Контактная электрическая сварка

Цель работы: изучить способы электрической контактной сварки и используемое оборудование. Приобрести практические навыки выполнения простейших сварочных работ.

Общие указания

Каждой лабораторной работе должна предшествовать предварительная подготовка, в ходе которой студент должен:

1. изучить методические указания к лабораторной работе, ознакомиться с теорией электродуговой сварки;

2. ознакомиться с теоретическим материалом лекционного курса или рекомендуемой литературой,

3. проверить свою готовность к выполнению лабораторной работы по контрольным вопросам.

Проверка знаний студентов по выполняемой работе осуществляется преподавателем.

 

Основные правила безопасности при выполнении лабораторных работ по сварке

Перед выполнением лабораторных работ преподаватель производит инструктаж по технике безопасности, что регистрируется в специальной книге (журнале) личной подписью каждого студента.

Перед выполнением очередной работы повторно инструктирует студентов в соответствии с проводимым занятием.

Студентам запрещается: приступать к выполнению работ без ознакомления с правилами техники безопасности; производить какие-либо работы без разрешения или отсутствия преподавателя; открывать электрощиты и коробки.

Студент должен знать расположение рубильников аварийного отключения энергии и мест размещения средств огнетушения.

Общие сведения

Контактная сварка – процесс соединения деталей нагревом их в месте контакта до пластического или жидкого состояния с применением одновременного или последующего сильного сжатия (осадки), обеспечивающего взаимодействие атомов металла.

Контактная сварка – один из высокопроизводительных способов сварки; она легко поддается механизации и автоматизации. Способы контактной сварки получили наибольшее промышленное применение благодаря простоте выполнения и высокой производительности. Ее широко применяют в машиностроении и строительстве

На заводах, изготовляющих стержни для арматуры из углеродистой (Ст3, Ст5) и низколегированной стали (25Г2C, 35ГC, 30Г2C), а также при монтаже каркасов, сеток и других арматурных конструкций применяют контактную сварку, которая обеспечивает высокую производительность.

По форме свариваемого соединения, определяющего тип сварочной машины, контактную сварку разделяют на стыковую, точечную и роликовую. При всех видах контактной сварки металл нагревается за счет выделения тепла при прохождении электрического тока по свариваемым деталям; количество этого тепла определяется известным законом Джоуля – Ленца:

Q = 0,24 I² R t

где I – сварочный ток, А; R – сумма сопротивлений отдельных участков цепи, Ом; t – время протекания тока, с.

 

Особенностью контактной сварки является применение кратковременных (доли секунды) импульсов сварочного тока большой силы (иногда до 100 000 А) при напряжении 0,3 – 10 В. Такой режим сварки повышает производительность труда, экономит электроэнергию, снижает возможность окисления деталей, уменьшает зону термического влияния, позволяет управлять процессом тепловыделения и теплоотвода, т. е. процессом формирования соединения.

Машина для контактной сварки состоит из понижающего трансформатора; механизмов, обеспечивающих закрепление, создание усилий сжатия и перемещение свариваемых деталей; пульта управления.

Стыковая сварка

Стыковая сварка является видом контактной сварки, при которой заготовки свариваются по всей поверхности соприкосновения.

Стыковую сварку (рис. 1) разделяют на сварку оплавлением и сварку сопротивлением. Стыковую сварку с разогревом стыка до пластического состояния и последующей осадкой называют сваркой сопротивлением, а при разогреве торцов до оплавления – сваркой оплавлением. При сварке сопротивлением торцы деталей тщательно обрабатывают, детали сводят до соприкосновения и включают ток. После нагрева металла в месте контакта до пластического состояния давление сжатия повышают. Этот способ может быть использован для сварки изделий из стали, меди и латуни с площадью контакта до 1500 – 2000 мм².

Наибольшим распространением пользуется сварка оплавлением. При этом не требуется тщательная подготовка кромок. После включения тока детали сводят до соприкосновения и в местах контактов, благодаря высокой плотности тока, происходит оплавление. При последующих соприкосновениях происходит оплавление всего стыка. Прилегающий к стыку металл нагревается до пластического состояния и в этот момент осуществляется его осадка. В процессе осадки с торцов выдавливается жидкий металл и вместе с ним удаляются окислы и загрязнения с кромок. В результате полного удаления окислов удается получать более стабильные результаты по качеству образующихся соединений.

Различают два вида сварки оплавлением: непрерывным оплавлением и оплавлением с подогревом. Последнюю применяют для деталей, способных резко закаливаться. Предварительный подогрев металла способствует более равномерному нагреву и некоторому снижению скорости его охлаждения (для стали типа 30ХГСА, инструментальной и др.).

При стыковой сварке цветных металлов в основном применяют сварку сопротивлением, причем плотность тока выбирают в несколько раз больше плотности тока, применяемой при сварке стали. Мощность стыковых машин выбирают из расчета 0,12 – 0,15 кВА/мм² сечения свариваемых деталей; при сварке изделий с замкнутым контуром мощность увеличивают в два раза. Напряжение сварочного тока составляет 5 – 15 В; давление, создаваемое при осадке, равно 15 – 50 МН/м² (МПа).

В зависимости от мощности и назначения стыковые машины могут быть ручными и автоматическими

Рисунок 1 – Схема контактной стыковой сварки:

1 – контактная плита; 2 – свариваемые детали; 3 – станина;

4 – трансформатор; 5 – электроды

Точечная сварка

Точечная сварка – это способ получения нахлесточных соединений, при котором детали зажимают между подводящими электродами и сваривают отдельными точками. Электроды делают из медных сплавов, имеющих высокую теплопроводность и электропроводность, сохраняя необходимую прочность при температуре до 400°С. Во время сварки электроды охлаждают водой.

Точечную сварку применяют в нескольких вариантах в зависимости от конструкции изделий.

Для получения точечной сварки детали (рис. 2) помещают между электродами. При нажатии на педаль верхний хобот 1 машины опускается и зажимает детали 2. Через определенное время, необходимое для создания плотного контакта между деталями, включается сварочный ток, который доводит металл между электродами до плавления, а прилегающую к ядру 7 зону 6 до пластического состояния. После кристаллизации расплавленного ядра давление снимается.

Рисунок 2 – Схема точечной контактной сварки:

1 – хобот, 2 – свариваемые детали, 3 – электрододержатель,

4 – трансформатор, 5 – зона термического влияния шва, пластичный слой, 7 – расплавленное ядро

 

Для повышения производительности труда при массовом производстве применяют многоточечную сварку. Точечная сварка может быть одно- и двусторонней.

Машины для точечной сварки могут быть механизированные и автоматические. В автоматических включение и выключение тока производится при помощи специальных механических электромагнитных или ионных прерывателей.

Машины разделяют на стационарные и переносные. Стационарные машины бывают одно- и многоточечными. Многоточечные машины одновременно сваривают до 50 точек при производительности до 200 точек в минуту.

Мощность точечных машин достигает 600 кВА, плотность тока не менее 120 А/мм², вторичное напряжение 1 – 12 В, давление между электродами 20 – 120 МН/м² (МПа).

Мощность машины определяют по формуле:

N = k s

где s – суммарная толщина листов, мм; k – коэффициент, равный 8 – 25 (зависит от свариваемого материала).

Рельефная сварка по существу представляет собой многоточечную сварку, при которой расположение точек определяется рельефом деталей. На листовых деталях рельефы выштамповывают, а в качестве электродов для подвода тока к деталям и сжатия их используют медные пластины. За один ход машины при небольшой толщине листов можно сваривать до 15 – 20 рельефов. Рельефную сварку используют также для получения Т-образных соединений и сварки вхлест прутков, труб, а также проволоки с листом. Равномерным распределением усилия сжатия и величиной тока достигается одинаковый провар во всех точках. Свариваемые детали после сварки по всей поверхности плотно прилегают друг к другу.

Роликовая или шовная сварка

При роликовой сварке отдельные точки частично перекрывают друг друга, образуя непрерывный шов свариваемых деталей (рис. 3).

Подготовленные полосы с толщиной до 4 мм пропускают между вращающимися роликами-электродами машины, через которые проходит электрический ток. В результате образуется плотный герметичный шов.

 

Рисунок 3 – Схема роликовой сварки:

1 – свариваемые детали, 2 – ролик, 3 – трансформатор

 

Роликовую сварку выполняют непрерывной, прерывистой и шаговой. При непрерывной сварке детали перемещаются непрерывно, причем все время к электродам поступает ток. Поверхность свариваемых деталей сильно перегревается, электроды быстро изнашиваются, что ухудшает качество сварки.

При прерывистой сварке детали перемещаются непрерывно, а ток к электродам поступает периодически.

При шаговой сварке в момент включения тока детали неподвижны, после кристаллизации сваренного участка металла происходит перемещение деталей на определенный шаг.

Короткие швы сваривают от одного конца к другому, а длинные – от середины к концам. Роликовую сварку осуществляют на переменном токе силой 2000 – 5000 А. Диаметр роликов равен 40 – 350 мм; усилие сжатия свариваемых деталей роликами достигает 6 кН; скорость сварки 0,5 – 3,5 м/мин.

Шовную сварку применяют в массовом производстве при изготовлении различных сосудов. Толщина свариваемых листов составляет 0,3 – 3 мм. Этим методом сваривают низкоуглеродистые, легированные, конструкционные стали, легкие сплавы, а также листы с покрытием (оцинкованные, луженые, освинцованные и др.).