Стыковая сварка - Технология стыковой сварки

Подробности

Опубликовано 25.05.2012 16:20

Просмотров: 22595

Стыковой сваркой соединяют проволоку, стержни, трубы, полосы, рельсы, цепи и другие детали. Разновидности стыковой сварки

Различают стыковую сварку сопротивлением, непрерывным и прерывистым (импульсным) оплавлением, а также сварку оплавлением в подогревом.

При сварке сопротивлением ток включается после закрепления деталей в электродах и их сжатия. Ток и давление при нагреве могут изменяться по определенной программе или быть постоянными.

Локальность нагрева и деформации в стыке достигаются малым начальным (1—3 кгс/мм2) и большим конечным давлением.

При сварке оплавлением закрепленные в зажимах детали сближаются под напряжением с постоянной или возрастающей. Возникающие электрические контакты-перемычки разрушаются при плавлении взрывообразно с выбросом паров и частиц металла и образованием на торцах небольших кратеров с расплавом. Избыточное давление паров металла и обновление торцов снижают интенсивность окисления расплава. После определенного укорочения (оплавления) деталей и образования на их торцах достаточно равномерного слоя расплава детали сжимаются с большой скоростью и расплав о окислами и перегретый металл около стыковой зоны деформируются, образуя грат.

Возможно оплавление с периодическим возбуждением дуги искровым разрядом или оплавление при повышенных в 3—4 раза напряжениях, форсирующих образование дуг при разрыве контактов. Кратковременно горящая дуга повышает температуру расплава на торцах с выравниванием их поверхности.

Коэффициент использования тепла при оплавлении повышают программированием U2о или U20 одновременно.

При сварке импульсным оплавлением закрепленные в электродах детали сближаются под напряжением б медленно нарастающей скоростью при колебательном движенииамплитудой 0,3—1,0 мм и частотой 3—35 Гц. Периодическое повышение увеличивает длительность существования контактов в твердом состоянии, вызывая их частичное поверхностное плавление, а снижении ускоряет выброс расплава без образования глубоких кратеров и больших потерь тепла с выброшенным металлом.

Длительность импульсов тока в начале достигает 0,5, а пауз — одного периода. По мере прогрева паузы уменьшаются, средняя величина тока растет. Перед осадкой ток протекает без пауз. По сравнению

е оплавлением при низких напряжениях средний ток увеличивается в несколько раз, в 10—15 раз уменьшается необходимая для возбуждения оплавления мощность W, в 4—5 раз уменьшается припуск на оплавление. Импульсное оплавление локализует нагрев и расширяет высокотемпературную зону, предупреждая этим быструю кристаллизацию расплава.

При сварке оплавлением | подогревом в машине детали могут периодически сближаться со скоростью 5—6 мм/с и кратковременно (0,5—4 с) сжиматься под током при небольшом давлении (0,3—0,8 кгс/мм2) или нагреваться импульсами тока при программировании давления. После подогрева до определенной температуры детали оплавляются и осаживаются. Подогрев, расширяя зону нагрева и замедляя кристаллизацию расплава, уменьшает требуемую W, конечную и ШЯ Оплавление после подогрева осуществляется с постоянной или нарастающей по определенной программе скоростью, заметно меньшей в начале, чем скорость сближения при подогреве или равной ей.

Сварку сопротивлением производят с большими (100 — 200 А/мм2) или умеренными (25 — 100 А/мм2) плотностями тока /с. Большие токи при небольшом давлении обеспечивают быстрый нагрев металла и направленную деформацию | в стыке (рис. 52, а). Так сваривают

детали небольшого сечения без защитной среды при || = 150 — 200 А/мм2. При меньших /с соединение имеет более плавное очертание (рис. 52, б). Стали при /с до 100 А/мм2 и медь до 120 А/мм2 сваривают после тщательной подгонки торцов и при специальных схемах деформации или в защитной среде. Детали большого сечения сваривают в защитных средах, вакууме, после специальной подготовки в схемах всестороннего напряженного сжатия или при закладывании пластичных прокладок.

Формирование соединения и его прочность

Окисление при стыковой сварке предупреждается или значительно уменьшается защитными средами, уменьшением длительности и расширением зоны нагрева, а также перегревом расплава при оплавлении на его конечной стадии (см. 1 2).

Схемы стыковой сварки сопротивлением (а, б) и оплавлением (в — начальная, г — промежуточная, д — конечная стадии), а также макроструктура стыка, сваренного оплавлением.

В стыке деталей из низкоуглеродистой стали, сваренном сопротивлением, зерно крупнее, чем в самом металле. Сварка в углеводородной среде сопровождается науглероживанием стыка, а на воздухе — обезуглероживанием и скоплением феррита с мелкими окислами. После сварки оплавлением стык углеродистых сталей имеет плохо травящийся металл (рис. 52, е), который образуется в результате особых условий деформации и охлаждения расплава и металла, находящегося в двухфазном состоянии.

Быстрая осадка, уменьшая окисление и предупреждая кристаллизацию расплава, способствует хорошему взаимодействию частиц соединяемых поверхностей. Расплав на торцах (рис. 52, б), спрессовываясь, заполняет неровности и, утончаясь, частично вытесняется на поверхность (рис. 52, г, д). С увеличением осадки измельчается зерно стыка и перегретой зоны, растет площадь сварки и дробятся окислы, если они возникли и наклёпывается металл. Светлая полоска или скопления карбидов в стыке не ухудшают его прочности, хотя пластичность соединений из-за особых условий его деформации при осадке понижается. Строчечность и другие дефекты стали, мало меняя прочность, заметно понижают пластичность.

Равномерный слой расплава и защитные среды позволяют существенно уменьшить величину осадки. Газовая среда около торцов при интенсивном оплавлении углеродистой стали содержит только 0,3—1% кислорода и 0,5—2% СО и С02. Оплавление в камерах или в электропроводных флюсах уменьшает окисление, однако это усложняет процесс.

При сварке некоторых материалов (например, низкоуглеродистых хромистых сталей с 15—25% Сг) возможны структурные изменения с порчей границ зерен, не устраняемые термообработкой, или насыщение нагретого металла газами. Обычно неблагоприятен как длительный нагрев, снижающий свойства из-за перегрева, так и кратковременный, приводящий к появлению закалочных структур.

Часто у деталей большого компактного сечения перегрев предупреждают охлаждением водой после сварки, а повышение твердости тонких полос замедленным охлаждением.

Выбор разновидности сварки

Наиболее широко применяют сварку оплавлением. Сваркой сопротивлением из-за возможного окисления при нагреве соединяют детали из низкоуглеродистой стали сечением до 200 мм2 и меди до 100 мм2 (стержни, бруски и др.).

Детали большего сечения сваривают после специальной подготовки или при схемах всестороннего сжатия с переменным усилием или с программированием тока.

Непрерывным оплавлением сваривают детали компактного сечения до 1000 мм2, а также листы и трубы до 10 000 мм2. При программировании напряжения и использовании регуляторов возможна сварка деталей компактного сечения до 20 000 мм2. Подогрев, снижая требуемую мощность, позволяет сваривать изделия из закаливающихся сталей площадью до 25 000 мм2. Импульсным оплавлением сваривают детали компактного сечения площадью до 400 000 мм2 и более.?

Подготовка к сварке

Подготовка предусматривает конструктивное оформление деталей, правку, обработку концов и очистку контактных участков. Оплавлением хорошо свариваются специально подготовленные детали (рис. 53, а). Кольцевой выступ при сварке сопротивлением (рис. 53, б) локализует нагрев, изолирует поверхность стыка от доступа кислорода. У труб (рис. 53, в) и прутков конус (рис. 53, е), сфера (рис. 53, г) или конус с притуплением (рис. 53, ж) облегчают сварку сопротивлением

Рис. 53. Подготовка деталей к сварке оплавлением (а) и сопротивлением (б — ж)

и удаление окислов. Равномерный подогрев деталей с перпендикулярными торцами (рис. 53, д) без тщательной их подгонки и импульсного включения тока затруднен.

Трубы и другие сложные детали иногда калибруют. Для сварки оплавлением пригодны детали после резки на механической или термической резке с очисткой от заусенцев и шлака. Различие в диаметрах не должно превышать 15%, а по толщине 10%. Максимальный зазор между торцами свариваемых соприкасающихся деталей не должен превышать 15% от Доли. Если зазор больше, то на такую же величину увеличивают. Уменьшение сечения деталей заточкой облегчает возбуждение оплавления. Подогрев иногда стабилизируют предварительным оплавлением, устраняющим перекосы. При плохой чистке сопротивление /?од и потери W растут, а /с уменьшается, что приводит к пригарам и износу электродов, а также нарушается центрирование деталей.

Зачистка в ряде производств автоматизирована. Окалину удаляют металлической дробью, травлением, нагревом газовым пламенем, резанием. Мелкие детали очищают в галтовочных барабанах.

Детали с горячекатаной окалиной иногда сваривают при больших усилиях зажатия с частичным ее разрушением. Ржавчину удаляют, так как она разлагается в зоне нагрева и повышает окислительную способность среды.

Сварка сопротивлением

Режим сварки сопротивлением определяется установочной длиной, длительностью нагрева, программами усилия, сжатия и плотностью тока. При чрезмерной и малом Р отмечается выплеск, а при малой непровар. Проволоку из углеродистой стали правят 90—120 и сваривают с термообработкой соединений при /т = 0,6 — 0,8/с. С увеличением d проволоки от 1 мм до 5 мм / снижается от 400—450 А/мм2 до 80—100 А/мм2, a tc увеличивается от 0,5 до 2 с. Обычно сваривают при малом начальном и большом конечном Рс. Начальное Рс подбирают, исходя из плавления металла торцов, а конечное с учетом улучшения структуры металла соединения. Возможна также Сварка с постоянным давлением, близким у ста- Ь ли к 2—4 кгс/мм2, меди к 1,5—2 кгс/мм2, алюминия к 1—1,5 кгс/мм3.

Усилие зажатия Рга>,< в 2—3 раза больше Рс.

Потери металла на подогрев при большой / для низкоуглеродистой

стали составляют (0,5—l,0)d, алюминия и латуни (1—2)d и меди (1,5—2,5)d. Припуск на осадку в 1,5—1,7 раза меньше этих потерь. Длительность осадки под током 1ООЛ при повышенном давлении близка к 0,05<1 У высокопрочных проволок конечное давление достигает 10—15 кгс/мм2. Мощность W при ПВ-50% ориентировочно выбирают равной d проволоки или исходя из 0,3—0,5 кВ-А/мм2.

Равномерность нагрева достигается специальной подготовкой торцов (см. рис. 53 е—о/с). Скос на 10—30е у жаропрочных проволок обеспечивает при начальном давлении 1—3 кгс/мм2 равномерный нагрев, а после деформации на 20—25% при давлении до 30—40 кгс/мм. доброкачественные соединения. Также целесообразны скосы на трубах. Проволоку часто сваривают при плоских торцах, полученных резкой на дисковых ножах с отверстиями, перпендикулярными плоскости реза и близкими к d проволоки. Плоскости ножей должны плотно прилегать друг к другу, а подвижный нож должен быть в 2—3 раза толще неподвижного. Повышенная / локализует нагрев торцов. Полезна предварительная опрессовка торцов, включение тока, снижение давления при нагреве до 0,5—0,8 ТПП и повторное повышение давления.

Разнородные металлы иногда сваривают через биметаллические или спеченные пластины, а тугоплавкие металлы через пасту из гидридов металла или порошок металла.

Более теплопроводный из разнородных материалов сваривается при большей установочной длине, которая оценивается по равномерности нагрева. У цветных металлов + /2 увеличивают, раздвигая токоведущие электроды, и обеспечивают промежуточными изолированными вставками, которые уменьшают зону деформируемого металла около стыка.

При такой схеме медные витки сваривают со срезанием грата ножами при начальном давлении 0,3—0,8 кгс/мм2 и конечном — 35—45 кгс/мм2. Плотность тока составляет 110—180 А/мм2, а укорочение (2,0—3)6, из которого на подогрев расходуется (0,5—0,6)6, а на нагрев под током — (1,4—2,4)6. Витки сечением 1,8 X 1,2 и 4,5 X 12,5 мм2 при подогреве укорачиваются на 2 и 4,2 мм, а при осадке — на 3,2 мм и 6,4 мм соответственно. По такой же схеме соединяют провод из. чистой меди диаметром 7—16 мм при / = 380 А/мм2 и средней температуре нагрева 0,7—0,75 Начальное давление составляет 0,1—0,3 кгс/мм2, а конечное — 35—40 кгс/мм2. Концентрированный нагрев контактной зоны и большие скорости осадки vQC = 150 — 250 мм/с исключают разупрочнение металла и обеспечивают высокие пластические и электрические свойства соединений.

Детали сечением более 300 мм2 сваривают в защитных газах. Трубы диаметром 32 X 4 мм из стали 20 и ряда хромистых сталей сваривают в смесях азота с водородом, очищенных от кислорода и влаги при скосе кромок 6°, усилии подогрева 650 кто и осадке 4000 кгс длительности 4 с и токе 11—12 кА. Средняя удельная мощность близка к 0,1 кВт/мм2. Трубы на участках нагрева тщательно зачищают от окислов, ржавчины и грязи; газ подают в камеры через фильтры, исключающие интенсивное омывание нагретого металла.

Иногда стыки изолируют материалами, плавящимися при более низкой температуре. Без расплавления стыки соединяют тогда, когда сварка в жидком состоянии невозможна.