Стыковая сварка оплавлением

Сварка оплавлением происходит в два этапа: нагрев металла стыка до оплавления и последующая осадка.

Сначала детали зажимают в электродах-зажимах, а потом на них подается напряжение от сварочного трансформатора и только после этого медленно перемещают одну из деталей на встречу другой с требуемой скоростью для их столкновения.

Основная технологическая роль оплавления состоит в нагреве деталей до образования на торцах слоя расплавленного металла , а также соответствующего распределения температур в пришовной зоне для проведения последующей осадки с целью удаления расплава и оксидов в грат.

Рисунок 15 – Изменение электрического тока при сварке оплавлением

Нагрев при оплавлении происходит в основном за счет тепла, которое выде­ляется в контактном сопротивлении r_д1д2 (рис 15) и определяется перемычками расплавленного металла, которые нахо­дятся в искровом промежутке. Часть те­пла, которое выделяется в собственном сопротивлении деталей r_д1, r_д2 вследст­вие относительно малой средней плотности тока небольшая и не учитывается в тепловых расчетах.

Механизм нагрева при оплавлении обычно реализуют следующим способом: при сближении деталей, при включенном напряжении и малом давлении, между твердыми или жидкими локальными участками поверхности торцов образуются электрические контакты. Нагрев контактов осуществляется током, что вызывает их быстрое оплавление и образование перемычек из жидкого металла (рис. 12,в). Перемычки быстро разрушаются. Длительность существования перемычек обычно не превышает 0.001…0.005с. Форма и размеры перемычек определяются действием двух основных противоположно направленных сил: сил поверхностного натяжения F_п, которые стремятся при сближении деталей уменьшить зазор между торцами и увеличить диаметр перемычки d_п и электромагнитных сил F_э (пропорциональных квадрату сварочного тока), которые стремятся сжать и разорвать перемычку. Сжатие перемычки вызывает в ней увеличение плотности тока и скорость нагрева. При большой плотности тока металл в центре перемычки переходит в парообразное состояние и происходит ее взрыв. Расплавленный металл выбрасывается из зазора в виде искр (со скоростью больше 60 м/с), что приводит к укорачиванию деталей.

Перемычки в стадии их формирования до момента разрушения служат источниками нагрева (за счет теплопроводности) металла пришовной зоны. Для процесса оплавления характерны высокая локальная плотность тока в перемычках и малая средняя плотность тока относительно всего сечения деталей.

В некоторых случаях при высоком напряжении, малой продолжительности существования перемычек, малой работы выхода электронов и большой индуктивности контура машины как дополнительный источник тепла (кроме перемычек) могут стать дуговые разряды, которые нагревают металл до более высоких температур. Они возникают в период полного размыкания торцов. При этом запасенная в магнитном поле энергия вызывает перенапряжение, пробой и появление электрической дуги. Возникновение следующей перемычки шунтирует дугу и она гаснет.

Обычно в начале оплавления распределение температур на оплавленных торцах неравномерное, причем степень неравномерности по мере нагревания уменьшается .

Средняя температура на торцах растет постепенно до тех пор, пока их поверхности не покроются более-менее равномерным слоем расплавленного металла. Это обеспечивается при постоянном процессе оплавления, когда перемычки последовательно и многоразово возникают по всей площади торцов деталей.

Н

Рисунок 16 - Циклограмма стыковой сварки оплавлением: F_ос – усилие осадки; I_опл, I_ос - ток оплавления и осадки; t_опл,t_ос – продолжительность оплавления и осадки; S_п - перемещение подвижного зажима; _оп, _ос - припуски на оплавление и осадку

а устойчивость процесса оплавления влияют: эффект саморегулировки, запас элект­рической мощности машины, предварительный подогрев де­талей перед оплавлением, геометрия соединений, локаль­ная интенсивность процесса, род тока (постоянный или переменный) и т.д.

Саморегулирование явля­ется основным условием устойчивого оплавле­ния. Для поддержания устойчивого оплавления, предотвращения короткого замыкания, а также произвольного прекращения оплавления снижение r_д1д2 должно быть компенсировано быстрым нарастанием тока и повышением полезной мощно­сти, которая ограничивает воз­растание сечения перемычек и облегчает их разрушение. Та­ким образом, устойчивое оплав­ление возможно, если изменения сварочного тока и полезной мощности при сниже­нии сопротивления r_д1д2 имеют одинаковый знак.

При оплавлении для сбли­жения деталей в стадии на­грева используют как «жест­кие» так и «не жесткие» про­граммы, которые зависят от из­менения параметров процесса сварки. Распространение полу­чили преимущественно зара­нее заданные жесткие программы перемещения подвижной плиты машины.

При стыковой сварке де­формация обычно характери­зуется Δ_ос, F_ос и скоростью осадки V_oc.