Контактная сварка

Тема урока: «Контактная сварка»

● Контактная сварка – это процесс образования соединения в результате нагрева металла проходящим через него электрическим током и пластической деформации зоны соединения под действием сжимающего усилия.

● Родоначальник контактной сварки -  английский физик Уильям Томсон, который в 1856 году впервые применил стыковую сварку. В 1877 году в России Николай Николаевич Бенардос предложил способы контактной точечной и шовной (роликовой) сварки. На промышленную основу в России контактная сварка была поставлена в 1936 году после освоения серийного выпуска контактных сварочных машин.

● Основными процессами при контактной сварке являются:

- нагрев и охлаждение металла,

- пластическая деформация и

- удаление оксидных пленок.

● Основные способы контактной сварки: 

- точечная

- шовная (роликовая)

- стыковая

- рельефная.

Точечная контактная сварка                      Шовная контактная сварка

Стыковая контактная сварка                     Рельефная контактная сварка

● Достоинства контактной сварки. С помощью контактной сварки изготавливают до 90% конструкций, свариваемых давлением, и около 50% всех сварных конструкций. Это объясняется преимуществами контактной сварки перед другими способами:

- высокой производительностью (время сварки одной точки или стыка  составляет 0,02… 1,0 секунды)

-  малым расходом вспомогательных материалов (воды, воздуха)

- высоким качеством и надёжностью сварных соединений при небольшом числе управляемых параметров режима, что снижает требования к квалификации сварщика

- экологически чистый процесс, легко поддающийся механизации и автоматизации.

●  Недостатки контактной сварки:

- относительная сложность оборудования

- трудность неразрушающего контроля сварных соединений.

 «Схемы способов контактной сварки»         

Цель работы:

Изучение сущности и области применения контактной сварки.

Ход работы:

1. Изучить и зарисовать схемы способов контактной сварки с обозначениями.

                                                                       Рис.3. Схема шовной контактной сварки

Рис.2. Схема точечной контактной сварки

Рис.4. Схема рельефной контактной сварки

1 – детали; 2 – плиты; 3 – источник тока (например, сварочный трансформатор)

2. Записать в конспект технологические особенности каждого способа контактной сварки, указать область их применения.

Стыковая сварка оплавлением

Первый этап начинается с обжатия деталей, вызывающего пластическую деформацию микронеровностей в контактах электрод — деталь и деталь — деталь. Последующие включение тока и нагрев металла облегчают выравнивание микрорельефа, разрушение поверхностных пленок и формирование электрического контакта. При рельефной сварке на данном этапе начинается осадка рельефа. Нагретый металл деформируется преимущественно в зазоре между деталями и образуется уплотняющий поясок.

Второй этап характеризуется расплавлением металла и образованием ядра. По мере прохождения тока ядро увеличивается до максимальных размеров — по высоте и диаметру. При этом происходит перемешивание металла, удаление поверхностных пленок и образование металлических связей в жидкой фазе. Продолжается процесс пластической деформации и тепловое расширение металла. К концу этого этапа отмечается почти полная осадка рельефа.

Третий этап начинается с выключения тока, сопровождаемого охлаждением и кристаллизацией металла. В результате образуется общее для деталей литое ядро. При охлаждении уменьшается объем металла и возникают остаточные напряжения, для снижения уровня этих напряжений и предотвращения усадочных трещин и раковин требуются значительные усилия.

Стыковая сварка сопротивлением

Первый этап при стыковой сварке сопротивлением в значительной мере аналогичен процессам, протекающим до образования расплавления в контакте деталь — деталь при точечной сварке.

Второй этап включает в себя деформацию нагретых поверхностей — осадку.

Условия образования межатомных связей определяются состоянием поверхностей и для методов сварки сопротивлением и оплавлением различны.

При сварке сопротивлением температура торцевых поверхностей ниже температуры плавления. В общем случае поверхность покрыта оксидными пленками, и формирование металлических связей происходит в ходе пластической деформации металла в твердом состоянии.

Рис. 5. Этапы образования соединений при стыковой сварке: а — сопротивлением;

б — оплавлением (Д3 — зазор между деталями; δЖ— слой расплавленного металла;

Fн— начальное усилие; Foc— усилие осадки)

Сравнительная характеристика

При сварке сопротивлением температура торцевых поверхностей ниже температуры плавления. В общем случае поверхность покрыта оксидными пленками, и формирование металлических связей происходит в ходе пластической деформации металла в твердом состоянии.

При сварке оплавлением оксиды находятся на поверхности тонкого слоя расплавленного металла. При сближении деталей они вместе с расплавом вытесняются в грат, и формирование связей происходит в жидком и частично твердом состоянии.

Область применения.

Контактная стыковая сварка имеет огромное распространение в различных конструкциях. Особенно эффективно ее применение при сварке изделий в массовом производстве, например, арматуры железобетона, типизированных конструкций рам, продольных швов труб. Хорошо свариваются конструкции из низкоуглеродистых, углеродистых, низколегированных и некоторых высоколегированных сталей с площадью поперечного сечения до нескольких сотен квадратных сантиметров.

• Сварка сопротивлением используется для соединения деталей с площадью сечения до 200 мм². Применяется в основном при сварке проволоки, стержней и труб из низкоуглеродистой стали относительно малых сечений.
• Сварка оплавлением используется для соединения деталей с площадью сечения до 100000 мм², таких как трубопроводы, арматура железобетонных изделий, стыковые соединения профильной стали. Применяется для соединения железнодорожных рельсов на бесстыковых путях, для производства длинноразмерных заготовок из сталей, сплавов и цветных металлов. В судостроении используется для изготовления якорных цепей, змеевиков холодильников рефрижераторных судов. Также сварка оплавлением используется в производстве режущего инструмента (например, для сварки рабочей части сверла из инструментальной стали с хвостовой частью из обычной стали)

Точечная контактная сварка

        Это сварочный процесс, при котором детали соединяются в одной или одновременно в нескольких точках. Прочность соединения определяется размером и структурой сварной точки, которые зависят от формы и размеров контактной поверхности электродов, силы сварочного тока, времени его протекания через заготовки, усилия сжатия и состояния поверхностей свариваемых деталей. С помощью точечной сварки можно создавать до 600 соединений за 1 минуту. В большинстве случаев точечной сваркой сваривают изделия при условии расположения электродов с двух сторон относительно свариваемых частей. Это предъявляет определенные требования к габариту конструкций. Разработаны установки, позволяющие производить точечную сварку при одностороннем расположении обоих электродов.

Область применения.

Применяется для соединения тончайших деталей (до 0,02 мкм) электронных приборов, для сварки стальных конструкций из листов толщиной до 20 мм в автомобилестроении, самолётостроении, судостроении, в сельскохозяйственном машиностроении и других отраслях промышленности.

Технология шовной контактной сварки была разработана в конце XIX века. Сварка ведется без плавящегося электрода и присадочного материала. Нагрев и расплавление небольшой области заготовок происходит за счет электрического разряда высокой интенсивности, периодически пропускаемого между двумя роликовыми электродами, к которым прикладывается значительно усилие на сжатие. Шов состоит из множества перекрывающихся зон проплавления.

Листовые заготовки накладываются друг на друга и сжимаются роликовыми электродами с большой силой. На электроды периодически подаются мощные импульсы тока, сила которого достигает тысяч ампер. Протекающий ток сильно нагревает контактное пятно между электродами, доводя метал до плавления. По окончании импульса зона расплавления кристаллизуется под сильным давлением, образуя шовный материал и соединяя заготовки в единое целое. Ролики перекатываются на соседний участок заготовки, подается следующий импульс и рабочий цикл повторяется. Вдоль линии шва образуется цепочка пятен точечной контактной сварки овальной формы. Эти пятна могут частично перекрываться, образуя непрерывную и герметичную шовную линию.

Область применения.

Метод предназначен для сваривания тонкого листового проката, в том числе и имеющего сложные пространственные формы.

Применяется при изготовлении различных емкостей, где требуются герметичные швы — бензобаки, трубы, бочки и др.

Непрерывная шовная сварка осуществляется при непрерывном движении деталей и непрерывном протекании сварочного тока. Толщина свариваемых листов, как правило, не превышает 1 мм. Применяется редко из-за перегрева сварочных роликов и свариваемых деталей, невысокого качества сварки и относительно низкой стойкости электродов. Используется для сварки неответственных изделий из малоуглеродистых сталей.

Прерывистая шовная сварка осуществляется при непрерывном движении деталей и прерываемом включении сварочного тока. Герметичность швов, обеспечиваемая перекрытием литых ядер сварных точек, достигается сбалансированным соотношением скорости вращения роликов и частоты импульсов тока. Толщина свариваемых листов — до 3 мм. Способ прерывистой шовной сварки получил наибольшее распространение благодаря меньшему перегреву роликов и заготовок.

Рельефную сварку можно определить как вид контактной сварки, при которой детали соединяются но поверхности их касания, ограниченной искусственными или естественными выступами (рельефами). При рельефной сварке в отличие от точечной положение контакта между деталями определяется положением рельефов или формой самих участков деталей, подлежащих сварке, а не положением сварочных электродов. Форма и площадь контакта между деталями, распределение тока и тепловыделение в них также в значительной степени определяются формой и размерами рельефов или свариваемых поверхностей.

Область применения.

Рельефная сварка применяется в автомобилестроении для крепления кронштейнов к листовым деталям (например, для крепления скоб к капоту автомобиля, для крепления петель для навески дверей к кабине); для соединения крепежных деталей — болтов, гаек и шпилек. В радиоэлектронике применяется для присоединения проволоки к тонким деталям.

Контрольные вопросы для самопроверки.

1. В чём заключается сущность контактной сварки?

2. Перечислите способы контактной сварки?

3. Почему контактная сварка имеет самое широкое применение в группе сварки давлением?