Загальна схема формування з'єднань при контактному зварюванні

Процес контактного зварювання характерний дуже малим часом зварювання при великих зварювальних токах і зусиллях, що забезпечують локальне плавлення металу. Необхідною умовою формування з'єднання є утворення спільної зони розплавлювання заданих розмірів, що забезпечує найважливіші експлуатаційні властивості - міцність і герметичність з'єднання. Розміри ядра або шва регламентуються ГОСТ 15878-79.

При розглянутих способах зварювання освіту з'єднання відбувається значною мірою за єдиною схемою, що складається з трьох етапів I-III (рис. 1).

Рис. 1. Етапи утворення з’єднання при точковомузварюванні

Перший етап починається з моменту обтиснення деталей, що викликає пластичну деформацію мікронерівностей в контактах електрод-деталь і деталь-деталь. Подальше включення струму і нагрівання металу полегшують вирівнювання мікрорельєфу, руйнування поверхонь плівок і формування електричного контакту. При рельєфною зварюванні на даному етапі починається осаду рельєфу. Нагрітий метал деформується переважно в зазор між деталями, і утворюється ущільнюючий пасок.

Другий етап характеризується розплавленням металу і утворенням ядра. У міру проходження струму ядро росте до максимальних розмірів - по висоті і діаметру. При цьому відбувається перемішування металу, видалення поверхневих плівок і утворення металевих зв'язків в рідкій фазі. Триває процес пластичної деформації і теплове розширення металу. До кінця цього етапу відзначається майже повне осідання рельєфу.

Третій етап починається з виключення струму, що супроводжується охолодженням і кристалізацією металу. Утворюється загальне для деталей лите ядро. При охолодженні зменшується обсяг металу і виникають залишкові напруги. Для зниження рівня цих напруг і запобігання усадочних тріщин і раковин потрібні значні зусилля.

Для отримання наступного з'єднання цикл через певну паузу знову повторюється.При шовної зварюванні за рахунок теплопередачі від попередніх точок процеси пластичної деформації при зварюванні другої і наступних точок на всіх трьох етапах полегшуються. Знижується також швидкість кристалізації ядра, що призводить до зменшення залишкових напружень.Щоб отримати в цілому якісні з'єднання (точкове або шовних), необхідне знання всього процесу формування, який з метою аналізу умовно можна розчленувати на окремі фізичні процеси (рис. 2). В залежності від ролі цих процесів у формуванні з'єднання виділимо серед них основні - нагрів і кристалізацію металу; пластичну деформацію, видалення поверхневих плівок за рахунок процесу електромагнітного перемішування розплавленого металу; супутні процеси (див. рис. 2). На підставі багаторічного практичного досвіду і теоретичних уявлень запропоновано декілька циклограм зварювання, що забезпечують отримання якісних зварних з'єднань різних конструкційних матеріалів.

 

Рис. 2. Основні та супутні процеси при утворенні з’єднань

Проте всі вони мають спільну основу, тому з метою уточнення взаємозв'язку основних і супутніх процесів розглянемо один з типових электротермодеформационных циклів зварювання (див. рис. 1). На першому етапі супутні процеси через відносно малої деформації і низької температури зони зварювання не отримують великого розвитку. При появі на другому етапі розплавленого ядра різко зростає теплове розширення металу, з'являється небезпека виплеску, внаслідок теплопровідності відзначається нагрів околошовной зони, зміна вихідної структури металу, масоперенос в контакті електрод-деталь. На третьому етапі при охолодженні металу відбувається кристалізація металу ядра, освіта литої структури і значних залишкових напружень, триває теплопередача в околошовной зону і зміна структури металу в цій частині з'єднання. Ступінь розвитку супутніх процесів та зміни первинних властивостей металу може бути зменшена, наприклад, за рахунок зменшення швидкості нагріву (зростання зварювального струму) і збільшення зусилля на стадії охолодження.Забезпечення високої якості зварювання і максимальної продуктивності процесу для даної товщини, форми і матеріалу виробів визначається правильністю обраного режиму зварювання. Режим зварювання - сукупність електричних, механічних і часових параметрів, забезпечуваних зварювальним устаткуванням для отримання якісного з'єднання.Крім того, якість з'єднань залежить від техніки зварювання, форми електродів, якості збірки і підготовки поверхні, зварювального обладнання, системи контролю і від інших конструктивно-технологічних факторів, які детально розглянуті в наступних розділах.