3 .7.2. Технология сварки различных металлов и узлов

Режимы сварки выбирают на основании анализа особенностей данного вида сварки, свойств свариваемых металлов и формы соединяемых деталей.

3.7.2.1. Выбор режима сварки

При сварке сопротивлением (см. рис. 1.11) для образования качественного соединения основное внимание уделяют получению равномерного нагрева торцов и деталей и деформации металла, в наибольшей степени обеспечивающей разрушение и удаление оксидов. Основными параметрами режима являются сварочный ток I_СВ или плотность тока j, время протекания тока t_СВ, начальное усилие сжатия F_Н и усилие осадки F_ОС (соответственно начальное давление р_н и давление осадки р_ос), укорочение деталей при сварке Δ_св, установочная длина l₀.

Для определения j и t_СВ используют эмпирическую формулу

, (3.14)

где k — коэффициент, равный 8…10 для сталей, 20 для алюминия, 27 для меди.

Как t_СВ, так и j колеблются в широких пределах. При чрезмерной j возможен выплеск. Уменьшение t_СВ приводит к неравномерности нагрева деталей по сечению, а увеличение усиливает окислительные процессы. Малое р_н облегчает нагрев деталей, однако может привести к образованию выплесков и усилению окисления торцов. Повышение р_ос увеличивает пластическую деформацию деталей, активизирует процессы разрушения оксидов и обновления поверхности. Минимальная установочная длина l₀ при сварке компактных сечений обычно равна диаметру или трем-четырем толщинам свариваемых деталей. Увеличение l₀ может привести к искривлению деталей, потере их устойчивости. При малом значении l₀ на зону сварки сильное влияние оказывает отвод теплоты в электроды.

При сварке оплавлением электрические параметры режима зависят от теплопроводности и температуры плавления металла и определяются в основном скоростью оплавления, которая задается также с учетом активности металла к взаимодействию с газами и к процессам испарения легирующих элементов, а также от сечения свариваемых деталей. Усилие осадки и скорость осадки соответственно определяются теплопроводностью металла и его активностью к окислению.

При сварке оплавлением стремятся обеспечить:

1) нагрев деталей для оплавления торцов и проведения деформации с целью удаления оксидов, а также для предупреждения образования неблагоприятных структур в околошовной зоне;

2) локальную интенсивность оплавления перед осадкой для формирования равномерно оплавленного слоя металла, предупреждения окисления и получения благоприятного рельефа поверхности торцов;

3) деформацию деталей с достаточно большой скоростью, предупреждающей преждевременное остывание металла торцов и застревание оксидов в стыке.

Величина деформации должна обеспечивать определенное растекание металла в плоскости стыка и выравнивание рельефа поверхности, необходимое для выдавливания расплавленного металла и оксидов.

Основные параметры режима: скорость оплавления v_опл, плотность тока при оплавлении j_опл, припуск на оплавление Δ_опл время оплавления t_опл, величина осадки Δ_ос и ее скорость v_oc, длительность осадки под током t_oc.т, величина осадки под током Δ_ос.т, усилие осадки F_ОС или давление осадки р_ос, установочная длина детали l_0. Задают также напряжение холостого хода машины U₂₀ и программу его изменения. При сварке импульсным оплавлением указывают также частоту f_к и амплитуду А_к колебаний подвижной плиты машины.

При сварке оплавлением с подогревом задают температуру подогрева Т_под, длительность подогрева t_под, число импульсов подогрева и их длительность t_имп, припуск на подогрев Δ_под.

Скорость оплавления v_опл выбирают из условий получения определенного распределения температуры в деталях. Для равномерного нагрева торцов перед осадкой конечную скорость оплавления v_опл.к значительно увеличивают. От припуска на оплавление Δ_опл зависит получение равномерного нагрева по сечению, оптимального распределения температуры вдоль деталей и образование слоя расплавленного металла на торцах. Обычно Δ_опл составляет 0,7…0,8 общего припуска на сварку. При сварке с подогревом и импульсным оплавлением Δ_опл сокращается в 2…3 раза.

Плотность тока j_опл должна обеспечить процесс устойчивого оплавления. Она увеличивается с увеличением λ металла и v_опл снижается при сварке с подогревом, а также при сварке деталей большого сечения. Вначале оплавления j_опл наибольшая, по мере нагрева деталей она снижается, однако увеличение скорости оплавления к концу процесса вызывает увеличение j_опл.

Припуск на осадку Δ_ос выбирают из условия удаления нагретого металла и оксидов из стыка. Припуск на осадку под током Δ_ос.т составляет обычно 0,5…0,8 Δ_ос.

Давление осадки р_ос выбирают в зависимости от природы свариваемого металла и степени нагрева деталей.

Скорость осадки v_oc выбирают с учетом ее влияния на окисление металла во время осадки и удаление оксидов и перегретого металла из стыка; она увеличивается при сварке активных металлов.

Напряжение холостого хода U₂₀ выбирают минимальным, обеспечивающим устойчивое оплавление.

Установочная длина деталей

2l₀ = Δ_опл + Δ_ос + Δ_к,

где Δ_к — конечное расстояние между зажимами.

Обычно при сварке круглых стержней и толстостенных труб l₀ = (0,7 … l) d, где d — диаметр свариваемых деталей. При малой l₀ наблюдается большой отвод теплоты в электроды, а зона интенсивного нагрева сужается, что требует увеличения р_ос. С увеличением l₀ увеличивается требуемая электрическая мощность и уменьшается жесткость деталей.

При сварке оплавлением с подогревом температуру подогрева Т_под выбирают в зависимости от сечения свариваемых деталей и их металла. При сварке конструкционных сталей температура подогрева обычно составляет 800…1000 °С и возрастает до 1000…1200 °С при сварке деталей сечением 10 000…20 000 мм². Температура подогрева деталей из труднодеформируемых аустенитных сталей на 100…150 °С выше. Время подогрева t_под возрастает с увеличением площади сечения деталей от нескольких секунд при сварке деталей сечением 500…1000 мм² до нескольких минут при сварке деталей сечением 15 000…20 000 мм². Длительность импульсов подогрева t_имп обычно составляет 1…8 с, а припуск на подогрев Δ_под изменяется в пределах 1…12 мм в зависимости от сечения деталей и свойств свариваемого металла.

Усилие зажатия деталей F_заж выбирают из условия предупреждения проскальзывания деталей в губках при осадке: F_заж = k₀F_oc, коэффициент k₀ обычно колеблется от 1,5 до 4 и зависит от свойств свариваемого металла, конструкции зажимов, наличия упоров, конфигурации деталей.

После анализа образования соединений, особенностей стыковой сварки свариваемого материала и формы деталей, а также возможностей сварочного оборудования выбирают ориентировочные значения параметров режима, которые затем корректируются при сварке образцов-свидетелей с учетом конкретных технологических условий сварки до получения требуемого качества соединения. Уточненный (оптимальный) режим, обеспечивающий положительные результаты сварки, фиксируется в соответствующей технологической документации; при этом выдается разрешение на сварку изделий.