1350

коэффициент линейного расширения самой меди. Такие бронзы сваривают по циклограмме б (рис. 3.6). Шовную сварку ведут при непрерывном вращении и импульсном включении тока (цикло­ грамма бу рис. 3.8). Электроды и ролики устанавливают как для алюминиевых сплавов.

8. Тугоплавкие сплавы (группа 8). Условно тугоплавкими счи­ тают металлы и сплавы с температурой ликвидуса выше температуры

Nb, Zr, Со в молибдене. Вольфрам применяют в чистом виде или в качестве сплава с Та, Re, Nb, Zr, Мо и др. Широкое применение нашли сплавы ниобия с V, W, Мо, Zr, Ti, Re. Ниобиевые сплавы

Сварка тугоплавких химически активных сплавов вольфрама и молибдена осложняется их высокими теплопроводностью и электро­ проводимостью, а также высокой температурой плавления (3400 °С вольфрама, 2620 °С молибдена). Сочетание подобных свойств вызы­ вает появление в контакте электрод—деталь очень высоких темпе­ ратур, быстрое смятие и подплавление рабочей поверхности элек­ тродов. Сварные соединения обладают низкой пластичностью из-за неблагоприятного перераспределения хрупких фаз в зоне сварки. Таким образом, необходимо решить две основные проблемы: умень­ шить температуру в контакте под электродом и повысить пластич­ ность соединений.

Известны некоторые способы снижения этой температуры: разме­ щение между электродом и деталью защитных экранов из титана, нио­ бия; накопление теплоты в контакте деталей при одновременном снижении температуры в приэлектродной зоне (применение много­ импульсного нагрева с резким снижением f CD во время пауз); вве­ дение в сварочный контакт менее тугоплавких металлов (лент из никелевых сплавов, ниобия, тантала и др.) или плакирующих слоев; применение рельефов. Большинство из этих способов; несмотря на усложнение технологии и некоторое снижение жаропрочности, дают удовлетворительные результаты.

Пластичность соединений частично повышают термообработкой дополнительным подогревным импульсом тока ^од (см. рис. 3.7, б), меняющим неблагоприятное расположение примесных фаз. Однако окончательно проблема низкой пластичности может быть решена путем дальнейшего рафинирования металлов при их производстве.

Другие тугоплавкие химически активные металлы и сплавы на основе ниобия и тантала удовлетворительно сваривают точечной и шовной сваркой на режимах более жестких, чем для титановых спла­ вов, с применением циклограммы без ковочного усилия (цикло­ грамма сiy рис. 3.6).

Чистую медь из-за ее исключительно высоких теплопроводности

(см. табл. 5.2). Возможно также и прямое расплавление с о б р а з о в а ­ нием ядра на мощных конденсаторных машинах с очень жестким импульсом тока (/С13 < 0,02 с). Отсутствие интервала кристаллиза­ ции позволяет использовать простейший цикл с постоянным FCB- Шовную сварку для меди не применяют.

Никель чаще сваривают двумя импульсами тока: небольшой первый импульс подогревает зону сварки и повышает ее электросо­ противление, а второй — сваривает. В паузе электрод охлаж­ дается, и прилипание его к детали уменьшается. С этой же целью иногда на поверхность деталей наносят тонкий слой графита. Вместо подогревного импульса модулируют передний фронт сварочного

шинах различного типа: однофазных переменного тока, с выпрям­ лением тока во вторичном контуре, низкочастотных, конденсаторных. Однако технологические возможности машин вполне определенные, и для каждой группы металлов существуют наиболее пригодные типы машин (см. табл. 5.3—5.6 и гл. 6).

§ 3.4. ТЕХНИКА И РЕЖИМЫ ТОЧЕЧНОЙ

ИШОВНОЙ СВАРКИ ДЕТАЛЕЙ ОДИНАКОВОЙ ТОЛЩИНЫ

После анализа свойств и свариваемости, природы дефек­ тов и методов их предупреждения, характеристик имеющегося обо­ рудования и требований, предъявляемых к качеству соединений,

грамме в (см. рис. 3.8) — дополнительно FKt /к, а также длительность перемещения* и остановки роликов.

Режимы можно определять расчетом, расчетно-эксперименталь­ ным методом и экспериментально (см. гл. 1 и 2). Существуют много­ численные рекомендации по режимам (обычно в виде таблиц, номо­ грамм, графиков). Однако эти режимы ориентировочные и требуют перед сваркой проверки и часто корректировки для учета конкрет­ ных условий (подготовки поверхности, сборки, состояния оборудова­ ния и др.). Корректировку осуществляют на образцах-свидетелях (см. § 9.2), используя зависимости диаметра литого ядра d от пара­

его к моменту выключения тока, а также замедляют кристаллиза­ цию, модулируя задний фронт тока. Усилие FK прикладывают до прохождения сплава через ТИХ; /„ увеличивают с ростом толщины и снижением теплопроводности свариваемых металлов. Наоборот,

на жестких режимах и высоких скоростях кристаллизации его умень­ шают.

При точечной и шовной сварке двух плоских деталей из одно­ именных материалов равной толщины одинаковыми электродами условия тепловыделения и теплоотвода в обеих деталях одинаковы. Плоскость теплового равновесия (с нулевым градиентом температур) совпадает с плоскостью сварочного контакта, где и возникает литое ядро с наибольшим диаметром.

Качество и, в частности, прочность зависят от размеров литого ядра (d, Л), а также металла, степени его' разупрочнения в шве и зоне термического влияния, вида нагружения, уровня дефектов. Параметры режима не одинаково влияют на диаметр ядра (см. рис. 1.19), а значит, и на прочность. Последняя максимальна при оптимальных, вполне определенных значениях каждого из пара­ метров. Например, с увеличением / св или tCB при постоянных осталь­ ных параметрах прочность возрастает вначале быстро, затем медлен­ нее с образованием ядра. Но при чрезмерных / св и tCB размеры ядра начинают уменьшаться из-за усиливающихся внутренних выплесков, появления различных дефектов. С увеличением FCB и d3 прочность также вначале растет в связи с ростом диаметра ядра, а затем начи­ нает снижаться из-за резкого увеличения площади контактов, по­

на сварку узла. Однако при сварке реальных деталей на процесс могут воздействовать различные неблагоприятные факторы, факти­ чески изменяющие выбранные параметры режима. Этими факторами могут быть расплющивание рабочей поверхности электродов, изме­ нение сопротивления деталей и сварочного контура, колебание на­ пряжения сети, давления воздуха в пневмосети и др. Поэтому в каж­ дом конкретном случае решают вопрос о необходимости уменьшения воздействия подобных неблагоприятных факторов, стабилизации или автоматического регулирования параметров (см. гл. 9). Надеж­ ное охлаждение элементов сварочного контура машины, периодиче­ ский контроль за состоянием его контактов несколько стабили­ зируют / св.

Для примера в табл. 3.6—3.10 приведены ориентировочные ре­ жимы точечной и шовной сварки для наиболее распространенного диапазона толщины (0,5—4 мм) и сплавов групп 1, 3 и 5, обеспечи­ вающие получение соединений группы А (ГОСТ 15878—79). Соответ­ ствующие размеры рабочей поверхности электродов и роликов при­ ведены в табл. 3.3.

Сравнение режимов точечной и шовной сварки показывает, что (при одинаковой длительности импульса) сила тока при шовной сварке на 15—20 % больше, чем при точечной. Это объясняется в основном увеличенной площадью контактов электрод—деталь и частично шунтированием тока. Однако из-за более широкой зоны нагрева сопротивление деформации металла уменьшается и появ-

Т а б л и ц а 3.7. Ориентировочные режимы сварки металлов группы 3 подгруппы «а» (стали типа 12Х18Н10Т, 15Х18Н12С4ТЮ)

на однофазных машинах переменного тока *

ляется возможность сваривать без выплеска с меньшей длитель­ ностью импульса. Сварочное усилие устанавливают примерно как при точечной сварке. Скорость сварки (м/мин) выбирают с учетом

требуемого перекрытия точек / и расстояния между ними /ш (см. рис. 3.2, б)

Максимальные значения скорости ограничены скоростью нагрева и кристаллизации. Поэтому для сохранения высокой скорости сварки стремятся уменьшить tCB и tn. В связи с замедлением нагрева и кри­ сталлизации по мере увеличения толщины металла vCB уменьшают. По этой же причине при сварке металлов с большой теплопровод­ ностью vCB увеличивают.

§ 3.5. ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ РАЗНОТОЛЩИННЫХ ДЕТАЛЕЙ И РАЗНОИМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ

3.5.1. Сварка деталей неравной толщины

При соотношении толщин 1 3 и менее процесс ослож­ няется трудностью получения номинальной (расчетной) зоны взаим­ ного расплавления. Это происходит из-за несовпадения плоскости теплового равновесия со сварочным контактом {е, рис. 3.15) и сопро­ вождается малым и неустойчивым проплавлением тонкой детали. Вероятность непровара возрастает с увеличением разницы в толщине.

На мягком режиме изотерма плавления преимущественно за­ рождается в центре сечения пакета (в толстой детали) и затем равно­ мерно распространяется во все стороны. Таким образом, она лишь в конце цикла сварки захватывает тонкую деталь (рис. 3.15, а). Процесс характеризуется неустойчивостью глубины проплавления, большим объемом жидкого металла толстой детали, усиленной де­ формацией тонкой, повышенным износом электродов.

На жестком режиме в начале процесса изотерма плавления равномерно захватывает приконтактные области тонкой и толстой деталей. Затем под влиянием теплоот­ вода изотерма смещается в толстую деталь, к плоскости теплового равно­ весия (рис. 3.15, б). При необходимом увеличении тока возникают внутренние

Рис. 3.15. Кинетика формирования ядра в дета­ лях разной толщины (г — плоскость теплового равновесия; е — расстояние между этой пло­ скостью и сварочным контактом):

а — мягкий режим; 6 — жесткий режим; 1 — 3 — изо­ термы плавления соответственно в 'начальной, сред­ ней и конечной стадиях сварки

гают размещением с ее стороны электрода с малой рабочей поверх­ ностью и меньшей теплопроводности. Со стороны толстой детали рабочую поверхность и теплопроводность увеличивают. Так, напри­ мер, при точечной сварке сплава АМгб толщиной 1 + 4 мм радиус сферы электрода соответственно выбирают 75 и 150 мм, а материал электродов со стороны тонкой детали — Мц5Б, а со стороны тол­ стой — медь (см. табл. 5.2). Однако этот способ незначительно увеличивает проплавление тонкой детали (на 10—15 %), а приме­ нение электродов с малой теплопроводностью ограничено из-за

прилипания электрода при сварке деталей из алюминиевых и ма­ гниевых сплавов.

Эффективно размещение между электродом и тонкой деталью съемного теплового экрана из металла с меньшей теплопроводностью в виде ленты толщиной 0,05—0,3 мм (рис. 3.16, а). Экран аккумули­ рует теплоту в тонкой детали, а часто и сам служит дополнительным источником теплоты. Комбинируя состав и толщину ленты, плоскость теплового равновесия легко сдвигают к тонкой детали и добиваются ее устойчивого проплавления. При смещении плоскости в тонкую деталь можно получить даже сквозное проплавление последней.

Второе направление реализуют главным образом на жестких режимах. Для этого используют в основном два варианта: фокуси­ ровку сварочного тока (локальное тепловыделение на малой площади

внутреннего контакта) и дополнительное обжатие деталей вокруг электродов.

Площадь внутреннего контакта ограничивают с помощью релье­ фов (на тонкой или лучше на толстой детали). Для повышения эффек­ тивности концентрации тока вокруг рельефов иногда помещают не­ электропроводящие тугоплавкие слои. Плотность тока в тонкой де­ тали повышают, уменьшая площадь электропроводимости самого электрода вблизи его рабочей поверхности с помощью кольцевой проточки, кольца из сплава с малой проводимостью, либо небольшой

108

центральной вставки из сплава с повышенной электрической про­ водимостью. Для концентрации тока в тонкой детали предложено также накладывать дополнительное магнитное поле. Сложность, низкая стойкость электродов и небольшой эффект увеличения про­ плавления тонкой детали ограничивают практическое использование перечисленных вариантов.

Весьма эффективен способ сварки с дополнительным кольцевым обжатием тонкой детали вокруг электрода. Обжатие уплотняющего пояска меняет электротермодеформационный процесс (рис. 3.16, б). Общее усилие сжатия FCB специальным электродным устройством разделяют на два усилия: Fn> прикладываемое в центре, и FU сжи­ мающее периферийный участок точки. Этот способ почти полностью исключает выплески и применяется на жестких и мягких режимах. При сварке на жестких режимах глубина проплавления возрастает из-за возможности значительного повышения плотности тока в тон­ кой детали в стадии нагрева и плавления, а на мягком режиме —из-за возможности существенного снижения отвода теплоты от тонкой детали в электрод путем резкого сокращения центрального (свароч­ ного) усилия по сравнению с обычной сваркой. Способ обеспечивает глубину проплавления тонкой детали 30—70 %, но нуждается в дальнейшем усовершенствовании с целью повышения стойкости электрода к загрязнению, а также в создании надежных и компактных универсальных электродных устройств для кольцевого обжатия точек.

3.5.2. Сварка деталей из разноименных материалов

Различия физико-механических свойств и химического состава обусловливают разницу в р0, к, aj и Тпл. Из-за неодинакового выделения и отвода теплоты ядро приобретает специфическую грибо­ образную форму (рис. 3.17). Диаметр ядра и глубина проплавления увеличиваются в деталях с высоким р0, меньшими к и Тпл.

Причины снижения размеров ядра в детали с большей теплопро­ водностью такие же, как при сварке одноименных деталей различной толщины. Аналогичны и технологические способы получения номи­ нального (расчетного) ядра в сварочном контакте путем смещения плоскости теплового равновесия к стыку, предупреждения выплесков при повышении плотности тока.

Проблема сварки разноименных сплавов часто усложняется различной толщиной деталей. Однако, если теплопроводность и тем­ пература плавления материала тонкой детали ниже, чем толстой, сварка облегчается.

В первом приближении свариваемость разноименных сплавов может быть^оце­ нена сравнением коэффициентов /?св, учитывающих основные физические свойства и толщину каждой детали:

лее тонкой в пакете.

Чем меньше разница в kCBf тем лучше свариваемость. Для разноименных алюми­ ниевых сплавов при разнице менее 0,1 свариваемость хорошая (Д16Т АМгб 1 -f-