1.2. Рельефная сварка

Р ельефная сварка — одна из разновидностей точечной сварки. При этом на поверхности одной из деталей 1, которые при сварке сжимают электродами 2, предварительно формируют выступ — рельеф 5 (рис. 1.7), ограничивающий начальную площадь контакта деталей, в результате чего при сварке в этой зоне повышаются плотность тока и скорость тепловыделения. При протекании от источника 3 сварочного тока рельеф нагревается и постепенно деформируется. На определенной стадии процесса сварки формируется ядро 4, как при обычной точечной сварке. Часто на поверхности детали выполняют несколько рельефов или один протяженный выступ замкнутой формы, например, в виде кольца. После прохождения сварочного тока получают одновременно несколько точек или непрерывный плотный шов (контурная рельефная сварка).

П ри рельефной сварке расположение точек определяется выступами (рельефами), сделанными в одной из деталей одновременно с ее изготовлением (вырубкой, высадкой, штамповкой). Если детали разнотолщинные, из разноименных сплавов, рельефы формируют на более толстой детали или из более прочного сплава. При сварке листовых конструкций из сталей и титановых сплавов обычно применяют рельефы, приведенные на рис. 1.8, а. Для сплавов с малой жаропрочностью (например, алюминиевых) применяют рельефы, показанные на рис. 1.8, б. Размеры рельефов, а также диаметр ядра расплавленного металла d_я и величина нахлестки В приведены в таблице 1.2. Вместо электродов применяют токопроводящие (из медных сплавов) основания, выполненные по форме поверхности свариваемых деталей. Часто в местах расположения рельефов в основания устанавливают сменные электродные вставки с плоской рабочей поверхностью и внутренним водяным охлаждением. За один цикл сварки происходит одновременное образование всех точек. Основания укрепляют на токоподводящих (контактных) плитах неподвижной нижней консоли (столе) и верхней подвижной головки машины.

В результате радиально направленной интенсивной пластической деформации в области сварочного контакта (которая в 10…15 раз больше, чем при точечной) идут процессы обновления поверхности и схватывания с образованием связей в твердом состоянии. Во второй половине цикла сварки образуется зона взаимного расплавления деталей. Соединение при рельефной сварке может возникать и без расплавления (что особенно характерно для сталей, титановых сплавов). Однако литая зона стабилизирует прочность соединений, особенно при сварке коррозионно-стойких и жаропрочных сталей и сплавов, а также облегчает последующий контроль.

Таблица 1.2

Некоторые рекомендуемые конструктивные элементы рельефных соединений, мм (см. Рис. 1.8, а)

s	dp	hр	R	F	H	B*	d*
0,6…0,7	3	0,7	1,25	1	2,6	6	3,3
1…1,3	3,75	0,9	1,6	1,25	3,45	10	5
1,8…2,2	4,75	1,12	2	1,6	4,6	14	7
* По ГОСТ 15878 - 79, группа А.

При сварке алюминиевых и других сплавов, обладающих сравнительно малой прочностью, штампованные рельефы быстро сминаются на большей части своей высоты еще до включения тока. Так происходит, например, на термически неупрочняемых алюминиевых сплавах. Лучшие результаты получают на рельефах, создаваемых высадкой с формированием литой зоны.

Формирование соединений при рельефной сварке происходит следующим образом (рис. 1.9).

В начале процесса сварки, на этапе I плотность тока j в контакте деталь - деталь оказывается достаточно высокой вследствие небольшой площади контактов рельеф - деталь (рис. 1.9, а). На этапе II интенсифицируются пластические радиальные деформации металла рельефов. Преимущественное направление течения металла — вдоль плоскости внутреннего контакта и в направлении впадины рельефа.

На этапе III возникает и развивается зона взаимного расплавления деталей диаметром d. Плотность тока в сварочном контакте уменьшается из-за увеличения диаметра уплотняющего пояска d_п и к концу цикла становится близкой к процессу точечной сварки.

Также поэтапно изменяется (по форме и уровню) плотность тока в контакте электрод - деталь (рис. 1.9, а). В связи с развитой плоской поверхностью электродов и деталей она всегда ниже, чем при точечной сварке. Соответственно возрастает стойкость электродов.

В течение времени примерно 0,5t_св зазор между деталями захлопывается и электроды сближаются. Затем по мере возникновения и развития расплавленной зоны электроды начинают раздвигаться. В соответствии с увеличивающимся диаметром литого ядра возрастает прочность точек на срез F_ср. Прочность точек уже относительно высока при t < 0,5 t_св, когда расплавленная зона еще не возникает; это свидетельствует о достаточно большой эффективности сварки в твердом состоянии. Однако по мере роста диаметра литого ядра увеличивается как прочность, так и устойчивость механических характеристик.

При выборе режимов сварки исходят из необходимости усиленной пластической деформации металла зоны сварки, предупреждения вероятности внутреннего выплеска (в момент включения сварочного тока), увеличения I_св и F_св пропорционально числу одновременно свариваемых точек, равномерного нагрева и деформации рельефов, а также из целесообразности формирования зоны взаимного расплавления. Для выполнения этих требований рекомендуют прикладывать постоянное повышенное усилие сжатия ( см. циклограмму на рис. 1.4, б) Режим сварки должен быть средней жесткости, так как слишком жесткий режим сопровождается выплесками и большими зазорами между деталями, а при мягком режиме может преждевременно деформироваться рельеф и не образоваться литое ядро. Установленный режим должен обеспечивать оптимальное время существования выступа (табл. 1.3).

Р

Таблица 1.3.

Режимы рельефной одноточечной сварки низкоуглеродиетой стали (2+2 мм) с образованием соединений группы А

s, мм	d, мм	Iсв, кА	tсв, с	Fсв, кН
0,8 1 2	4 4,5 7	6…7 7…8 11…12	0,12 0,2 0,5	0,9…1,3 1,2…1,6 2,8…4

ельефная сварка увеличивает производительность (одновременная постановка группы точек, соединение по всему контуру), уменьшает величину нахлестки и массу узлов (из-за ограничения области разогрева и пластической деформации), повышает стойкость электродов (вследствие увеличенных размеров их рабочей поверхности), устраняет необходимость в такой трудоемкой технологической операции, как разметка.