Лабораторная работа № 4

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ПРОВЕДЕНИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

(Продолжительность лабораторной работы - 4 ч; домашняя подготовка – 2 ч)

Цель работы: Изучение физических основ электрической контактной сварки, конструкции электрической стыковой машины LR-110A, исследование режимов сварки вводов электрических ламп и приобретение практических навыков работы на электросварочной стыковой машине.

1. Теоретическая часть

1. Физические основы электрической контактной сварки и ее разновидности

Электрическая контактная сварка представляет собой процесс образования неразъемного соединения в результате нагрева ме­таллических деталей протекающим по ним электрическим током, расплавления и сдавливания деталей с последующим охлаждением зоны сварки за счет теплопроводности в тело свариваемых дета­лей.

Контактная сварка объединяет большую группу методов свар­ки, отличительной особенностью которых являются надежность получаемых соединений, высокий уровень автоматизации и механизации, высокая производительность процесса и культура произ­водства.

По способу получения соединений различают стыковую, точеч­ную и шовную контактную сварки (рис.4.1).

Рисунок 4.1 - Виды контактной сварки: а - стыковая, б - точечная, в - шовная.

От сварочного трансформатора Тр ток к свариваемым деталям 2 подводится посредством водоохлаждаемых электродов l. В месте сварки 3 происходит сваривание деталей за счет выделяющейся джоулевой теплоты с последующим сжатием. Общее количество энергии Q (Дж), выделяющейся между электродами,

Q= [R_k(τ)+R_д(τ)]I²(τ)dτ, (4.1)

где R_к - контактное сопротивление между деталями, Ом;

R_д - сопротивление детали от электрода до места сварки, Ом;

I – сварочный ток, А;

τ – время прохождения тока, с.

Из формулы следует, что необходимая для сварки энергия при весьма малых значениях сопротивления в точке контакта свариваемых деталей и во избежании потерь теплоты на ненужный нагрев всей массы деталей может быть получена только при больших значениях токов (сотни и тысячи ампер), протекающих через сопротивление контакта R_к в течении короткого промежутка времени (единицы секунд). Для повышения КПД контактной сварки необходимо, чтобы сопротивление цепей сварочного и электродов R_д было как можно меньше. Поэтому при компоновке сварочных установок источники питания максимально приближают к месту сварки и выполняют с использованием материалов, дающих минимальные потери энергии. Напряжение на электродах сварочных машин составляет 1÷16 В.

Нагревание металла происходит в месте контакта свариваемых деталей по плоскости их соприкосновения. Это объясняется тем, что в данном месте соприкосновения R_к будет наибольшим. Так как поверхность металла не является идеально гладкой, то свариваемые детали при их сжатии соприкасаются лишь в отдельных точках, через которые проходит электрический ток. Так как площадь точек очень мала, то в них возникает большое сопротивление прохождению тока, что вызывает сильный локальный нагрев металла. С повышением в месте сварки его сопротивление возрастает, что ускоряет выделение тепла и нагрев металла до температуры сваривания. Когда металл нагреется до пластического или оплавленного состояния, при сжатии деталей произойдет их сваривание. Застывание металла в точке сварки после отключения тока происходит за счет теплопроводности свариваемых деталей.

Как следует из формулы (1), при контактной сварке нагрев зависит от времени прохождения тока. Можно нагревать детали очень быстро, применяя токи большой силы, или нагревать детали медленно и постепенно, используя меньшие токи. Режим сварки с применением токов большей силы при минимальном времени нагрева принято называть “жесткими”. Они применяются при сварке чувствительных к нагреву легированных сталей и легкоплавких цветных металлов, например, алюминия и его сплавов, и имеют следующие показатели: j = 160÷400 А/мм²; p = 0,4÷1,2 ГПа; t_св=0,1÷1,0с.

Режимы с длительным прохождением тока и постепенным нагревом называют “мягкими”. Они применяются при сварке обычных углеродистых сталей, менее чувствительных к нагреву при сварке , и имеют следующие показатели: j=80÷160 А/мм²; p=0,15÷0,4 ГПа; t_св=0,5÷3 с.

Сварочные установки для контактной сварки имеют две основные части: электрическую и механическую. Электрическая часть состоит из сварочного трансформатора специальной конструкции, токопроводящих частей и устройств для включения и выключения сварочного тока. Механическая часть установок представляет собой устройство для импульсного сжатия свариваемых деталей.