов. Здесь металл расплавляется. После выклю­чения тока и осадки из образовавшейся жидкой металли­ческой ванны кристаллизуется сварная точка.

Подготовка поверхностей к сварке заключается в тща­тельной механической (абразивными материалами, песко­струйным аппаратом, металлической щеткой) или хими­ческой (травлением) очистке с обеих сторон от грязи, мас­ла, оксидов. Хорошая очистка и плотное прилегание по­верхностей обеспечивают высокое качество сварной точки.

Цикл сварки состоит из сжатия свариваемых заготовок, включения и выключения сварочного тока и снятия усилия сжатия. Применяют различные способы совмещения пери­одов действия сварочного тока и действия давления сжа­тия. Например, после выключения сварочного тока усилие сжатия увеличивают. Это обеспечивает хорошее формиро­вание металла и позволяет получить сварную точку повы­шенной прочности. Такой способ применяют для сварки изделий из низкоуглеродистой стали повышенной толщи­ны. Листы обжимают большим усилием перед сваркой или сваривают при меньшем давлении с последующим обжа­тием повышенным усилием при выключенном токе. Этот способ применяется при сварке листов больших толщин, когда необходимо обеспечить формирование и отвердева­ние сварной точки.

Размеры сварной точки зависят от диаметра электрода сварочного тока и продолжительности цикла сварки. Про­цесс сварки может быть выполнен при жестком и мягком режимах. Мягкий режим определяется относительно ма­лой плотностью тока (70—160 А/мм2) и большей длитель­ностью цикла (2—3 секунды) при сравнительно малом удельном давлении. Жесткий режим выполняют при боль­ших плотностях тока (160—360 А/мм2) и удельных давле­ниях и малой длительности процесса (0,2—1,5 секунды). Диаметр сварной точки зависит от толщины свариваемых листов и составляет 1—1,5 от диаметра электрода. Диаметр электрода принимается на 3—4 мм больше суммарной тол­щины свариваемых листов.

Рекомендуются следующие режимы точечной сварки. Для низкоуглеродистых сталей толщиной до 4 мм, исполь­зуемых в строительных конструкциях, применяют жест­кий режим при плотности сварочного тока до 300—360 А/ мм2 и продолжительности цикла сварки 0,8—1,1 секунды. Удельное давление составляет 15,0—70,0 МПа. При тол­щине металла более 4 мм рекомендуются мягкие режимы, осуществляемые при плотности тока до І 60 А/мм2 и про­должительности цикла до 2,5—3 секунд. Удельное давле­ние достигает 100—120 МПа. При сварке алюминия и его сплавов применяют жесткие режимы при высоких плотно­стях тока, достигающих 1600 А/мм2, удельных давлениях до 150 МПа при продолжительности цикла 0,1—0,25 се­кунды. При этом свариваемые поверхности должны быть особенно тщательно очищены от пленки оксидов.

Точечная сварка применяется при изготовлении арма­туры железобетонных изделий, плоских и угловых сеток, а также различных пространственных каркасов. Сваривают пересекающиеся стержни или стержни с плоскими элемен­тами — листом, полосой, швеллером и др. В начальный момент контактируют небольшие поверхности, и для быст­рого разогрева достаточна небольшая мощность. Пласти­ческая деформация контактирующих поверхностей приво­дит к увеличению площади соприкосновения. Вместе с этим происходит выдавливание из зоны контакта шлака и дру­гих неметаллических включений. Такое течение процесса позволяет при сварке стержней диаметром до 60 мм ис­пользовать машины относительно небольшой мощности.

Шовная контактная сварка — это сварка, при которой соединение элементов выполняется внахлестку в виде не­прерывного или прерывистого шва вращающимися диско­выми электродами, к которым подведен ток и приложено усилие сжатия.

Применяют три способа шовной сварки: непрерывную, прерывистую с непрерывным вращением роликов и пре­рывистую с периодическим вращением роликов.

Непрерывную шовную сварку выполняют сплошным швом при постоянном давлении роликов на свариваемые листы заготовки и при постоянно включенном сварочном токе в течение всего процесса сварки. При этом способе имеют большое значение тщательная зачистка свариваемых поверхностей, равномерная толщина листов и однородность химического состава металла. Даже при небольших нару­шениях подготовки свариваемых кромок сварной шов по­лучается низкого качества с прожогами и непроварами. По этим причинам метод не получил широкого распростране­ния

Прерывистую сварку с непрерывным вращением роли­ков также выполняют при постоянном давлении сжатия, но сварочная цепь периодически замыкается и размыкает­ся. При этом способе шов формируется в виде сварных то­чек, перекрывающих друг друга. Шов получается более высокого качества.

Прерывистую сварку с периодическим вращением ро­ликов выполняют при постоянном давлении сжатия, но сварочная цепь замыкается в момент остановки роликов (шаговая сварка). Такой способ дает более качественный шов, так как обеспечивает хорошее формирование свароч­ной точки. Однако машины для такого способа отличают­ся сложностью конструкции и малой производительностью.

Широко применяется прерывистая шовная сварка с не­прерывным вращением роликов при постоянном давлении сжатия в течение процесса сварки. Этим способом сварива­ют швы различных резервуаров и емкостей, а также конст­рукций из листового металла. Наиболее часто применяют швы с отбортовкой и внахлестку. При соединении с отбор - товкой листов толщиной до 1 мм ширина отбортовки бе­рется до 12 мм, при толщине листов до 2 мм — 20 мм. При нахлесточном соединении ширину нахлеста берут в преде­лах 10—20 мм.

Низкоуглеродистая сталь и тонкая нержавеющая сталь (типа Х18Н9) хорошо свариваются шовной сваркой. Свар­ку листов из низкоуглеродистой стали при суммарной тол­щине до 2 мм производят роликами с шириной контактной поверхности 6 мм. Давление сжатия достигает 4 кН, про­должительность импульсов тока в сварочной цепи состав­ляет 0,04—0,06 секунды, перерыв между импульсами тока — 0,02—0,04 секунды. Сварочный ток достигает 8—16 кА, скорость сварки — 2 м/мин. При суммарной толщине лис­тов до 4 мм ширина контактной поверхности роликов со­ставляет 8,5—10 мм, давление сжатия находится в преде­лах 6,5—8,4 кН, продолжительность сварки — 0,08—0,12 се - кунды, а перерывов — 0,06—0,10 секунды. Сварочный ток достигает 20 кА, скорость сварки — 1,4—1,6 м/мин. При сварке нержавеющих сталей сварочный ток берется мень­ше указанных норм на 35—40%. Сварка листов из алюми­ния и его сплавов выполняется при сварочных токах 22— 40 кА. Скорость сварки не превышает ^ м/мин, давление сжатия достигает 2,5—5,4 кН, продолжительность импуль­сов сварочного тока составляет только 15—30% времени од­ного цикла.

Разновидностью шовной сварки является шовно-сты­ковая сварка труб с продольным сварным швом. Из сталь­ной ленты необходимой ширины специальными формиру­ющими роликами подготавливают трубную заготовку с верхним расположением стыка кромок заготовки. Заготов­ка подается стыком под сварочные ролики, к которым под­водится сварочный ток от трансформатора. Давление сжа­тия передается заготовке через. нажимные ролики. После заварки шва производятся его обработка фрезой, правка и разрезка заготовки на трубы заданных размеров. Этим спо­собом изготовляют трубы диаметром 14—400 мм при тол­щине стенок 0,5—12,5 мм. Скорость сварки достигает 10— 15 м/мин.