Материал: Сварка и свариваемые материалы. Технология и оборудование

электрода машины, электрические параметры (напряжение или сопротивление между электродами), степень поглощения ультразвука, уровень акустической эмиссии и т. д. Например, в СССР выпущены приборы ПКС-1, ПДК-3, ПДК-7м, АКС-1 для контроля диаметра ядра по уровню перемещения элект­ рода, вызванного тепловым расширением металла. В послед­ нее время за рубежом большое внимание уделяется системам контроля качества соединений стальных деталей по «динами­ ческому» сопротивлению, отражающему кинетику изменения его в процессе точечной сварки [1]. Обобщающие параметры можно использовать также при активном контроле (автомати­ ческом регулировании, например автоматическом выключении тока по достижении заданного уровня перемещения электрода). Контроль соединений в готовых изделиях — весьма сложная проблема при контактной сварке. Для этой цели используется рентгеновское просвечивание. Обычно таким образом хорошо выявляются несплошности — трещины, раковины, выплески. Размеры ядра удается определить лишь при введении под на­ хлестку рентгеноконтрастных материалов в виде порошка (сус­ пензии) или фольги с тяжелыми элементами — карбидами вольфрама, серебра, церием.

Из других способов неразрушающего контроля следует от­ метить попытки использовать вихревые токи для определения размеров ядра (например, прибором ДСТ-5РПИ) в соедине­ ниях из стали и сплавов алюминия. Однако при этом достовер­ ность контроля во многом зависит от глубины вмятины, вели­ чин зазоров между деталями и т. п.

Г л а в а 21 КОНТАКТНАЯ СТЫКОВАЯ СВАРКА

21.1. Общие сведения

Контактная стыковая сварка — высокопроизводительный и в значительной мере автоматизированный способ получения соединений. Доля стыковой сварки, преимущественно оплавлением, составляет •-» 1 0 % контактной сварки. Этот способ также относится к электротермодеформационным процессам (ГОСТ 2601—84), но в отличие от точечной и шовной сварки возможно и соединение без расплавления металла за счет его глубокой пластической де­ формации.

21.1.1. Определение, терминология и основные схемы

с приводом усилия и перемещения машины. По характеру нагрева разли­ чают стыковую сварку сопротивлением и оплавлением.

(выдавливание металла из стыка), вместе с которым удаляются поверхно­ стные пленки, либо удаление жидкого металла и части нагретого твердого металла. При этом обеспечивается формирование физического контакта и образование прочного соединения. После сварки на деталях образуется утолщение — грат 5.

При стыковой сварке оплавлением сначала на детали подают напряже­ ние (6 — 8 В) от сварочного трансформатора и сближают их до соприкос­ новения под небольшим усилием, например несколько деканьютонов. В от­ дельных контактах в результате достигается очень высокая плотность тока (до 3—5 кА/мм2), металл в этих точках быстро нагревается, расплавляется с образованием перемычек жидкого металла между торцами свариваемых деталей. Эти перемычки быстро перегреваются и взрывообразно разруша­ ются. Торцы нагреваются за счет непрерывного образования и разрушения перемычек, т. е. оплавления торцов. К концу процесса на торцах образуется сплошной слой жидкого металла. В этот момент резко повышается скорость сближения и усилие, торцы входят в контакт и большая часть жидкого ме­ талла вместе с поверхностными пленками и частью твердого металла выдав­ ливаются из стыка с образованием грата. Во время осадки ток обычно от­ ключается.

Известны случаи сварки одновременно двух стыков, нагрев токами вы­ сокой частоты, постоянным током и другие разновидности стыковой сварки.

21.1.2. Физические основы образования соединений

Основными процессами при стыковой сварке являются нагрев и пластическая деформация свариваемого металла, обеспечи­ вающие удаление поверхностных пленок, образование физиче­ ского контакта и получение соединений с заданными свойст­ вами.

Нагрев свариваемого металла

При нагреве необходимо достичь заданную температуру в стыке и прогреть околошовную зону на определенную глу­ бину для обеспечения необходимой степени деформации на ста­ дии осадки. При сварке сопротивлением основная доля теплоты (85—90 %) выделяется на сопротивлении деталей, так как гд. д быстро снижается, а гэ.д остается в течение всего процесса на довольно низком уровне (рис. 21.2). Температурное поле опре­ деляется решением дифференциального уравнения теплопровод-

нагрева. Большие сечения рекомендуется сваривать при про­ граммном регулировании тока (вторичного напряжения) и скорости оплавления или использовать импульсное оплавление. В последнем случае на основное поступательное движение плиты машины накладывается колебание, например, с часто­ той 3—45 Гц и амплитудой 0,1—0,8 мм, что вызывает периоди­ ческое изменение зазора между деталями, повышение на 10— 15 % температуры в околошовной зоне; в три—четыре раза уменьшается время оплавления и расход электроэнергии.

Пластическая деформация металла

Назначение этого процесса— создание электрического контакта на начальной стадии, обеспечиваемого при давлении 5—10 МПа (сварка сопротивлением) и ~ 1 кПа (сварка оплавлением), а также удаление поверхностных пленок и образование физического контакта по достаточно большой площади на

к всестороннему сжатию, а вблизи поверхности деталей отмечается действие растягивающих окружных напряжений ое

Степень объемной пластической деформации характеризуют коэффициен­

рочению деталей при осадке (Дос), которое обеспечит полное закрытие за­ зора (Дэ), вытеснение жидкого металла (26ж) и деформацию (смятие) кра­ теров (2ДКр). Величина Дос зависит от рельефа оплавленных поверхностей, например она возрастает при увеличении сечения деталей.

Параметры цикла осадки — усилие и скорость осадки (Foc и и0с). При увеличении сечения деталей, жаропрочности свариваемого металла и скоро­

дробление. Тем не менее при сварке сопротивлением металл в значительной мере окисляется и частицы оксидов частично остаются в стыке. При сварке оплавлением происходит непрерывное обновление поверхностей за счет вы­ броса перемычек, образование паров, препятствующих попаданию газов и связывающих их в нейтральные соединения. Это обеспечивает надежную защиту металла от атмосферы и лишь при сварке таких активных металлов, как титан и молибден рекомендуется вести процесс в среде защитных газов.

21.1.3. Технологические возможности стыковой сварки

Стыковой сваркой соединяются все известные конструкцион­

ные металлы как однородные, так и разнородные (см. раздел 21.2.1) в широком диапазоне сечений от 1—2 мм2 до 20 дм2 в виде проволоки, полос, профилей и т. п. При сварке сопро­

тивлением сечение свариваемых деталей (обычно круглое) ог­ раничено 500 мм2 для сталей, 200 мм2 для алюминия и меди из-за относительно низкой прочности и пластичности соедине­ ний и высокой энергоемкости.

Наибольшее распространение получила сварка оплавлением. Непрерывным оплавлением сваривают детали компактного

21.2.2. Подготовка к сварке

Для получения соединений высокого качества поверхности должны быть ровными и чистыми. Торцуют детали механиче­ ской резкой ножницами, пилами на металлорежущих станках, плазменной или газовой резкой. Дополнительно торцы и по­ верхности детали под зажимы обрабатывают металлической

дробью, травлением, фрезерованием или шлифованием. Пере­ косы иногда устраняют предварительным оплавлением. При

сварке сопротивлением зазор между торцами не должен пре­ вышать 0,5 мм, оплавлением — 15 % припуска на оплавление.

иметь и большую установочную длину. При сварке оплавле­ нием /1 + /2=Аопл+Дос+Дк, где Дк— конечное расстояние между зажимами, выбираемое из условия сохранения устойчи­ вости деталей и низкого уровня теплоотвода в зажимы (обычно Дк^Допл+Аос). Для круглых стержней l\ + h —(0,74-1,0) d, для полос (4ч-5) s.

21.2.3. Выбор параметров режима

Значения параметров режима (программа их изменения) оп­ ределяются видом сварки и свойствами свариваемых металлов.

Сварка сопротивлением характеризуется -следующими ос­ новными параметрами:

—плотностью тока, определяемой удельным сопротивле­ нием металла, А/мм2: при сварке сталей 100—150, алюминия 200—300, меди 400—500;

—временем сварки, увеличивающимся с ростом площади

сечения детали (равномерный прогрев) и уменьшающимся с ростом теплопроводности (сплавы алюминия и меди), состав­ ляющим в среднем 0,2—1 с (диаметр проволоки sg:5 мм);

— давлением при осадке (рос), связанным с сопротивле­ нием пластической деформации нагретого металла, МПа, —20 для малоуглеродистых сталей, 125 для легированных, —10 для цветных металлов.

Сварка оплавлением определяется следующими основными параметрами:

— плотностью тока в расчете на полное сечение детали, увеличивающейся с ростом сечения, тепло- и электропроводно­ стью металла, заметно меньшими, чем при сварке сопротивле­

ность тока может быть снижена;