Контактная точечная электросварка

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Процесс контактной точечной электросварки

1.1 Общие сведения

Сварка -- процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого. Обычно применяется для соединения металлов, их сплавов или термопластов.

Для производства сварки используются различные источники энергии: электрическая дуга, газовое пламя, лазерное излучение, электронный луч, трение, ультразвук. Развитие технологий позволяет в настоящее время осуществлять сварку не только на промышленных предприятиях, но и на открытом воздухе, под водой и даже в космосе. Производство сварочных работ сопряжено с опасностью возгораний, поражений электрическим током, отравлений вредными газами, облучением ультрафиолетовыми лучами и поражением глаз.

Контактная сварка (электрическая контактная сварка) - это процесс образования неразъемных соединений конструкционных металлов путем их кратковременного нагрева электрическим током и пластического деформирования усилием сжатия.

Контактная сварка относится к комбинированным (термомеханическим) способам сварки.

Точечная сварка является разновидностью контактной сварки, поэтому в основу ее технологии заложены тепловое воздействие электрического тока по закону Джоуля -- Ленца и усилие сжатия свариваемых деталей.

В процессе сварки ток проходит от одного электрода к другому через металл заготовок. Электроды для контактной точечной сварки изготовляются из сплавов с высокой электропроводностью, чтобы сопротивление в контакте электрод-деталь было минимальным. Поэтому в местах контактов деталь-деталь происходит наибольший нагрев за счет наибольшей величины электрического сопротивления. Разогрев и расплавление металла под действием электрического тока приводит к образованию литого ядра сварной точки, диаметр которой обычно составляет 4--12 мм.

Различают мягкий и жесткий режимы точечной сварки. Мягкий режим характеризуется большей продолжительностью времени сварки и плавным нагревом заготовок умеренными силами тока, с плотностью тока на рабочей поверхности электрода обычно не превышающей 100 А/ммІ. Время протекания тока обычно 0,5--3 секунды. Преимуществами мягких режимов являются меньшие потребляемые мощности, по сравнению с жесткими режимами; меньшие нагрузки сети; менее мощные и более дешевые сварочные машины, необходимые для производства точечной сварки; уменьшение закалки зоны сварки. Мягкие режимы применяют для сварки сталей, склонных к закалке.

Жесткий режим точечной сварки характеризуется малой продолжительностью времени сварки, большими, чем при мягком режиме, значениями силы тока и значительным сжимающим давлением электродов. Плотности тока достигают 120--300 А/ммІ при сварке стали. Время протекания тока обычно 0,1--1,5 секунды. Давление электродов обычно принимают в пределах 3--8 кг/ммІ. К недостаткам жестких режимов относятся повышенная мощность, потребляемая при сварке; значительные нагрузки сети; мощные сварочные машины. Преимущества -- уменьшение времени сварки и повышение производительности.

1.2 Классификация контактной сварки

Все способы контактной сварки классифицируют по ряду признаков:

- по форме сварного соединения - точечная, рельефная, шовная, стыковая;

- по конструкции соединения (нахлесточное или стыковое);

- по состоянию металла в зоне сварки - с расплавлением металла и без расплавления;

- по способу подвода тока - одно- и двусторонняя;

- по роду сварочного тока и форме импульса тока (переменный - промышленной, повышенной и пониженной частоты, постоянный, униполярный - ток одной полярности с переменной силой в течение импульса);

- по числу одновременно выполняемых соединений - одноточечная, двухточечная, многоточечная, сварка одним или несколькими швами и т.д.;

- по наличию дополнительных связующих компонентов (клея, грунта, припоя и др.);

- по характеру перемещения роликов при шовной сварке - непрерывная (с постоянным вращением роликов) или шаговая (с остановкой роликов на время сварки).

1.3 Контактная точечная электросварка

Контактная сварка (точечная сварка) одна из самых важных видов сварки. Изобретена 90 лет назад и на сегодня не исчерпала всех своих возможностей. Контактная сварка используется в массовом или серийном производстве однотипных изделий.

Контактная сварка (точечная сварка) основана на разогреве металла проходящим по нему током. Тепло выделяемое при проходе тока достигает температуры плавления металла. Проще говоря между метала происходит взрывной эффект, и делали свариваются между собой. При контактной сварке (точечной сварке) путь тока неоднороден, особенно больше сопротивление возникает в контакте между свариваемыми частями, поэтому путь тока и предлагающаяся к нему зона металла разогреваются очень быстро, интенсивно. В ходе контактной сварки (точечной сварка) сопротивление постепенно исчезает, соединяя детали в одно целое.

При точечной сварке даже при авто ремонте небольшие аппараты контактной сварки уже требуют тысячи ампер а более крупные десятки тысяч ампер. Вместе с тем для контактной сварки (точечной сварки) напряжение U очень мало и составляет несколько (2-6) вольт. Это происходит из-за того, что все металлы имеют большую электропроводимость и малое сопротивление, как следствие для быстрого нагрева металла и компенсации потерь тепла необходимо пользоваться большими сварочными токами. Сварочный ток такой мощности генерирует специальные трансформаторы, имеющие всего один виток во вторичной обмотке.

В сварочном трансформаторе величина сварочного тока может изменяться регулятором, меняющим число включенных витков первичной обмотки и тем самым -- коэффициент трансформации и сварочный ток. Включение и выключение сварочного тока производится в первичной цепи прерывателем, такие прерыватели часто имеют сложное устройство, поскольку требуемая точность момента включения достигает сотых и даже тысячных долей секунды. Сварочный трансформатор с регулятором обычно встраивается в корпус машины для контактной сварки и конструктивно составляет с ней одно целое.

Контактная точечная сварка представлена на рисунке 1.1

Рисунок 1.1 - Схема контактной точечной сварки

Точечная сварка различается по количеству одновременно свариваемых точек. Она может быть одноточечной, двухточечной и многоточечной. Одноточечная применяется при соединении нескольких листов. Многоточечная используется для изготовления штампосварных конструкций, например узлов кабины автомобиля или кузова. По схеме двухточечной сварки успешно соединяют детали большой толщины с двусторонним подводом тока от двух трансформаторов.

По расположению электродов в к свариваемых деталях точечная сварка делится на: двустороннюю и одностороннюю. Двусторонняя - когда две (или большее число заготовок) сжимаются между электродами точечного аппарата. Односторонняя - когда можно соединять детали одновременно двумя точками.

Точечные соединения делят на удобные, неудобные, нормальные, трудновыполнимые.

Точечную сварку классифицируют, также, в зависимости от толщины и вида скрепляемых металлов. Она может иметь цикл с одним импульсом тока и, соответственно, с постоянным усилием сжатия. Данный вид применим для низкоуглеродистой стали (толщиной не более 5 мм). Цикл с несколькими импульсами тока применяется для сварки стали большей толщины. Например, двухимпульсный цикл может обеспечивать термообработку соединения в машине. А для сварки металлов уже большей толщины и высокой прочности, твердости целесообразно применять цикл с увеличенным ковочным давлением. Следует отметить, что цикл для соединения алюминиевых сплавов на конденсаторных машинах более сложен. В качестве альтернативы можно приобрести станок шовной сварки, который отличается простотой и удобством. Но качество соединение швов будет немного уступать.

Также, для обеспечения стабильности процесса большое значение имеет подготовка деталей, от которых зависит качество соединений. Детали перед сваркой необходимо зачистить, подогнать и собрать в приспособлении (а можно прихватить).

1.4 Расчет геометрии сварного шва

В данном задании нам известна длина сварного шва равная 1500мм. Также известно, деталь изготовлена из стали 3. Поэтому, исходя из этих данных стенка нашей трубы будет равна 6 мм в соответствии с ГОСТ 15878 - 79 «Контактная сварка. Соединения сварные. Конструктивные элементы и размеры».

Так как мы будем сваривать трубы, то воспользуемся контактной шовной сваркой, не отклоняясь от требований ГОСТ 15878 - 79.

Шовная контактная сварка - способ, при котором детали соединяются контактным сварочным швом, состоящим из отдельных сварных точек (литых зон), перекрывающих или не перекрывающих одна другую. При контактной сварке с перекрытием точек шов будет герметичным, а при контактной сварке без перекрытия шов практически не отличается от ряда точек, полученных при точечной сварке.

Особенность шовной контактной сварки состоит в том, что она выполняется с помощью двух (или одного) вращающихся дисковых электродов-роликов, между которыми с усилием сжаты и прокатываются соединяемые детали. К роликам подводится сварочный ток, который, как и при точечной сварке, нагревает и расплавляет металл в месте соединения.

Конструктивные элементы сварных соединений, выполненные контактной шовной сваркой представлены на рисунке 1.2

Рисунок 1.2 - Конструктивные элементы сварных соединений, выполненные контактной шовной сваркой

Исходя из данных ГОСТ 15878 - 79, расчетный диаметр литого ядра точки или ширина литой зоны шва d на чертеже сварного шва равен 10 мм.

Величина проплавления должна составлять от 20 до 80% толщины деталей. Толщина стенки данной детали составляет 6 мм. Следовательно,

Тогда рассчитаем площадь данного сварного шва, представленного на рисунке 1.2, исходя из того, что он представляет собой две геометрические фигуры - треугольники. Площадь треугольника рассчитывается по следующей формуле:

,

где - площадь треугольника,

- расчетный диаметр литого ядра точки или ширина литой зоны шва, мм;

- величина проплавления, мм.

Разобьем площадь нашего сварного шва на два треугольника, и рассчитаем их площади:

1.5 Выбор типа машины для контактной сварки

Для шовной контактной сварки выбираем следующий тип машины: КШ-001. Данный тип машины представлен на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3. Машина для контактной шовной сварки типа КШ-001

Назначение данной машины состоит в следующем:

Стационарная машина c шарошечным приводом на каждый ролик предназначена для контактной шовной сварки поперечным швом деталей из низкоуглеродистых сталей с гальваническим покрытием и без покрытия, легированных сталей.

Машина снабжена системой управления сварочным процессом, построенном на программируемом контроллере, обеспечивающей автоматическую стабилизацию заданных параметров с индикацией фактических значений.

Технические характеристики представлены в таблице 1.

Таблица 1

Технические характеристики машины для контактной шовной сварки типа КШ-001

1.6 Разработка режима сварки

Режим сварки - это совокупность основных показателей процесса. В режим точечной сварки входят: установочная длина - суммарное расстояние между электродами 2; плотность тока (сварочный ток) ; усилие осадки ; длительность прохождения тока .

Тогда, рассчитаем площадь заготовки, с длиной 1500мм, и с толщиной в 6 мм.

Тогда:

Тогда (кА/ м;

.

Время сварки определяется следующим образом:

где - время сварки, ч;

Тогда,

Расход электроэнергии при контактной сварке рассчитывается по формуле

где - расход электроэнергии, кВт/ч;

- величина сварочного тока, кА;

- напряжение питающей сети, В;

- время сварки, ч.

1.7 Дефекты точечной сварки

Дефектными считаются сварные соединения (точка, стык, шов), а также детали и узлы, имеющие различные недостатки и изъяны. Скопление дефектов в одном соединении и детали приводит к браку. Дефекты могут быть исправимыми и неисправимыми. В технических условиях иногда указываются характер, количество и величина дефектов, допускаемых без исправления; перечисляются дефекты, которые разрешается исправлять, и рекомендуемые способы исправления. Детали или узлы с неисправимыми дефектами бракуются.

Качество соединений, выполненных контактной сваркой, проверяется без их разрушения практически лишь внешним осмотром и пробой на герметичность; эти способы контроля недостаточно надежны. Поэтому для получения изделий высокого качества большое значение имеют точная наладка и правильная эксплуатация контактных машин, выполнение при сварке заданного технологического режима и проверка качества поступающего на сварку металла. Все это может исключить образование дефектов.

При точечной и шовной сварке в соединениях могут образоваться следующие дефекты: непровар, пережог, глубокие вмятины, трещины, выплески. Непровар -- наиболее серьезный и опасный дефект; при непроваре литое ядро точки отсутствует или имеет недопустимо малые размеры. При шовной сварке непровар может быть в том случае, если одна точка не перекрывает другую или величина перекрытия очень мала (при достаточных размерах литого ядра каждой отдельной точки).
Непровар может привести к разрушению всего изделия или узла, к появлению местных расслоений, при шовной сварке -- к негерметичности соединения.

Непровар не всегда можно обнаружить при контроле сваренного узла; часто он выявляется при эксплуатации готового изделия; например, в бензобаке автомобиля, сваренном на шовной машине из двух штампованных половин, неплотности иногда обнаруживаются лишь после значительного пробега. Непровар образуется вследствие недостаточного или не концентрированного нагрева, что происходит из-за нарушения режима: малого сварочного тока, чрезмерного усилия сжатия между электродами, недостаточного времени протекания тока и увеличившейся рабочей поверхности электродов.

Возможность образования непровара при точечной сварке устраняется правильным подбором указанных параметров режима и поддержанием их в течение сварки всей партии деталей. Пережог и прожог -- часто встречающиеся дефекты, которые можно обнаружить по внешним признакам: большой и глубокой вмятине, сильно окисленной поверхности точки или шва, иногда с губчатым строением. При пережоге, как правило, появляется большая зона цветов побежалости на поверхности детали. Иногда точка или участок шва как бы прорезаны по границе сварки. В точке может образоваться сквозное отверстие (свищ) и произойти наружный выплеск. При прожоге в детали под электродом получается отверстие, диаметр которого равен или даже несколько больше диаметра рабочей поверхности электрода или ширины рабочей части ролика. При этом металл детали наплавляется на электрод. В этом случае электрод необходимо зачистить или сменить.

Причины появления пережога и прожога следующие: чрезмерно большой сварочный ток и излишнее время его протекания, малое усилие сжатия между электродами и недостаточная величина их рабочей поверхности, малая скорость перемещения изделия при шовной сварке, загрязнения поверхностей свариваемых деталей и электродов.

Нередко прожоги образуются вследствие того, что точка или шов расположены слишком близко к кромкам деталей, когда детали неправильно собраны в углах и при больших зазорах в отбортовке. Несогласованность работы механизмов машины, например, включение сварочного тока до получения максимального усилия между электродами или снятие усилия до выключения тока, также приводит к прожогу.

Повышение напряжения в электрической сети, происходящее, как правило, в вечерней и ночной сменах, когда нагрузка резко уменьшается, может вызвать пережог, особенно, при шовной сварке.
Для предупреждения появления пережогов и прожогов необходимы правильный выбор и стабилизация основных параметров режима, систематический контроль состояния поверхности свариваемых деталей и их сборки.

Глубокие вмятины в точках и шве уменьшают площадь сечения детали, вследствие чего снижается прочность сварного соединения. При очень большой глубине шва происходит прорезание его; этот дефект не подлежит исправлению. Допустимой следует считать глубину вмятины, которая составляет не более 10% толщины одной из деталей, входящих в соединение.
Глубокие вмятины образуются вследствие больших величин сварочного тока и усилия сжатия между электродами. Односторонняя глубокая вмятина и острый гребешок с противоположной стороны точки могут образоваться при работе электродами с неравномерным износом, а так же при сварке деталей, собранных с зазорами.

Избежать появления глубоких вмятин можно путем тщательной подгонки электродов при их установке и заправке; при этой операции необходимо обеспечить соосность электродов и параллельность их рабочих поверхностей. Сварочный ток и усилие сжатия между электродами должны соответствовать механическим и физическим свойствам свариваемого металла.

Трещины -- очень опасный дефект, так как они могут привести, особенно при динамической нагрузке, к разрыву основного металла на пограничном с дефектной точкой участке. В сварной точке трещины располагаются по окружности в радиальном направлении или пересекают ее; при шовной сварке трещины располагаются в поперечном и продольном направлениях в середине шва. Наружные трещины можно обнаружить невооруженным глазом или при помощи лупы; внутренние трещины выявляются неразрушающими способами контроля.

Причины появления трещин, в основном, те же, что и причины пережога. При сварке сталей с повышенным содержанием углерода и легированных сталей трещины возникают вследствие применения жестких режимов.

Сварка сталей, склонных к трещинообра-зованию, в большинстве случаев выполняется на мягких режимах, а также с применением сложных циклов, включающих предварительный нагрев кратковременными импульсами тока и термическую обработку после сварки.
Образования трещин можно избежать путем точного подбора и поддержания основных параметров режима: сварочного тока, времени протекания тока и усилия сжатия между электродами.

Выплески или выбрасывание из свариваемой точки части расплавленного металла ядра бывают наружными и внутренними; наружные выплески обычно сопровождаются сильным искрообразованием. В результате внутреннего выплеска уменьшается объем расплавленного ядра точки, следовательно, снижается ее прочность. При наружном выплеске увеличивается глубина вмятины, происходит сплавление электрода с металлом изделия и портятся поверхности точки и электрода.
Причина выплеска -- неправильно выбранный режим: недостаточное усилие сжатия между электродами, большая величина тока и излишняя длительность протекания его. Нередко причиной выплесков бывает плохая очистка поверхностей свариваемых деталей, особенно, при сварке листовой горячекатаной стали или арматуры железобетона.

Гофры на поверхности свариваемого изделия (при хорошем качестве точек или шва) -- дефект всего сварного соединения. Причина образования этого дефекта -- неправильная последовательность постановки точек (например, от краев к середине). Не следует исправлять гофры постановкой дополнительных точек, так как в этих местах детали получатся прожоги и сквозные отверстия.

Для предупреждения образования гофров, складок и смещений деталей необходима рациональная последовательность сборки и сварки узла. Неравномерный провар -- перегрев одной части точки и непровар другой ее части -- возможен при рельефной сварке. Причинами возникновения этого дефекта являются различная высота выступов и неудовлетворительное состояние поверхностей контактных плит сварочного пресса. Для устранения причин образования этого дефекта необходим своевременный ремонт штампа, на котором изготовляются детали, и наладка контактных плит сварочного пресса.

Здесь рассмотрены основные и наиболее часто встречающиеся дефекты точечной и шовной сварки. Правильный выбор технологического процесса сварки, поддержание требуемого режима, хорошая подготовка поверхностей деталей и выполнение необходимой технологии сборки -- все это, как правило, исключает возможность появления дефектов. Отдельные дефектные точки или очень небольшие участки шва могут появляться в результате случайных неполадок в работе узлов сварочной машины.

Размещено на Allbest.ru