§ 6. Сварные соединения, выполненные контактной сваркой

СОЕДИНЕНИЯ ПРИ СТЫКОВОЙ СВАРКЕ

5} 6}

Контактная стыковая сварка имеет огромное распростране­ние в различных конструкциях. Особенно эффективно ее приме­нение при сварке изделий в массовом производстве, например, арматуры железобетона, типизированных конструкций рам, про­дольных стыков труб и т. п. Хорошо свариваются конструкции из малоуглеродистых, углеродистых, низколегированных и неко­торых высоколегированных сталей с поперечными сечениями

малых, средних и больших размеров до нескольких сот квадратных санти­метров,

Контактным способом соединяют встык элементы с круглыми, квадрат­ными, прямоугольными, трубчатыми, профильными (уголки, тавры, рельсы и т. д.) сечениями. С увеличением пе­риметра детали и уменьшением ее толщины процесс сварки усложняется, Наиболее хорошо соединяются элемен­ты одинакового поперечного сечения (рис. 4-13, а, б, в). Диаметры соединяе­мых элементов круглого сечения di и d₂ (рис. 4-13,г), а также толщины труб Si и s₂ (рис. 4-13,5) по возможности не должны отличаться друг от друга более чем на 15%.

Контактная стыковая сварка кон­струкций производится методами со­противления и оплавления. Для соеди­нений массивных профилей рельсов, толстостенных труб, валов и т. п. Институтом электросварки имени Е. О. Патова разработан автоматизи­рованный способ сварки непрерывным оплавлением. На установках, имеющих относительно малый вес и небольшую мощность источника питания, сваривают элементы больших сечений в течение малого времени.

При контактной стыковой сварке площади поперечного сече­ния и моменты сопротивления сварного стыка и элемента при­мерно равны между собой. Предельные величины площади попе­речного сечения свариваемых элементов зависят от мощности машин. Специальный расчет прочности стыков, сваренных кон­тактным способом и работающих под статической нагрузкой, не

$_?«/.&У,

Рис. при

4-13. Соединения стыковой контакт­ной сварке:

а, б) плоскости стыков пер­пендикулярны осям; в) под углом w оси; г, О) соедине­ния лри разных размерах: поперечных сечений

58

производится. Прочность стыка обеспечивается прочностью само­го элемента. Стыковой контактной сваркой сваривают различ­ные сорта сталей и цветных сплавов.

СОЕДИНЕНИЯ ПРИ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКЕ

Электрическую контактную точечную сварку применяют в соединениях конструкций вагонов, тепловозов, электровозов, в сельскохозяйственных машинах (комбайнах, сеялках, косил­ках, тракторах и т. п.), авиационных конструкциях, арматуре из железобетона, в приборостроении.

а} г)

Рис. 4-14. Примеры соединений при точечной сварке;

й, б) плоские заготонкя; в, г) цилиндрические заготовки; О) ра­циональное соединение; е) нерациональное соединение

В большинстве случаев точечной сваркой сваривают изделия при условии расположения электродов с двух сторон относитель­но свариваемых частей. Это предъявляет определенные требова­ния к габариту конструкций. Разработаны установки, позволяю­щие производить точечную сварку при одностороннем располо­жении обоих электродов.

Точечная сварка хорошо соединяет между собой две детали из тонкого листового металла (рис. 4-14, а). Не рекомендуется допускать точечных соединений элементов, у которых отношение большей толщины к меньшей > 3. Точечной сваркой можно сва­ривать также три детали и более. При трех деталях следует элемент большей толщины укладывать между двумя с меньшей толщиной (рис. 4-14,6).

59

Контактной точечной свар­кой наиболее часто соединяют элементы, имеющие малые толщины от долей до несколь­ких миллиметров. Хорошо сва­риваются прочные и высоко­прочные углеродистые стали, различные сплавы, в частно­сти, алюминиевые, титановые и др.

Современные точечные

машины позволяют соединять элементы различных машин. В табл. 4.10 приведены приме­ры точечных соединений эле­ментов разных толщин в зави­симости от диаметра электро­да машин.

Тай л н ц а 4.10 Примеры точечных соединений элементов разных толщин

Толщины s соединяемых элементен!. мм		Лкумстр
jii:i j.itMcHia	три элияеша	электрода машины. ММ
3-| 3	От 3+3+3 до 3+6+3	12
6 ;- 6	От 6+6+6 до 6+12+6	18
10+10	От 10+10 + 10 до 10+20+10	24
15—15	От 15+15+15 до 15+30+15	30
20-^20	20+20+20	30

60

# +32 мм

/20+21мм_ 500мм

L

Рис. 4-15. Попе­речное сечение ко;юшш, сварен­ной точечной снар-

imii

Рис. 4-16, Стойка, сваренная точечной сваркой

На рис. 4-15 изображено поперечное сечение колонны, соединенной точечной сваркой. на рис. 4-1С показана мощная колонна, а на рис. 4-17 — круп­ные металлоконструкции.

Точечной сваркой сварива­ют фюзеляж самолета «Кара­велла»; всего в самолете около 150 тысяч сварных точек. Ма­териал — алюминиевый пла­кированный сплав. Пример сварных соединений арматуры приведен на рис. 4-! 8.

Сварными точками соеди­няют между собой не только плоские, но и цилиндрические детали (см. рис. 4-14, в), стер­жни круглого сечения с пла­стинами и т. п. (см. рис. 4-14, г). Весьма целесообразны для сварки точками заготовки, имеющие открытые профили пли с отбортовкой (см. рис. 4-14,5). На рис. 4-14, е приве­дена заготовка, менее рацио­нальная для точечной сварки,'

Рнс. 4-17. Фермы, сваренные то­чечной сваркой

61

а>

5}

*)

Рис. 4-19. То тающее

а) расположен точки; б) двус

так как большая масса металла вводится в контур вторичной цепи, вследствие чего увеличивается индуктивное сопротивление машины.

Расстояние между центрами точек в соединении, называемое шагом i {рис. 4-19,а), должно быть не меньше некоторой пре­дельной величины, которая ограничивается явлением шунтиро­вания тока. Шунтированием тока при точечной сварке называют прохождение части тока при сварке заданного соединения через ранее сваренную точку. Чем больше расстояние между сварны­ми точками тем v

меньше шунтирова- ^; _____ХА. ^;

пие тока, а следова­тельно, стабильнее и лучше результаты сварки. Диаметр d точки назначается в зависимости от толщины соединяе­мых элементов с уче­том обеспечения вы­сококачествен}! ого технологи ч е с к ого процесса. Диаметр электрода d_B кон­тактной машины подбирается в функции d. Как правило, d= (0,8-:- \)d₉.

Для стальных свариваемых деталей диаметр сварной точки рекомендуется

d ~ 1 _s2 s -+- 4 мм при s -< 1,5 -:- 3 мм,

d = 1,5 s-г о мм при sl>3 мм,

Рис, -1-20. Соединения с несколькими точками:

а) продольное расположение; б) поперечное; в) сме­шанное

где s — наименьшая толщина свариваемых частей.

В некоторых случаях строительные конструкции имеют диа­метр точек около 3,5s и более. Сварка таких точек производится на низкочастотных машинах.

В сварном точечном соединении приняты следующие обозна­чения (рис. 4-20): t— шаг точек; t_x—расстояние от центра свар­ной точки до края детали в направлении действия силы; t_s— рас­стояние of центра сварной точки до свободной кромки в направ­лении, перпендикулярном действию силы; t\ и t₂ нормируются с учетом технологических и силовых факторов.

Нередко при конструировании принимают размеры диаметра точки, нахлестки, отбортовки, шага, указанные в табл. 4.11 и4.12„ Можно руководствоваться следующими рекомендациями и при­нимать: i=^Sd; t]~2d; f₂ = l,5rf.

53

Таблица 4.11 Рекомендуемые размеры диаметра точек

	Мштмлкп.пый ,з на метр ядра точки d, мм
Толвшка s наиболее тонкой дета­ли пакета, яле	Малоуглеро­дистые н низ­колегирован­ные кталн	Нержавеющие t] жаропрочные стали, титан	Легкие сплавы
0,3 0,5 0,6 0,8 1,0 1,2 2,0 2.5 3,0 4,0	2,0 2,5 2,5 3,0 3,5 -1,0 5,0 6,0 0,5 7,0 9,0	2,5 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,5 6,5 7,0 8,0 10,0	3,0 3,5 4,0 5,0 6,0 7,0 '8,0 9,0 12,0

В практике иногда применяют следующее соотношение меж­ду /, 6' и а:

d= 1,4 (V0,mt'--:~ts- -0,1 t).

(4.25)

Таил п ц а 4.12

Рекомендуемые параметры сварных точечных соединений малоуглеродистых и легированных сталей, мм

Толщина наиболее	нахлестки пли отоортешки		Рекомендуемое раеетонгши		У\титалыг.1с расстояние от центра cisap-ной точки до кромки нахлес?кп
тонкой летали пакета	при одноряд­ном шне	при чвурягном шве	mv;=■;.»у рядам» енлрних точек	между сварлш- siii точками (mar)
0,5	10	16	6	15	5
0,8	10	18	8	18	5
1,0	12	20	S	20	6
1,2	14	22	8	22	7
1,5	16	24	Н	25	8
2,0	18	28	10	30	9
3,0	20	37	16	40	10
1,0	24	42	18	50	12

64

а)

\2ZZZ2Z2Z

шшт

шшгггга

т$Чт

Для улучшения качества соединений точечную сварку иногда заменяют рельефной, при этом более точно фиксируется зона пропускания тока, уменьшается эффект шунтирования. На рис. 4-21, а изображены приме­ры рельефов деталей, на рис. 4-21, 6 — процесс форми­рования точки при рельефной сварке. Размер точки опреде­ляется рельефами и применяе­мыми режимами сварки. Допу­скаемые усилия б точках при рельефной сварке определя­ются опытным путем.

Точки в сварном соедине­нии следует располагать таким образом, чтобы они восприни­мали преимущественно усилия среза, а не отрыва.

На рис. 4-22, а изображена конструкция, свариваемая изо­гнутым электродом, трудно выполнимая для сварки на точечной машине, а па рис, 4-22,6 изображен рациональ­ный узел.

На рис. 4-23 конструкция левая нерациональная, точки в iiefs работают на отрыв; правая рациональная— точки работают на срез.

61

Рис. 4-21.

Соединения при рельсе сварке:

к) виды

соединений; аания

б) процесс формиро-тачек

Рис. 4-22. Узлы, сваренные точками: а) нерациональная конструкция; б) рациональная конструкция

5 823

65

Рекомендуется использовать штампованное детали и умень­шать объем сварочных работ.

В соединении, изображенном на рис. 4-19, расчет прочности точки производится на срез. Сварные точки могут быть одно-срезными (рис. 4-19,6) и двусрезными (рис. 4-19,6').

Расчетное напряжение;

в односрезной точке

АР %d'2	<М;
IP 7trf3	<Ь%

в двусрезнои точке

где [t'J — допускаемое напряжение в точке при срезе; d — диаметр точки; Р — усилие, передаваемое на одну точку,

(4.26) (4.27)

Рис. 4-23. Детали, сваренные точечной сваркой: й) нерациональные конструкции; 6) рациональные конструкции

В действительности, в точечном соединении могут иметь место две формы разрушения: срез точек и разрыв основного металла в зоне соединения. Увеличение диаметра точки повышает ее сопротивление срезу; увеличение толщины детали повышает со­противление основного металла разрыву. Соотношения между диаметром точки и толщиной металла подбираются из условия» чтобы точечное соединение было равнопрочно срезу и отрыву. При назначении диаметра согласно табл. 4.11 и формуле (4.25) расчет прочности точек можно производить только на срез. При работе сварной точки на отрыв, например, в конструкции, изо­браженной на рис. 4.19, а, расчетное напряжение будет

где а₀ —допускаемое напряжение в точке при отрыве.

66

Допускаемое напряжение в точке (см. стр. 37) при отрыве следует принимать еще более низким, нежели [т']. При этом це­лесообразно пользоваться данными экспериментов.

Для легированных сталей и цветных сплавов допускаемое напряжение в точечных соединениях принимается на основе ре­зультатов экспериментов с учетом условий загружений и других факторов.

Расчет прочности точечных соединений, приведенный выше, условный. Разрушающее усилие на точку не всегда является квадратной функцией от ее диаметра, как это следует из расче­та, а зависит от ее физико-механических свойств.

Точечные соединения, как правило, имеют несколько свар­ных точек. Их располагают в различных направлениях по отно­шению к усилию. Расположение, указанное на рис. 4-20, а, называют продольным, а на рис. 4-20,6 — поперечным.

Практически наиболее часто соединения конструируются сме­шанными, так как один поперечный ряд неравнопрочен с соеди­няемым элементом (см. рис. 4-20,в).

Напряжение в точке соединения, изображенного на рис. 4-20, в, определяется в условном предположении, что все точки работают равномерно,

где /' — число односрезных сварных точек в соединении.

Если точки двусрезные, то i — общее число плоскостей среза в соединении. С учетом неравномерного распределения усилий между точками допускаемое напряжение (У] в сложном соеди­нении целесообразно снизить на 10-^20%.

Очень часто в конструкциях сварные точки являются связу­ющими и рабочих напряжений не передают. Например, при формировании профилей элементов конструкций, которые вос­принимают продольное усилие, точки служат для связи между отдельными частями. Соединения обшивок с каркасом также часто осуществляют точками, которые не воспринимают рабочих усилий. Указанные точки при статических нагрузках в большин­стве случаев не оказывают существенного влияния на прочность. Примеры сварки профильных элементов точками приведены на рис. 4-24.

На рис. 4-24 в первом вертикальном ряду, даны точечные ■соединения, особенно удобные для сварки, во втором ряду — удобные, в третьем — не вполне удобные, в четвертом —трудные.

СОЕДИНЕНИЯ ПРИ РОЛИКОВОЙ СВАРКЕ

Роликовая контактная сварка допускает возможность соеди­нений элементов малых толщин от долей миллиметра до 2s—6—7 мм деталей из стальных и цветных сплавов,

67

Рис. 4-24. Примеры соединений при точечной сварке:

верхний ряд — очень удобные соединения для аварки; средний верхний — удобные; средн-ий ни

1 ннй — неудобные

применяемых главным образом в приборостроении. Роликовой сваркой, как правило, соединяют изделия при возможности под­ведения роликов с обеих сторон соединяемых частей, но можно производить сварку и при одностороннем их расположении.

При роликовой сварке между соединяемыми элементами образуется шов путем постановки ряда точек, перекрывающих лруг друга. Типы соединений при роликовой сварке изображены па рис. 4-25.

Нахлесточные соеди­нения образуют в соеди­нениях эксцентриситеты, l: результате которых воз­никают, помимо основных продольных сил, изгиба­ющие моменты. При этом прямолинейные элемен­ты (рис. 4-25, г) несколь­ко искривляются (рис. 4-25, д).

Элементы, сваривае­мые роликовой сваркой, имеют малые толщины (s<>2~b-3 мм), поэтому влияние изгибающего мо­мента незначительно него не учитывают при расче­те прочности.

Напряжения в швах при роликовой сварке оп­ределяют по усилию среза

где Р — действующая в соединении сила; /— ширина шва; а — длина шва.