Оборудование и приспособления
Для машин общего назначения ГОСТ 297—80 устанавливает, в частности, следующие основные параметры.
- Наибольший вторичный ток. Это ток, который проходит во вторичном (сварочном) контуре при его коротком замыкании на максимальной ступени регулирования при номинальных значениях раствора и вылета сварочного контура.
- Номинальное и (или) наименьшее и наибольшее усилия сжатия электродов – для точечных, шовных и рельефных машин.
- Требования к геометрическим параметрам электродов и консолям машины (размеры контура относятся к наиболее важным параметрам машины; контуры состоят из жестких и гибких токоведущих элементов, которые соединяют вторичные витки сварочного трансформатора с оснасткой машин).
Оснастка машин включает консоли, электрододержатели, электроды, токоподводящие губки и другие элементы, размеры и конструкция которых может меняться в зависимости от конструкции изделия. На этих элементах иногда устанавливают приспособления, фиксирующие или поддерживающие свариваемые, детали, загрузочные или съемные механизмы. Вторичный контур характеризуется такими параметрами:
- активное сопротивление;
- индуктивное сопротивление;
- полное сопротивление в режиме короткого замыкания.
В состав точечных, рельефных, шовных, подвесных и многоэлектродных машин входят приводы сжатия. В период протекания сварочного тока эти приводы формируют на электродах постоянное или изменяющееся во времени сварочное усилие. В необходимых случаях такие приводы создают на электродах усилие предварительного обжатия (до включения тока) и ковочное усилие (после выключения тока), превышающие уровень сварочного усилия. В большинстве машин приводы сжатия являются пневматическими, реже – пружинными.
Привода вращения роликов шовных машин – обеспечивают передвижение свариваемых деталей на шаг точек. Вращение роликов может быть непрерывным и прерывистым. Приводным может быть один из роликов, а в некоторых случаях крутящий момент передается сразу на оба ролика.
Электроды для точечной сварки и ролики для шовной сварки состоят из: рабочей части, части, обеспечивающей соединение с машиной, и средней (основной) части
Рабочая часть обеспечивает непосредственный контакт (электрический и механический) электрода со свариваемыми деталями и имеет рабочую поверхность, форма и размеры которой являются важной технологической характеристикой электрода (ролика). В настоящее время наиболее распространены две формы рабочей поверхности: плоская (цилиндрическая у роликов) и сферическая
Основной функцией электродов и роликов является подвод тока к деталям и передача к ним сварочного усилия. Внутренняя часть большинства электродов для точечной сварки имеет канал для подачи охлаждающей воды. Внутри охлаждающего канала находится трубка, по которой поступает вода.
Расходные материалы
Наибольшему износу в сварочных аппаратах подвергаются электроды, которые постоянно испытывают механические и термические нагрузки. Изготавливаются они из чистой меди, либо из медных сплавов с алюминием, цинком, кадмием и другими металлами, повышающими прочность и упругость изделия. Подобные сплавы делятся на несколько типов:
- Для работы при высокой температуре (около 500 градусов по Цельсию) и непрерывной подаче тока – такие электроды изготавливают из бронзы с добавлением никеля, кремния, циркония или хрома;
- Для работы при температуре до 300 градусов, сварки цветных сплавов, низколегированных сталей применяются сплавы МС (легированные серебром) и МК;
- Для работы при малых (до 200 градусов по Цельсию) температурах подходят сплавы бронзы с хромом и кадмием.
Быстрее всего изнашиваются электроды конической и цилиндрической формы, медленнее всего – плоские и широкие, применяемые в машинах для рельефной сварки.
Оборудование для стыковой сварки
Существует различное оборудование, используемое для контактной стыковой сварки. Его можно классифицировать в зависимости от конструктивных особенностей и признаков, характерных для оборудования, применяемого при точечной и шовной контактной сварке. Оборудование может быть классифицировано в соответствии с видами сварных работ (обработка сопротивлением и оплавлением). Кроме того, существует деление в зависимости от рода электротока, назначения и т. п.
Оборудование состоит из:
- станины;
- сварочного трансформатора;
- вторичного контура;
- подвижной и неподвижной плит;
- токопроводящих губок для фиксации заготовок;
- зажимных цилиндров;
- привода подачи;
- направляющих;
- блока системы управления.
Наиболее распространенными являются аппараты стыковой сварки переменного тока.
Детали некоторого сортамента обрабатываются при помощи специализированного оборудования. К примеру, выпускается специальная аппаратура для сварки ленточных пил, цепей, железнодорожных рельсов. Работы возможны как в стационарных условиях, так и на железнодорожном полотне.
Для стыковой сварки труб, диаметр которых не превышает 1 м, используется контактное соединение, выполняемое как в стационарных, так и в полевых условиях. Если необходимо работать с трубами, диаметр которых превышает 1,4 м, прибегают к использованию специального сварочного оборудования, внутрь которого вводятся трубы.
Стыковая
Во время данного вида работ в отличие от рельефной и точечной детали свариваются по всей поверхности их соприкосновения. Стыковая сварка имеет две разновидности:
- сопротивлением, при котором соединение нагретых практически до температуры плавления стыков деталей производится путем сильного сжатия деталей, в результате которого элементы соединяются в твердой фазе;
-
оплавлением, которое, в свою очередь, имеет тоже два вида:
- непрерывное оплавление, при котором сближение деталей происходит во время работы сварочного трансформатора. При сжатии элементов возникает контакт, и происходит нагрев стыка протекающим электрическим током. При снижении силы сжатия контактное сопротивление увеличивается, и за счет этого происходит снижение сварочного тока. Сплошное касание деталей заменяет точечное соприкосновение. При этом участки соединения выступают и оплавляются за счет повышения эффективности нагрева в них. Процесс оплавления продолжается до появления прослойки из жидкого металла, который образует сплошное соединение, а его излишки выдавливаются из пространства между деталями;
- стыковая сварка оплавлением с подогревом представляет собой процесс, при котором нагрев соединяемых элементов происходит путем кратковременных замыканий торцов деталей, после чего они оплавляются. Преимущества данного вида заключаются в более прочном соединении элементов, экономии электроэнергии, в возможности сваривать различные по составу детали, её часто можно встретить в кораблестроении. не требует большой механической обработки.
Принцип стыковой сварки
Технология контактной стыковой сварки представляет собой такой способ соединения металлических заготовок, при котором область стыка деталей равномерно нагревается. Горячие части деталей плотно соединяются друг с другом, полученный сплав является неразъемным.
Эта разновидность сварных работ характеризуется высокой производительностью за счет повышенной скорости соединения деталей. Стыковая контактная сварка отличается более быстрым и равномерным плавлением металла, что приводит к ускоренному образованию сварного шва. Сам процесс может быть автоматизированным и встроенным в конвейер. Благодаря этому контактная стыковая обработка деталей распространена на серийном производстве, например, при работе с трубами.
Для соединений, полученных при использовании этой технологии работ, характерны повышенная прочность и долговечность. Сварка используется в процессе производства автомобилей, самолетов и нефтепроводов. Еще одним достоинством данного способа является тот факт, что на качество шва не влияет квалификация сварщика, а значит, производство не зависит от наличия высококвалифицированных рабочих.
Рекомендовано к прочтению
- Резка меди лазером: преимущества и недостатки технологии
- Виды резки металла: промышленное применение
- Металлообработка по чертежам: удобно и выгодно
Стыковая обработка с использованием контактного оборудования подходит для работы с различными типами заготовок (стальными трубами, пластинами, свариваемыми встык, ПНД трубами и т. п.). Для получения удовлетворительного результата необходимо строго следовать технологии работы.
Существует две разновидности контактной стыковой сварки:
- оплавлением;
- сопротивлением.
Остановимся на этих разновидностях сварных работ подробнее.
Технология стыковой сварки
Технология стыковой сварки включает в себя сильный разогрев свариваемой поверхности и механического воздействия на деталь для достижения сварного соединения. Предъявляемые требования чтобы технология стыковой сварки прошла успешно, включает в себя:
тщательная подготовка торцов поверхности металла. Они должны быть подогнаны максимально ровно. Это обеспечит прочность соединения. Удаление загрязнений на поверхности, окислов, что также повышает качество сварного соединения
Особенно это важно учитывать когда площадь поверхности 200 миллиметров квадратных;
закрепление свариваемых деталей в сварочной машине, установка их соосности;
пропускание электрического тока высокой частоты, который нагревает и расплавляет соединяемые поверхности;
механическое сжатие заготовок, при котором происходит пластическая деформация, разрушение оставшихся окислов и атомное соединение двух поверхностей;
процесс кристаллизации и образование кристаллической решетки сварного соединения.
Такая технология стыковой сварки дает возможность соединять детали различного предназначения. А качество соединения позволяет долгой эксплуатации изделия.
Способы стыковой сварки
На способы стыковой сварки влияют:
- марка свариваемого металла, его состав;
- какая площадь сечения в месте соединения металла;
- какие предъявляются требования к качеству сварного соединения.
Первый способ – это сварка сопротивлением.
Его используют когда соединяют деталь площадью сечения до 200 миллиметров квадратных. Для этого детали прочно закрепляют в специальных зажимах сварочной машины. Свариваемые поверхности плотно прижимают друг к другу. Затем пропускают электрический ток, который может быть 1000 – 10000 А. Температура нагрева торцов детали ниже температуры плавления металла. После нагрева производится сжатие заготовок с одновременным отключением тока. Сварка сопротивлением применяется при соединении стержней и труб из низкоуглеродистой стали малого сечения, а также проволоки.
Второй способ – это сварка оплавлением.
Сварочный процесс такого способа похож на первый способ. Только при этом методе сварки сначала подается ток, а потом следует соединение деталей. Перемещают при этом только одну из деталей с медленной скоростью. Средняя температура оплавления растет постепенно, достигая равномерного слоя расплавленного металла. Такой способ может быть непрерывным или прерывистым. Соединяемая заготовка в сечении может достигать 100000 миллиметров квадратных. Детали свариваемые таким способом: колеса, кольца, трубы, рельсы и др.
Такие способы стыковой сварки позволяют расширить номенклатуру свариваемых материалов.
Стыковая сварка металла
Стыковая сварка металла является практичным способом для соединения железнодорожных рельсов, чтобы получить соединение не имеющее стыка. Предоставляет возможность производства заготовок длинных размеров из стали, цветных металлов и их сплавов. Стыковая сварка металла применяется для изготовления якорных цепей, в производстве режущего инструмента, змеевиков больших холодильных установок. В целом, такой способ сварки имеет очень широкий спектр применения.
Устройства для осуществления процесса
Оборудование для контактной сварки может применяться для полной автоматизации проводимого процесса. В большинстве случаев достаточно лишь правильно разместить заготовки и нажать на одну клавишу. К другим особенностям аппаратов стыковой сварки можно отнести следующие моменты:
- Хорошая производительность.
- Возможность автоматизации процесса.
- Высокая стоимость оборудования.
- При проведении работы исключается вероятность допущения ошибки.
Аппарат для стыковой сварки
В продаже можно встретить оборудование самых различных производителей
Рекомендуется уделять внимание продукции лишь известных компаний
Виды стыковой сварки
Сварка пластин и других металлических изделий встык может проводиться несколькими способами – оплавлением и сопротивлением. Каждый метод имеет характерные особенности и нюансы, которые обязательно нужно соблюдать при проведении сварочных работ.
Сварка оплавлением
Стыковая сварка оплавлением является популярной технологией, которую используют в разных сферах промышленности. Ее суть состоит в том, что определенный объем напряжения, который подается на область обмоток трансформатора, прекращается, как только два свариваемых изделия соприкоснутся. Если говорить простыми словами, напряжение повышается и в момент наивысшей точки сразу же прекращается его подача. Но при этом сохраняется достаточный объем тепловой энергии для расплавления металлической основы.
На поверхности стыков двух изделий имеются небольшие неровности, именно они обеспечивают хороший контакт между изделиями. Но все же если вы хотите получить отличный результат, то лучше торцевые части сдавить и полностью их выровнять. Это улучшит площадь соприкосновения. Данные условия обеспечат быстрое разогревание и расплавление металла, он в прямом смысле закипит всего за несколько секунд.
Сварка оплавлением характеризуется тем, что при ее проведении могут появляться дополнительные неровности, в которых могут концентрироваться паровые смеси от расплавленных металлов. Но данные пары приносят пользу сварочному процессу, они оказывают защитное воздействие, а именно защищают сварочную зону от негативного воздействия кислорода.
Важно! Контактная стыковая сварка оплавлением проводится с использованием усилия или давления. Его прикладывать необходимо тогда, когда стыки свариваемых изделий уже немного расплавились
В момент, когда происходит сжатие двух изделий, лишний жидкий металл выходит за пределы. Как раз в это время происходит соединение двух элементов. В результате получается прочный и качественный шов, При его осмотре практически не обнаруживается видимых и скрытых дефектов. Дело в том, что продукты разложения, оксидная пленка удаляются вместе с излишками расплавленной металлической массы.
Контактная сварка оплавлением не требует предварительно подготовки и особой обработки металлических поверхностей. Для проведения не нужно подготавливать торцевые части изделий, это существенно экономит время. Если необходимо сварить элементы, которые имеют разное сечение, то заранее можно сделать противоположные скосы. Это намного улучшит контакт между заготовками, увеличит их площадь соприкосновения.
Сварка сопротивлением
Стыковая сварка сопротивлением существенно отличается от сварочного процесса оплавлением. Во время проведения этой технологии изделия прижимаются губками к поверхности электродов. Именно это позволяет получить хороший контакт, а губки отлично удерживают элементы, предотвращают их скольжение.
Затем элементы с усилием прижимают друг к другу, и после подается электрический ток. Именно он начинает постепенно разогревать металлическую структуру. Разогревание металла должно проводиться до той степени, когда он приобретает пластичные свойства. Под сильным давлением изделия соединяются друг с другом. Лишняя расплавленная металлическая масса выходит, вместе с ней удаляется оксидная пленка.
Обратите внимание! Сварка сопротивлением проводится с постоянным давлением, его подача не должна прекращаться пока металлическая структура полностью не остынет и не образуется прочное соединение. Если соблюдать все правила и принципы, то шов выйдет ровным, без изъянов, дефектов с хорошей износостойкостью
Контактная стыковая сварка сопротивлением машины и других изделий требует предварительно подготовки и обработки свариваемых изделий. Их необходимо хорошо зачистить. Кроме этого стоит учитывать, что детали, которые сваренные при помощи сварочного процесса сопротивлением имеют меньшую устойчивость к окислению, поэтому этот метод редко применяется. Также сварка подходит только для деталей с небольшим сечением.
Определение, схема и разновидности стыковой контактной сварки
Стыковая сварка — это способ контактной сварки, при котором сваривание деталей происходит по всех площади их соприкосновения. Схема контактной сварки показана на рисунке слева. Детали поз.1 закрепляют в токоподводящих зажимах поз.2,3, один из которых подвижен и связан с приводом усилия и перемещения машины. По характеру нагрева различают стыковую сварку оплавлением и сопротивлением.
Стыковая сварка сопротивлением
При этом способе сварки происходит сжатие деталей с довольно большим усилием, порядка 3-5 кН. Затем включают сварочный трансформатор поз.4 и либо нагревают электрическим током до высокой температуры (примерно 80-90% от температуры ликвидуса), либо расплавляют металл в стыке. Исходя из этого, стыковую сварку сопротивлением можно разделить ещё на два вида — без локального расплавления металла и с его расплавлением.
После нагревания сварочный ток выключают и резко создают усилие, равное усилию осадки, благодаря чему происходит либо интенсивная деформация твёрдого металла (выдавливание металла из стыка), вместе с которым происходит удаление оксидных плёнок, либо удаление жидкого металла и части нагретого твёрдого металла. При этом происходит формирование физического контакта и образование прочного соединения. После сварки на деталях образуется утолщение — грат, поз.5 на схеме.
Стыковая сварка оплавлением
При стыковой сварке оплавление на детали сначала подаётся напряжение в пределах 6-8 В от сварочного трансформатора. Затем детали сближаются до соприкосновения с небольшим усилием порядка нескольких деканьютонов. На отдельных участках контакта плотность тока получается очень высокая (до 3-5 кА/мм2), в результате чего металл в этих точках быстро нагревается и расплавляется с образованием перемычек жидкого металла между торцами соединяемых кромок. Происходит быстрый перегрев этих точек, и металл в них расплавляется с образованием перемычек жидкого металла между свариваемыми торцами. Далее перемычки быстро перегреваются и взрывообразно разрушаются.
Торцы продолжают нагреваться за счёт постоянного образования новых жидких перемычек и их разрушения, т.е. по сути, происходит оплавление торцов. К концу процесса на всей поверхности торцов образуется слой жидкого металла. В этот момент скорость сближения резко увеличивается и возрастает усилие. Торцы жидким слоем входят в контакт и бОльшая часть жидкого металла вместе с оксидными плёнками и частью твёрдого металла выдавливаются из стыка с образованием грата. Во время осадка происходит отключение электрического тока.
Также существуют счучаи сваривания одновременно двух стыков, нагрев токами высокой частоты, постоянным током и другие разновидности контактной стыковой сварки.
Преимущества стыкового соединения
Любой вид сварочных работ имеет свои технологические преимущества и недостатки. Сварка встык, по отзывам многих специалистов-сварщиков, обладает целым рядом положительных качеств, которые существенно выделяют ее по сравнению с другими технологиями.
К преимуществам контактной стыковой сварки относятся следующие:
- при использовании этого способа оплавления нет необходимости в предварительном нагреве места соединения и подготовке кромок стыкуемых деталей;
- при соблюдении сварочной технологии легко получить прочное и надежное соединение, которое способно прослужить несколько десятков лет без аварийных ситуаций;
- сохраняется высокий уровень химической однородности материала после сварочного соединения, что способствует увеличению прочности стыка;
- легкость и простота выполнения работы не требуют специальных знаний даже от начинающего сварщика;
- возможность производить процесс контактной стыковой сварки в полностью автоматическом режиме;
- высокая скорость выполнения технологических операций;
- универсальность использования практически всех материалов.
Все эти преимущества значительно превосходят незначительные недостатки процесса сварки стыковым способом.
Роль пластической деформации
Пластическая деформация металла вызывается как внешними, факторами – усилием со стороны электродов, так и внутренними – напряжениями, возникающими при несвободном расширении металла зоны сварки. При точечной, шовной, рельефной и стыковой сварке сопротивлением пластическая деформация металла присутствует на протяжении всего процесса сварки: от формирования холодного контакта до проковки соединения. При сварке оплавлением деформация происходит на этапе предварительного подогрева и осадки.
Основная роль пластической деформации при точечной, шовной и рельефной сварке заключается в формировании электрического контакта, в образовании пластического пояса для удержания расплавленного металла от выплеска и ограничения растекания сварочного тока во внутреннем контакте, в уплотнении металла на стадии охлаждения.
Основная роль пластической деформации при стыковой сварке заключается в удалении оксидов для образования металлических связей в стыке (второй этап цикла сварки) и электрических контактов (преимущественно в течение первого этапа нагрева). Деформация вызывается действием усилия сжатия, создаваемого приводом сварочной машины. Для образования начального электрического контакта достаточно небольшого давления, при котором происходит микропластическая деформация рельефа поверхности торцов. Для удаления оксидов и образования связей требуется относительно большая объемная пластическая деформация деталей. При стыковой сварке в большинстве случаев используется свободная схема объемной деформации, при которой металл течет без какого-либо внешнего ограничения. В процессе стыковой сварки о величине деформации судят по укорочению деталей, вызванному осадкой.
