3.6.2. Сварка деталей большой толщины

При толщине деталей более 10 мм возникает ряд трудностей: большое шунтирование тока в ранее сваренную точку, сильный нагрев и смятие рабочей поверхности электродов, склонность к появлению в ядре крупных дефектов усадочного происхождения. К тому же обработка поверхности и точная сборка деталей представляют дополнительную проблему. Поверхность обрабатывают вращающимися щетками или дробью. Сборку обычно ведут в приспособлениях с мощными зажимами и фиксаторами.

Для уменьшения шунтирования точечную сварку выполняют с увеличенным шагом. Например для деталей из конструкционных сталей толщиной 10 мм t_ш = 100...120 мм. Для снижения температуры электродов используют жесткие режимы или пульсирующий нагрев с постоянным сварочным усилием. Такой цикл уменьшает среднюю температуру рабочей поверхности (за счет охлаждения электродов во время паузы) и в то же время накапливает теплоту в сварочном контакте деталей. Для предупреждения усадочных дефектов применяют ковочное усилие (циклограмма б, рис. 3.9). Имеются примеры сварки деталей толщиной 30 мм.

3.6.3. Сварка пакета из трех и более деталей

Такое сочетание осложняет процесс из-за появления дополнительных контактов и трудности надежного проплавления тонких наружных элементов.

При сварке пакета необходимо иметь литое ядро, которое обеспечивает проплавление всех деталей вне зависимости от соотношения толщин.

Е сли с внешней стороны находятся более толстые или близкие по толщине детали, точечную и шовную сварку выполняют без особой сложности со сквозным проплавлением центральной (рис. 3.13). В пределах соотношения толщин 1:3 качество сварки получается удовлетворительным, однако стабильные результаты определяются хорошей подготовкой поверхности и сборкой с минимальными зазорами. При расположении снаружи тонких деталей применяют жесткие режимы. В сложных случаях используют технологические способы управления смещением плоскости теплового равновесия, как при сварке деталей неравной толщины.

3.6.4. Сварка деталей неравной толщины

При соотношении толщин 1:3 и более процесс осложняется трудностью получения номинальной (расчетной) зоны взаимного расплавления. Это происходит из-за несовпадения плоскости теплового равновесия со сварочным контактом с (рис. 3.14) и сопровождается малым и неустойчивым проплавлением тонкой детали. Вероятность непровара возрастет с увеличением разницы в толщине

По сравнению со сваркой деталей одинаковой толщины при сварке деталей разной толщины усиливается поток теплоты в электроды и окружающую среду со стороны более тонкой детали. На периферии контакта между деталями увеличивается плотность тока. Все это приводит к смещению литого ядра относительно плоскости соединения деталей в деталь большей толщины. Проплавление тонкой детали уменьшается, что может привести к полному непровару.

Н а мягком режиме изотерма плавления преимущественно зарождается в центре сечения пакета (в толстой детали) и затем равномерно распространяется во все стороны. Таким образом, она лишь в конце цикла сварки захватывает тонкую деталь (рис. 3.14, а). Процесс характеризуется неустойчивостью глубины проплавления, большим объемом жидкого металла толстой детали, усиленной деформацией тонкой детали, повышенным износом электродов.

На жестком режиме в начале процесса изотерма плавления равномерно захватывает приконтактные области тонкой и толстой деталей. Затем под влиянием теплоотвода изотерма смещается в толстую деталь, к плоскости теплового равновесия (рис. 3.14, б). При необходимом увеличении тока возникают внутренние и наружные выплески. Однако при обычной схеме сварки жесткий режим предпочтительнее.

Для надежного проплавления тонкой детали существует много способов. Они основаны на искусственном сближении плоскости теплового равновесия с плоскостью сварочного контакта.

Основными направлениями решения этой задачи являются уменьшение отвода теплоты от тонкой детали и увеличение тепловыделения в ней (и в контакте между деталями).

Первое направление реализуют обычно на мягких режимах.

Некоторого увеличения проплавления тонкой детали достигают размещением с ее стороны электрода с малой рабочей поверхностью и меньшей теплопроводностью. Со стороны толстой детали рабочую поверхность и теплопроводность увеличивают. Однако этот способ незначительно увеличивает проплавление тонкой детали (10...15 %), а применение электродов с малой теплопроводностью ограничено из-за прилипания электрода при сварке деталей из алюминиевых и магниевых сплавов.

Э ффективно размещение между электродом и тонкой деталью съемного теплового экрана из металла с меньшей теплопроводностью в виде ленты толщиной 0,05...0,3 мм (рис. 3.15, а). Экран аккумулирует теплоту в тонкой детали, а жит дополнительным источником теплоты. Комбинируя состав и толщину ленты, плоскость теплового равновесия легко сдвигают к тонкой детали и добиваются ее устойчивого проплавления. При смещении плоскости в тонкую деталь можно получить даже сквозное проплавление последней.

Второе направление реализуют главным образом на жестких режимах. Для этого используют в основном два варианта: фокусировку сварочного тока и дополнительное обжатие деталей вокруг электродов.

Площадь внутреннего контакта ограничивают с помощью рельефов. Для повышения эффективности концентрации тока вокруг рельефов иногда помещают неэлектропроводящие тугоплавкие слои. Плотность тока в тонкой детали повышают, уменьшая площадь электропроводимости самого электрода вблизи его рабочей поверхности с помощью кольцевой проточки, кольца из сплава с малой проводимостью, либо небольшой центральной вставки из сплава с повышенной электрической проводимостью. Для концентрации тока в тонкой детали предложено также накладывать дополнительное магнитное поле. Сложность, низкая стойкость электродов и небольшой эффект увеличения проплавления тонкой детали ограничивают практическое использование перечисленных вариантов.

Весьма эффективен способ сварки с дополнительным кольцевым обжатием тонкой детали вокруг электрода. Обжатие уплотняющего пояска меняет электротермодеформационный процесс (рис. 3.15, б). Общее усилие сжатия F_СВ специальным электродным устройством разделяют на два усилия: F_Ц, прикладываемое в центре, F_П сжимающее периферийный участок точки. Этот способ почти полностью исключает выплески и применяется на жестких и мягких режимах. Способ обеспечивает глубину проплавления тонкой детали 30...70 %, но нуждается в дальнейшем усовершенствовании с целью повышения стойкости электрода к загрязнению, а также в создании надежных и компактных универсальных электродных устройств для кольцевого обжатия точек.