Технология и оборудование контактной сварки

Рис. 3.31.. Некоторые узлы, выпол­ ненные рельефной сваркой

состоянии. Однако по мере роста диаметра литого ядра увеличи­ вается как прочность, так и устойчивость механических характе­ ристик.

При выборе режимов сварки исходят из необходимости уси­ ленной пластической деформации металла зоны сварки, предупре­ ждения вероятности внутреннего выплеска (в момент включения сварочного тока), увеличения /св и Fcn пропорционально числу одновременно свариваемых точек, равномерного нагрева и дефор­ мации рельефов, а также из целесообразности формирования зоны взаимного расплавления. Для выполнения этих требований реко­ мендуют прикладывать постоянное повышенное усилие сжатия (циклограмма а, рис. 3.6) и использовать двухимпульсный режим нагрева (циклограмма д, рис. 3.6). Первый (подогревный) импульс

предупреждения выплесков. Режим сварки должен быть средней жесткости, так как слишком жесткий режим сопровождается вы­ плесками и большими зазорами между деталями, а при мягком ре­ жиме может преждевременно деформироваться рельеф и не образо­ ваться литое ядро. Установленный режим должен обеспечивать оптимальное время существования выступа (табл. 3.12).

Значительное распространение получила рельефная сварка сфор­ мированием рельефа за счет сопряжения различных по форме де­ талей: острой грани гайки или штуцера с листом (контурная сварка, рис. 3.31, а, б), двух труб (Т-образная сварка, рис. 3.31, в), винта, проволоки с листом (рис. 3.31, г, б), проволоки между собой (кре­ стообразная сварка, рис. 3.31, е). Иногда рельефы изготовляют от­ дельно в виде колец, шайб, шариков. Например, сваркой двух листов с заостренными цилиндриками получают легкие и жесткие панели (рис. 3.31, ж).

Рельефная сварка увеличивает производительность (одновре­ менная 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 поверх­ ности), устраняет разметку.

зование сложных порошковых композиций расширяет возможности ремонта деталей и создания поверхностных слоев с заранее задан­ ными свойствами.

Контактная наварка по сравнению с другими методами нанесе­ ния поверхностных слоев (вибродуговая наплавка, плазменное напыление, наплавка порошковой проволокой и др.) обладает боль­ шей производительностью, более высоким качеством приваренного слоя, а также меньшей трудоемкостью'.

§ 3.11. ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА СВАРНЫХ УЗЛОВ

3.11.1. Правка и механическая доработка

В результате сварки в узлах появляются сварочные деформации, напряжения и перемещения (коробления). Деформа­ ции бывают местные (зазоры между деталями, вмятины от элек­ тродов) и общие (сокращение длины шва, уменьшение диаметра и длины обечайки с кольцевыми швами и т. п.). Если жесткость деталей неодинакова, возникают изгиб, потеря устойчивости, кру­ чение узлов.

Снижение уровня остаточных напряжений и деформаций — од­ на из важнейших задач конструктора и технолога.

Коробления при точечной, шовной (и рельефной) сварке возни­ кают в результате неравномерного термомеханического воздействия на металл при нагреве и охлаждении в зоне сварки, структурных превращений, несовершенства технологии сборки, прихватки, сварки.

Неравномерное термомеханическое воздействие обусловлено не­ равномерным нагревом и несвободной пластической деформацией в условиях действия внутренних и внешних сил. Измеряя длину образца / (/) (рис. 3.36, а), можно видеть, что в процессе сварки большинства металлов она меняется следующим образом: при на­ греве плавно увеличивается на +Д /, а при охлаждении сокращается на —Д/ по сравнению с исходной длиной (рис. 3.36, б). Укорочение образца происходит из-за необратимой пластической деформации

сил, условно показанных на рис. 3.36, в как реакции полужесткого закрепления Rn (при нагреве) и # охл (при охлаждении). Однако во время охлаждения остывающий металл обратно не возвращается, несмотря на /?охл, и после остывания детали оказываются короче, но чуть толще в уплотняющем пояске.

Коробление усиливается при сварке металлов е увеличенным коэффициентом линейного (объемного) расширения а ((5). Роль

Рис. 3.36. Формоизменение зоны точечной сварки:

а — приспособление для измерения длины образца при сварке и охлаждении; / — фиксатор; 2 — корпус; 3 — образцы; 4 — сварная точка; б — индикатор; б — гра­ фик изменения длины образца; в — схема изменения фор­

шается сопротивление деформации, и общая пластическая дефор­ мация может возрастать. Обычно коробление в деталях из корро­ зионно-стойких сталей больше, чем из низкоуглеродистых, а на алюминиевых сплавах больше, чем на сталях.

Деформация возрастает с увеличением объема расплавленного металла. Например, сокращение длины шва при шовной сварке

зывают конструкция узла (конфигурация шва, соотношение жест­ кости деталей) и режимы сварки. Например, увеличение tCB на мягких режимах расширяет зону пластической деформации и уси­ ливает коробление.

При охлаждении сплавов е мартенситным превращением (на­ пример, Х15Н5Д2Т) вместо укорочения может происходить удлине­ ние шва из-за распада аустенита при низких температурах с обра­ зованием мартенсита, объем которого больше, чем у феррита.

Технологические деформации часто связаны с увеличенными зазорами, неточным расположением деталей, неправильной после­ довательностью прихватки и сварки. Одно из условий правильной последовательности прихватки — это равномерное распределение сборочных зазоров (см. раздел 3.2.4).

Технологические коробления могут также возникать при боль­ шой разнице в размерах и форме рабочей поверхности электродов (роликов) — изгиб в сторону электрода с меньшей поверхностью. Взаимное горизонтальное смещение электродов — еще одна из при­ чин коробления. Смещение возникает из-за упругого изгиба электро­ дов, консолей и электрододержателей под действием FCB (рис. 3.37, а). Если горизонтальное смещение электродов одинаково (точка О), дополнительное коробление практически отсутствует. Но при вза­ имном смещении осей рабочей поверхности появляется дополни­ тельная деформация. Например, если жесткость силовых элементов

чину и направление взаимного смещения электродов еще до сварки. Регулируя, например, высоту электрододержателей, положение дом­ крата, точно выравнивают жесткость силовых элементов; при этом взаимное смещение электродов не происходит и дополнительные коробления не возникают Таким прибором оценивают правильность установки консолей, .-лектрододержателей, электродов; анали­ зируют состояние силовых элементов, их крепление. Влияние смеще­ ний электродов уменьшается, если сварку вести в направлении, пер­ пендикулярном плоскости рабочего пространства машины, или на машинах портального типа.

Существует много способов снижения сварочных деформаций и перемещений (рис. 3.39). Их можно разбить на две большие группы: предупреждающие и исправляющие (правка). Среди предупрежда­ ющих способов эффективно применение FK «вытягивающего» шов, а также дополнительного кольцевого обжатия деталей вокруг элек­ тродов, препятствующего течению металла в зазор. Если, несмотря на меры предупреждения, коробления остаются выше допускаемых, применяют правку. В зависимости от материала, размеров и формы

узла используют термические, термомеханические и механические способы правки.

Термообработку узла с общим нагревом проводят сравнительно редко, так как она создает свои деформации тонкостенных деталей, аще ее выполняют сразу после точечной сварки пропусканием второго импульса. Однако главная цель такой термообработки — улучшение струк­ туры и^ свойств соединений. Эффективен местный нагрев выпуклого участка много-

Рис. 3.38. Схема измерения взаимного горизон­ тального смещения электродов до сварки:

пламенными газовыми горелками до температуры пластического те­ чения металла. Из-за несвободного расширения деталь в этом месте утолщается, а после остывания сокращается.

Термомеханические способы основаны на одновременном воз­ действии высокой температуры, дилатометрического эффекта и внеш­ него усилия. Для сокращения вытянутых участков деталь нагре­ вают между электродами точечной машины до расплавления в центре. При этом используют явление сокращения шва после сварки.

Весьма перспективен метод нагрева «хлопуна» между электропро­ водящими накладками из сплава БрНБТ (см. табл. 5.2) в виде на­ садок на электродах (рис. 3.40). Высокая эффективность метода обусловлена широкой зоной нагрева, искусственно увеличенным сопротивлением детали тепловому расширению металла, отсут­ ствием повреждения или заметного окисления поверхностей, воз­ можностью его применения в широком диапазоне толщины и ма­ териалов.

Механические способы основаны на холодной пластической де­ формации шва или околошовной зоны. Шов обстукивают сталь­ ным пуансоном с усилиями, достаточными для некоторой дефор­ мации металла. Характер процесса напоминает действие ковочного усилия.

Рассмотренные выше способы снижения деформаций повышают точность сварных конструкций. Однако после сварки узлов, имеющих базовые и посадочные поверхности (рис. 3.41), применяют механиче­ скую обработку: точение, фрезерование, шлифование, развертыва­ ние и др. Для этого на свариваемых деталях предусматривают тех­ нологический припуск на обработку.

3.11.2. Антикоррозионная защита

Соединения, выполненные точечной, шовной и рельефной сваркой, могут подвергаться коррозии при эксплуатации в агрес­ сивных средах. Очаги ее находятся в зазоре (под нахлесткой) и на поверхности вмятины. Обычно зазор имеет переменный размер:

ввершине около пояска уплотнения он наименьший, а посередине между точками и на краю нахлестки — наибольший. Средний раз­ мер зазора возрастает с увеличением толщины деталей, диаметра ядра, при использовании ковочного усилия, с уменьшением размеров рабочей поверхности электродов. При сварке деталей толщиной 0,5—2 мм он составляет 0,1 —1 мм. Зазоры — источник щелевой коррозии, которая возникает при наличии в зазоре коррозионной среды и обусловлена различным характером газообмена с атмосферой

вразных участках. Доступ кислорода затрудняется с уменьшением размера зазора. При размере меньше критического (Днр = 0,25 мм для стали и 0,15 — для алюминиевых сплавов) поступление кисло­ рода ограничивается настолько, что стенки и вершина щели при­ обретают более электроотрицательный потенциал и становятся ано­

дом, свободноаэрируемые участки щели и кромки — катодом (рис. 3.42). Анодные участки начинают растворяться. Коррозионное разрушение постепенно распространяется в уплотняющий поясок, а затем и в ядро. При длительной эксплуатации продукты коррозии, накапливаясь, дополнительно раздвигают детали, увеличивая зазор. В вершине зазора могут появиться опасные напряжения отрыва.

Процесс щелевой коррозии часто ускоряется из-за высокой кон­ центрации рабочих напряжений в вершине зазора. Если они пре­ вышают ат, то могут возникнуть микротрещины, которые быстро

Как правило, медь оказывается более электроположительным эле­ ментом, чем основной металл, и между ними возникает гальваниче­ ская пара. Поверхностные слои вмятины разрушаются. Наибольшую скорость коррозии наблюдают у металлов с относительно низкой коррозионной стойкостью (магниевых и алюминиевых сплавов, низкоуглеродистых сталей и т. п.).

Для предотвращения щелевой коррозии зазоры герметизируют с помощью грунтов, эмалей, клеев, паст, герметиков и лакокрасоч­ ных покрытий. Эту операцию осуществляют до сварки (при сборке) или после сварки.

При сборке эти вещества, преимущественно грунты и эмали, наносят на поверхность нахлестки. Обладая относительно малой вязкостью, они легко выдавливаются сварочным усилием из зоны сварки в зазор между деталями и не мешают протеканию тока, формированию соединения. Защитные вещества затвердевают спустя некоторое время и создают надежный барьер, препятствующий прониканию агрессивных жидкостей под нахлестку. Однако следует учитывать, что эти вещества, нанесенные на нахлестку, постепенно высыхают, т. е. являются ограниченно жизнеспособными с точки зрения возможности выполнения сварки. Например, допустимое время хранения деталей (при температуре 16—18 °С) с нанесением грунта ГФ-0114 (АЛГ-12) составляет 4 ч, паст КСП-1 — 9 ч, паст АЛКМ-1 — до трех суток, клея горячего отверждения ВК-1МС —