88) Сущность процессов контактной стыковой сварки.
Стыковая сварка — сварочный процесс, при котором детали соединяются по всей плоскости их касания, в результате нагрева. В зависимости от марки металла, площади сечения соединяемых деталей и требований к качеству соединения стыковую сварку можно выполнять несколькими способами: сопротивлением, непрерывным оплавлением и оплавлением с подогревом.
Свариваемые заготовки 3, закрепленные в зажимах (электродах) 2 стыковой машины, сжимаются осевой силой Р. Электроды подключены к сварочному трансформатору 5, при включении которого через заготовки протекает сварочный ток. Он нагревает заготовки, причем наибольшее количество теплоты выделяется в месте контакта 6 (отсюда название способа) между заготовками, так как сопротивление контакта является наибольшим во вторичной цепи и вот почему: действительное сечение контакта значительно меньше сечения заготовок за счет касания заготовок только по выступам поверхностей; на поверхности металла имеются пленки оксидов и загрязнений с малой электропроводимостью.
1 неподвижная плита; 2 зажимы (электроды); 3 заготовки; 4 подвижная плита; 5 сварочный трансформатор; 6 контакт
Рисунок 1. Схема контактной стыковой сварки
Количество выделяемой теплоты Q, Дж определяется законом Джоуля-Ленца:
Q = I2Rt
где I - сварочный ток, A;
R - сопротивление контакта, Ом;
t - время протекания тока, с.
Анализ этой формулы показывает, что эффективный нагрев места сварки может быть получен при больших значениях сварочного тока, так как оно входит в выражение во второй степени. Сварочный ток при контактной сварке может достигать тысяч и даже десятков тысяч ампер.
Нагрев металла приводит к повышению его пластичности . В результате под действием осевой силы происходит пластическая деформация. Микронеровности поверхности сминаются, пленки разрушаются, поверхностные атомы сближаются до расстояний, соизмеримых с параметром кристаллической решетки, что обеспечивает возможность образования межатомных связей.
Контактная сварка осуществляется без расплавления и с расплавлением металла. Стыковую сварку с разогревом стыка до пластического состояния называют сваркой сопротивлением, стыковую сварку с разогревом стыка до оплавления - сваркой оплавлением. Различие этих способов может быть объяснено с использованием циклограмм процессов, которые представляют собой графическое изображение изменения во времени параметров процесса сварки.
Существуют два вида стыковой контактной сварки:
сварка сопротивлением;
сварка оплавлением.
При сварке сопротивлением (рисунок 2,а) заготовки сначала сжимают усилием, обеспечивающим образование физического контакта свариваемых поверхностей, а затем пропускают сварочный ток. После разогрева места сварки происходит осадка и образуется соединение в твердой фазе. Для обеспечения равномерного нагрева по всему сечению поверхности заготовок тщательно готовят. Необходимость обеспечения равномерного нагрева ограничивает возможность применения сварки сопротивлением только для деталей небольшого (площадью до 200 мм2) и простого сечения (круг, квадрат).
I - сварочный ток; Р - усилие сжатия; S - перемещение подвижной плиты; t - время сварки; а - сопротивлением; б - оплавлением;
Рисунок 2. Циклограммы контактной стыковой сварки
Сущность сварки оплавлением (рисунок 2,б) заключается в том, что свариваемые заготовки сближают при включенном сварочном трансформаторе. Касание поверхностей происходит по отдельным выступам. Ввиду того, что площадь образовавшихся контактов очень небольшая, плотность тока, протекающего через эти контакты, настолько велика, что происходит мгновенное оплавление металла с образованием жидких перемычек, которые под действием паров металла разрушаются. Часть металла в виде искр выбрасывается из стыка. Вместе с жидким металлом выбрасываются загрязнения, которые присутствуют на поверхности заготовок. Продолжающееся сближение заготовок приводит к образованию новых перемычек и их оплавлению. Непрерывное образование и разрушение контактов-перемычек между торцами приводит к образованию на торцах слоя жидкого металла. После оплавления торцов по всей поверхности осуществляют осадку. При осадке жидкий металл из стыка выдавливается наружу и, затвердевая, образует грат. Обычно грат удаляют в горячем состоянии. Сварка оплавлением может быть прерывистая и непрерывная. При прерывистом оплавлении заготовки под током приводят в соприкосновение и вновь разводят. Образующийся при разведении электрический разряд между торцами заготовок оплавляет торцы. После нескольких повторных замыканий на торцах образуется слой жидкого металла. При включении механизма осадки жидкий металл выдавливается из стыка, торцы приходят в соприкосновение и образуется сварное соединение.
Сварка оплавлением имеет преимущества перед сваркой сопротивлением: торцы заготовок перед сваркой не требуют тщательной подготовки, можно сваривать заготовки с сечением сложной формы и большой площадью, а также разнородные металлы. Стыковую сварку оплавлением применяют для соединения заготовок сечением до 100 000 мм2. Типичными изделиями являются элементы трубчатых конструкций, колеса, кольца, рельсы, железобетонная арматура, листы, трубы.