1350

Контактная сварка как один из способов получения не­ разъемных соединений известна с конца прошлого века. В 1887 г. русский изобретатель Н. Н. Бенардос запатентовал точечную сварку. Несколько позже Томсон (США) изобрел стыковую сварку сопротивлением. Стыковая сварка оплаблением была предложена в 1903 г. Широкое использование контактной сварки в нашей стране

собов неразъемного соединения деталей в различных отраслях техники. Она отличается очень высокой степенью механизации, роботизации, автоматизации и, как следствие, высокой произво­ дительностью. Благодаря совершенствованию технологического про­ цесса и модернизации оборудования области ее использования не­ прерывно расширяются.

Предлагаемый учебник написан в соответствии с действующей типовой программой по курсу «Технология и оборудование контакт­ ной сварки». Основой учебника является выпущенное в 1975 г. издательством «Машиностроение» учебное пособие аналогичного названия, используемое при чтении курса контактной сварки в МАТИ им. К. Э. Циолковского, а также в других вузах страны. Учебное пособие переведено и издано в ВНР.

По сравнению с учебным пособием в учебнике сделан ряд обобще­ ний и включен новый объем информации, накопленный за этот пе­ риод в области теории, технологии и оборудования контактной сварки. При подготовке учебника были использованы многочислен­ ные материалы, опубликованные ИЗС им. Е. О. Патона, ВНИИЭСО, заводом «Электрик», МВТУ им. Н. Э. Баумана, Горьковским поли­ техническим институтом, другими ведущими организациями, а также зарубежными специалистами. Некоторые основные литературные источники, рекомендуемые студентам для более углубленного изуче­ ния отдельных вопросов курса, приведены в списке рекомендуемой литературы.

Так как формирование соединений при всех способах контактной сварки конструкционных материалов происходит по определенному электротермомеханическому циклу, для усвоения материала учеб­ ника необходимы знания прежде всего в области материаловедения, теплофизики, электротехники, электроники и теории деформаций.

А. А. Чакалевым написаны ^гл. 1, 7, 11; В. А. Сидякиным и Б. Д. Орловым — гл. 2 и 4; Ю. В. Дмитриевым — гл. 3; А. Л. Мар­ ченко — гл. 6 и 8; Ю. В. Дмитриевым и В. А. Сидякиным — гл. 5; остальные главы — Б. Д. Орловым.

Все замечания и пожелания по улучшению содержания учебника будут приняты с благодарностью.

К о н т а к т н а я с в а р к а — это процесс образова­ ния неразъемных соединений конструкционных металлов в резуль­ тате их кратковременного нагрева электрическим током и пластиче­ ского деформирования усилием сжатия.

Соединение свариваемых деталей при контактной сварке (как и при других способах сварки) происходит путем образования свя­ зей между атомными агрегатами в зоне контакта этих деталей. При этом для образования физического контакта и активации соеди­ няемых поверхностей затрачивается тепловая и механическая энер­

промышленной, повышенной и пониженной частоты, постоянный,

ит. д.;

7)по наличию дополнительных связующих компонентов (клея, грунта, припоя и др.);

8)по характеру перемещения роликов при шовной сварке — непрерывная (с постоянным вращением роликов) или шаговая (с оста­

котором детали свариваются по отдельным ограниченным участкам касания (по ряду точек). При точечной сварке (рис. 1) детали 1 собирают внахлестку, сжимают усилием F электродами 2, к которым подключен источник 3 электрической энергии (например, сварочный трансформатор). Детали нагреваются при кратковременном про­ хождении сварочного тока / сп до образования зоны 4 взаимного расплавления деталей, называемой ядром. Нагрев зоны сварки сопровождается пластической деформацией металла в зоне контакта

»

деталей (вокруг ядра), где образуется уплотняющий поясок 5, надежно предохраняющий жидкий металл от выплеска и от окружа­ ющего воздуха. Поэтому специальной защиты зоны сварки не тре­ буется. После выключения тока расплавленный металл ядра быстро кристаллизуется и образуются металлические связи между соеди­ няемыми деталями. Таким образом, образование соединения при точечной сварке происходит с расплавлением металла.

Нагрев при точечной сварке проводят импульсами переменного тока промышленной частоты 50 Гц (реже повышенной частоты 1000 Гц), а также импульсами постоянного или униполярного

тока.

По способу подвода тока к свариваемым деталям различают дву­ стороннюю и одностороннюю сварку. В первом случае электроды 2 (рис. 1, а) подводят к каждой из деталей 7, а во втором — к одной из деталей (например, верхней, рис. 1, б). Для повышения плотности тока в точках касания деталей нижнюю деталь прижимают к медной подкладке 6У которая одновременно выполняет роль опоры.

Чаще всего за цикл сварки получают одну точку (одноточечная сварка) и реже одновременно две (см. рис. 1 б) и более точек (много­ точечная сварка). Иногда при точечной сварке применяют комбини­ рованные соединения (клеесварные и сварно-паяные). Клей и при­ пой вводят под нахлестку для повышения прочности и коррозионной стойкости соединений.

Р е л ь е ф н а я с в а р к а — одна из разновидностей точечной сварки. При этом на поверхности одной из деталей предварительно формируют выступ — рельеф 7 (рис. 1, в), который ограничивает начальную площадь контакта деталей, в результате чего при сварке

вэтой зоне повышаются плотность тока и скорость тепловыделения. При нагреве рельеф постепенно деформируется; на определенной стадии процесса сварки формируется ядро 4, как при обычной точеч­ ной сварке. Часто на поверхности детали выполняют несколько рельефов или один протяженный выступ замкнутой формы, например,

ввиде кольца. После прохождения сварочного тока получают одно­ временно несколько точек или непрерывный плотный шов (контур­

нения (шва) путем образования ряда перекрывающихся точек. Под­ вод тока и перемещение деталей осуществляют с помощью враща­ ющихся дисковых электродов — роликов 8 (рис. 1, г). Как и при то­ чечной сварке, детали собирают внахлестку и нагревают кратковре­ менными импульсами сварочного тока. Перекрытие точек дости­ гается соответствующим выбором паузы между импульсами тока и скорости вращения роликов. В зависимости от того, вращаются ролики непрерывно при сварке шва или останавливаются на время прохождения сварочного тока, различают непрерывную и шаговую сварку. Шаговая сварка отличается относительно небольшой про­ изводительностью, однако при этой сварке уменьшаются скорость износа рабочей поверхности роликов и вероятность образования де­ фектов шва (трещин, раковин) по сравнению с непрерывной сваркой,

когда прохождение сварочного тока и кристаллизация литого ядра осуществляются при вращающихся роликах.

Известны некоторые разновидности шовной сварки — односто­ ронняя, многошовная (одновременная сварка нескольких швов на одной машине), шовно-стыковая сварка.

один из которых, например зажим 10, подвижный и соединен с при­ водом усилия сжатия машины. По степени нагрева металла торцов деталей различают стыковую сварку сопротивлением и оплавле­ нием.

При стыковой сварке сопротивлением детали 1 предварительно сжимают усилием F и включают в сеть сварочный транформатор 3. По деталям протекает сварочный ток / св, и происходит постепенный нагрев стыка деталей до температуры, близкой к температуре плав­ ления. Затем сварочный ток выключают и резко увеличивают усилие осадки деталей, которые деформируются в стыке. При этом из зоны сварки частично выдавливаются поверхностные пленки, формируется физический контакт, и образуется соединение.

При стыковой сварке оплавлением вначале на детали подают напряжение от сварочного трансформатора, а затем их сближают. При соприкосновении деталей в отдельных контактах вследствие большой плотности тока металл контактов быстро нагревается и взрывообразно разрушается. Нагрев торцов деталей происходит за счет непрерывного образования и разрушения контактов — пере­ мычек, т. е. оплавления торцов. К концу процесса на торцах обра­ зуется сплошной слой жидкого металла. В этот момент резко увели­ чивают скорость сближения и усилие осадки деталей; торцы смы­ каются, большая часть жидкого металла вместе с поверхностными пленками и частью твердого металла.выдавливается из зоны сварки, образуя утолщение — грат 11 (рис. 1, д, показан штриховой линией). Сварочный ток выключается автоматически во время осадки деталей. Для более равномерного нагрева деталей по сечению и получения однородных свойств соединений в ряде случаев до начала оплавле­ ния торец подогревают током способом сварки сопротивле­ нием.

Стыковую сварку как сопротивлением, так и оплавлением отно­ сят по состоянию металла в зоне сварки к сварке в твердом состоя­ нии, хотя в отдельных случаях, особенно при стыковой сварке оплавлением деталей больших сечений, стыковое соединение форми­ руется в твердожидкой фазе.

Получение сварных конструкций с заданными эксплуатацион­ ными свойствами обеспечивается соответствующей технологией и оборудованием. Т е х н о л о г и я — перечень сведений о способах и режимах обработки и сварки деталей. При производстве сварных узлов к этим операциям можно отнести непосредственно сварочные и вспомогательные операции, например, подготовку поверхности, сборку, контроль качества соединений и т. д.

сварки по обобщающим параметрам (в том числе по статистическим многофакторным моделям процесса), управление приводами средств механизации и автоматизации, а также сбор и обработку информа­ ции о состоянии приводов машины, о простоях, о количестве соеди­ нений и качестве сварки за смену, сутки и т. п. В ряде случаев аппа­ ратура управления с ограниченными функциями встраивается в машину.

Область применения контактной сварки чрезвычайно широка — от крупно­ габаритных строительных конструкций, космических аппаратов до миниатюрных полупроводниковых устройств и пленочных микросхем. По имеющимся данным, в настоящее время около 30 % всех сварных соединений выполняют различными способами контактной сварки. Среди механизированных и автоматизированных способов сварки контактная сварка занимает первое место.

Контактной сваркой можно успешно соединять практически все известные конструкционные материалы — низкоуглеродистые и легированные стали, жаро­ прочные и коррозионно-стойкие сплавы, сплавы на основе алюминия, магния и ти­ тана и др.

Точечная сварка — наиболее распространенный способ, на долю которого при­ ходится около 80 % всех соединений, выполняемых контактной сваркой. Этот способ сварки широко используют в автомобиле- и вагоностроении, строительстве, радио­ электронике и т. д. Например, в конструкциях современных лайнеров насчиты­ вается несколько миллионов сварных точек, легковых автомобилей — до 5000 точек. Диапазон свариваемых толщин — от нескольких микрометров до 10—30 мм. То­ чечной сваркой соединяются элементы жесткостей и крепежные детали с листами, тонкостенными оболочками и панелями.

Стыковую сварку сопротивлением используют весьма ограниченно, так как не удается обеспечить равномерный нагрев стыка и получить соединение по всей поверхности контакта из-за трудностей удаления оксидных пленок. Этот способ применяют в основном при соединении проволоки, стержней и труб из низкоуглеро­ дистой стали относительно малых сечений.

Стыковую сварку оплавлением успешно используют при соединении трубопро­ водов, железнодорожных рельсов (бесстыковые пути) в стационарных и полевых условиях, длинномерных заготовок, ободьев автомобильных колес из различных конструкционных сталей и сплавов, латуни и цветных металлов и др. Стыковая сварка оплавлением обеспечивает экономию легированной стали при производстве режущего инструмента. Например, рабочая часть сверла из инструментальной стали сваривается с хвостовой частью из обычной стали.

Доля стыковой сварки, преимущественно сварки оплавлением, составляет около 10 % общего объема применения контактной сварки.

Шовная сварка по объему применения занимает третье место (около 7 %) и ис­ пользуется при изготовлении различных герметичных емкостей, например, топлив­ ных баков автомобилей и летательных аппаратов, баков стиральных млиин и шкафов холодильников, плоских отопительных радиаторов и т. п. Кроме того, шовная сварка обеспечивает получение прочноплотных швов при производстве чувствительных элементов в приборостроении. Скорость сварки швов может дости­ гать на отдельных установках 10 м/мин, а плотность соединений обеспечивает высо­ кую надежность работы сварных конструкций, в условиях очень низкого Еакуума

или весьма больших давлений рабочей среды.

Рельефная сварка — наименее распространенный способ контактной сварки (объем применения около 3 %), используется для крепления кронштейнов к листо­

крепления проволоки к тонким деталям в радиоэлектронике и др. Рельефная сварка по непрерывным рельефам также дает возможность получать герметичные соедине­ ния, в частности, крышки с основанием полупроводниковых элементов или интег­ ральных схем.