Практична робота № Вивчення технології, обладнання для контактного стикового зварювання та розрахунок технологічних параметрів

Мета роботи

Вивчити технологію контактного зварювання, область її застосування, навчитися розраховувати параметри режиму зварювання.

Завдання

1. Привести схеми процесів контактного зварювання та дати короткий опис.

2. У відповідності з варіантом завдання (дод. 3) розрахувати параметри режиму стикового зварювання опором для прутків від 3 до 20 мм з вуглецевої сталі і шовного роликового зварювання заготовок з низьколегованої листової сталі товщиною від 0,2 до 3 мм.

1.1 Теоретичні відомості

Контактне зварювання відноситься до способів зварювання тиском, при якому заготовки в місці з'єднання нагріваються теплом, що виділяється при проходженні електричного струму, і стискаються певним зусиллям. Для отримання якісних зварних деталей метал в місці контакту нагрівають до розплавлення і лише в окремих випадках (наприклад, при стиковому зварюванні опором) до пластичного стану, що забезпечує необхідну пластичну деформацію заготовок. У процесі цієї деформації відбувається видалення окислів з місця з'єднання, усунення раковин і ущільнення металу. При пропущенні електричного струму через зварювані заготовки максимальна кількість теплоти виділяється в місці зварюваного контакту і визначається за законом Джоуля - Ленца:

Q = 0,24·I² ·R ·T ,

де Q – кількість теплоти, що виділяється у зварювальному контурі, Дж;

I – сила зварювального струму, А;

R – повний опір, Ом;

T – час проходження електричного струму, с.

Повний опір зварювального контуру R складається з опору виступаючих кінців зварюваних заготовок R_з, опору зварювального контакту R_к і опору між електродами і заготовками R_е, тобто

R = R_з + R_к +R_э .

Опір зварювального контакту R_к є найбільшим, так як поверхні стику заготовок навіть після ретельної обробки мають нерівності і стикаються тільки в окремих точках. Завдяки цьому відбувається різке зменшення дійсного перерізу металу, через який проходить струм, і в зоні контакту виникають великі щільності струму. Крім того, на поверхні зварюваного металу є плівки оксидів і забруднення з малою електропровідністю, які також збільшують електроопір.

В результаті високої щільності струму в точках контакту метал нагрівається до термопластичного стану або до оплавлення. При безперервному стисненні нагрітих заготовок утворюються нові точки дотику, і так до тих пір, поки не відбудеться повне зближення до міжатомних відстаней, тобто зварювання поверхонь.

Однак, при зварюванні неочищених поверхонь контактний опір змінюються в широких межах, що призводить до зміни температур нагріву заготовок, зниження стабільності міцністних показників зварних з'єднань, збільшенню зносу електродів і виникнення дефектів.

Режим нагрівання при контактному зварюванні визначається силою струму і часом протікання його через зварювані вироби. Зазвичай прагнуть до отримання інтенсивного нагріву в можливо малий проміжок часу. Такий режим зварювання називається жорстким і забезпечує підвищення продуктивності, економію електроенергії, зменшення окислення деталей, зменшення розмірів зони термічного впливу і можливість зварювання металів з високою теплопровідністю і спеціальних легованих сталей.

Однак, якщо є небезпека виникнення гартівних структур, які можуть призвести до утворення тріщин в зоні зварного з'єднання, застосовують м'які режими зварювання, що характеризуються збільшенням тривалості протікання струму при відповідному зменшенні його величини.

Процес контактного зварювання характеризується не тільки явищем нагріву, а й пластичною деформацією при стисканні деталей. Шари нагрітого металу, що піддаються стисканню, зазнають структурних зміни, що виражаються в переорієнтуванні кристалів зварного з'єднання, що робить великий вплив на якість з'єднання. Величина оптимального тиску залежить від температури нагрівання. Зі збільшенням температури необхідне зусилля стискання зменшується.

Контактне зварювання знаходить широке застосування в промисловості, що обумовлено наступними його перевагами: високою продуктивністю; можливістю механізації процесу; можливістю з'єднання різних металів і сплавів, а також різнорідних металів; мінімальною деформацією зварюваних виробів.