Сварочные работы: современное оборудование н техноло­гия работ

Виды контактной сварки

Основными видами контактной сварки являются стыковая, точечная и шовная.

Стыковой контактной сваркой называют сварку, при ко­торой соединение свариваемых частей происходит по всей поверх^ ности стыкуемых торцов. Данная сварка может быть выполне­на сопротивлением и оплавлением (непрерывным и преры­вистым).

При сварке 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 с площадью до 1000 мм2, и легированные стали 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 трк. Такой спо­соб применяют при сварке тонкостенных труб, листов, рельсов и др. При сварке оплавлением 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 возвратно­поступательные движения подвижного зажима периодически замыкают сварочную цепь в месте контакта^деталей до тех пор, пока торцы их не нагреются до температуры 800-90(ГС. Затем производят оплавление и осадку.

Низкоуглеродистые стали прерывистым оплавлением свари­вают тогда, 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.

Установочной длиной называется длина конца свариваемой детали, выступающего из зажйма машины. Эта величина значи­тельно влияет на сварочный процесс. Чем больше установочная длина, тем выше сопротивление контура с деталями и больше потребляемая мощность; детали разогреваются на большой дли­

не, поэтому осадка, а отсюда ег сварка получаются некачествен­ными. При малой установочной длине детали нагреваются нерав­номерно и недостаточно, так как значительная часть теплоты те­ряется через зажимы машины.

Во время сварки 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 10-2 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 30-40 МПа, а на неавтоматических машинах — 30-40 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 иа 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 исполь­зуется почти полностью, так как из коротких отрезков можно сваривать стержни требуемой длины. Для получения качествен­ной сварки выбирают практически наилучший режим и произ­водят контрольную проверку сваренных стыкоана разрыв и угол загиба. Участки свариваемых стержней, зажимаемые в элект­родах стыковой машины, должны быть зачищены 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.

Точечной контактной еваркой называется сварка, при ко­торой соединение элементов происходит на участках, ограничен­ных площадью торцов электродов, подводящих ток и передаю­щих усилие сжатия (рис. 95).

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.

„^лл/Г PI Р1

Рис. 95. Схема точечной контактной сварки: а - двусторонняя; б - односторонняя; 1,2 — заготовки;

3,4 - верхний и нижний листы (ток протекает по нижнему);

5 — токопроводящая медная подкладка

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, что обеспечивает хорошее формирование металла и по­зволяет получить сварную точку повышенной прочности. Этот способ применяют для сварки изделий из низкоуглеродистой стали повышенной толщинь*. 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 продолжительно-

сти 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 с) при сравнительно малом удельном давлении.

Жесткий режим применяют при относительно больших плотностях тока (160-360 А/мм2) и удельных добавлениях и ма­лой длительности цикла (0,2-1,5 с).

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 с. Удельное давление составляет 15,0“ 70,0 МПа. При толщине металла более 4 мм рекомендуются мяг­кие режимы, осуществляемые при плотности тока до 160 А/мм2 и продолжительности цикла до 2,5-3 с. 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 с. При этом свариваемые поверхности должны быть особенно тщательно очищены от плен­ки оксидов.

Точечная сварка применяется при изготовлении арматуры железобетонных изделий, плоских й 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 контактируе - мых 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.

—зоо —

Шовной контактной сваркой называется 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 разновидности шовной сварки: непрерыв­ную, прерывистую с непрерывным вращением роликов и преры­вистую с периодическим вращением ролйков.

Непрерывную шовную сварку выполняют сплошным швом при постоянном давлений 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 применения.

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. 1

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

Широкое применение получила 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 отбортовкой листов толщиной до 1 мм ширина отбортовки берется до 12 мм, при толщине листов до

2- 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 составляет0,04-0,06 с, перерыв между импуль­сами тока — 0,02-0,04 с. 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 пределах 6,5—8,4 кН, продолжитель­ность сварки — 0,08-0,12 с, а перерывов — 0,06-0,10 с. 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 1 м/мин, давление сжатия достигает 2,5-5,4 кН, продолжитель­ность импульсов сварочного тока составляет только 15—30% вре* мени 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 кото* рым подводится сварочный ток от трансформатора. Давление сжа­тия передается заготовке через нажимные ролики. После завар­ки шва производится его обработка фрезой, правка и резка 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.