книги из ГПНТБ / Севбо П.И. Комплексная механизация и автоматизация сварочного производства

2)высокая производительность, значительно превышающая про­ изводительность электродуговой и электрошлаковой сварки ана­ логичных компактных сечений встык;

3)высокое качество сварных соединений даже при больших се­ чениях стыка по сравнению со стыковой сваркой сопротивлением;

4)возможность полной автоматизации сварочного процесса и ■программного управления.

Недостатки:

1)существенный расход металла на оплавление и осадку;

2)необходимость удаления (срезания) грата, а иногда и выдав­

* 3) повышенная сложность сварочного процесса и вследствие это­ го усложненная схема привода машины и органов автоматического управления.

Области рационального применения:

1. Сварка трубных стыков диаметром от 18 до 2500 мм сечением

истали).

2.В промышленности — сварка встык котельных труб поверх­ ностей нагрева и теплообменных аппаратов, массивных стальных и алюминиевых деталей и колец фасонного профиля, различных ма­ шинных деталей, например, стальных рештаков в угольном машино­ строении, коленчатых многоопорных валов мощных двигателей, па­ ропроводов и коллекторов высокого давления из толстостенных теп­ лоустойчивых труб, широкополосной стали и т. д.

При необходимости тщательного удаления грата и срезания уси­ ления шва (по ТУ) контактная сварка оплавлением может оказать­ ся экономически менее выгодной, чем сварка под флюсом или электро­ шлаковая.

К о н т а к т н а я т о ч е ч н а я с в а р к а . Из всех существу­ ющих способов контактной сварки металлов наиболее распростра­ нен способ точечной сварки. По объемам применения в промышлен­ ности СССР он охватывает свыше 60% всей контактной сварки; сты­ ковая — 30%, шовная и рельефная — 10%.

При точечной сварке (рис. 15, а) электрический ток проходит меж­ ду двумя стержневыми электродами 2 через металл свариваемых деталей 1 (соединяемых обычно внахлестку) и производит их мест­ ный — точечный — нагрев в зоне сопряжения. В результате разви­ ваемой в этом месте высокой температуры оплавляются контакти­ рующие поверхности и образуется характерное литое ядро точки 3.

90

Площадь сварной точки определяется размерами и формой сварочно­ го электрода ипримерно равна площади торца электрода.

Сварочные электроды (в большинстве круглого сечения) одновре­ менно выполняют роль пуансонов, передающих ковочно-сварочное давление нагретой зоне металла и вызывающих его пластическую деформацию. При этом жесткий контур холодного металла, окру­ жающий нагретые зоны и торцы электродов, препятствует свобод­ ному развитию деформации при тепловом расширении металла. Вследствие этого деформация нагретого металла в зоне сварки бу­ дет иметь характер пластического течения, развивающегося в усло­ виях трехосного (объемного) сжатия.

Результаты исследований Д. А. Роговина и др. показали, что прочность сварной точки (особенно усталостная) и физико-механи­ ческие свойства металла в зоне точки существенно повышаются до­ полнительной проковкой во время сварки с повышенным давлением электрода.

Обычные машины для точечной сварки имеют одну пару электро­ дов. Производительность таких машин достигает 200 и более точек в минуту. Однако практическая реализация столь высокого темпа далеко не всегда возможна. Значительное повышение производитель­ ности труда достигается при сварке на многоэлектродных ма­ шинах.

В серийном и массовом производстве листовых конструкций с нахлесточными соединениями, например, в автомобиле-, вагоно-, самолетостроении весьма эффективно применение высокопроизводи­ тельных многоточечных (многоэлектродных) машин с автоматизи­ рованным управлением. Машины эти в зависимости от привода и по­ следовательности действия электродов бывают трех систем.

Машины с последовательным зажатием изделия (гидроматики). В этих машинах (рис. 16) свариваемое изделие зажимается пооче­ редно разными электродами. Управление последовательностью ра­ боты сварочных пистолетов (и электродов) 3 осуществляется специ­ альным гидравлическим распределителем 1. Работа гидравлических сварочных пистолетов синхронизируется с включением и выключе­ нием сварочного тока. Привод гидравлической системы осуществ­ ляется от насосной станции 2 или пневмогидравлического мульти­ пликатора. Электропитание машина получает от сварочного транс­ форматора 4 с переключателем ступеней 5.

Недостаток этих машин заключается в том, что последовательное зажатие электродов снижает производительность, так как теряется много времени на прямой и обратный ход электродов.

Разновидностью этой системы машин являются так называемые пневматики, т. е. машины с пневматической, а не гидравлической си­ стемой создания усилий на электродах. При этом зажатие электродов

91

может быть последовательным или чаще параллельным — одно­

временным.

М а ш и н ы с о д н о в р е м е н н ы м з а ж а т и е м и з д е ­ л и я и к о м м у т а ц и е й т о к а во в т о р и ч н о м к о н ­ т у р е (э л е к т р о м а т и к и). В машинах этой системы (рис. 17) свариваемое изделие зажимается всеми электродами одновременно, а сварочный ток включается и выключается в необходимой после­ довательности специальным распределителем 4 — коммутатором.

Рис. 16. Схема многоточечной контактной машины типа гидроматик.

Преимуществом этих машин по сравнению с гидроматиками яв­ ляется более высокая производительность и меньшее коробление свариваемых изделий благодаря одновременному зажатию изделия

всеми электродами.

Недостаток этой системы—сравнительная сложность вторичной цепи сварочного трансформатора благодаря наличию в ней токораспределителя с контактными устройствами, рассчитанными на боль­ шую силу тока при низком напряжении. Этот недостаток снижает эксплуатационную надежность работы электроматиков.

М н о г о т р а н с ф о р м а т о р н ы е м а ш и н ы . Рассмот­ ренные выше многоэлектродные машины (гидроматики, пневматики и электроматики) имеют, как правило, один источник питания в виде сварочного трансформатора с разветвленной вторичной цепью. При­

92

чем длина этой цепи, а следовательно, и ее сопротивление растут с числом питаемых ею электродов.

Многотрансформаторные машины для многоточечной сварки отличаются применением нескольких малогабаритных сварочных трансформаторов, к вторичной обмотке которых постоянно подклю-

Рис. 17. Схема многоточечной контактной машины типа «Электроматик»:

/ — насосная станция; 2 — переключатель ступеней; 3 — сварочный трансформатор; 4 — распределитель тока; 5 — каретка распределителя; 6 — сварочные пистолеты.

чены сварочные пистолеты (один или несколько). Отсутствие комму­ татора во вторичном контуре машины и питание от каждого трансфор­ матора только определенных электродов, подключенных к его вто­ ричной обмотке, позволяют располагать трансформатор близко к месту сварки и получать вторичный контур небольшой по размерам. Это снижает вторичное напряжение сварочных трансформаторов и соответственно уменьшает габариты и мощность.

93

В этой системе, как и в электроматиках, зажатие изделия про­ изводится всеми электродами одновременно. Принципиальная схема многоточечной машины многотрансформаторного типа приведена на рис. 18.

Преимуществом рассматриваемой системы по сравнению с электроматиками является эксплуатационная надежность машины, так как отсутствует сложный токораспределитель во вторичной цепи сва­ рочных трансформаторов. Машины этого типа более универсальны,

4 5

так как позволяют обеспечить подбор различных режимов сварки для разных пистолетов (электродов).

Преимущества контактной точечной сварки:

1)высокая производительность, значительно превышающая про­ изводительность автоматической дуговой сварки прерывистым или электроза клепочным швом;

2)высокая экономичность процесса вследствие отсутствия сва­ рочных материалов и малого расхода электроэнергии;

3)малые остаточные деформации и коробление сварной конструк­ ции, особенно если сварка производится многоточечными машина­ ми типа электроматик;

4)простота схемы и конструкции сварочных машин (кроме мно­ готочечных) по сравнению со стыковыми и шовными машинами;

5)возможность полной автоматизации сварочного процесса, а также комплексной автоматизации производства в целом.

Недостатки:

1)ограниченность типов свариваемых швов, так как точечной сваркой можно выполнять только нахлесточные соединения при толщине деталей (листов) практически не более 10 мм. Нахлесточ-

94

ное соединение по сравнению со стыковым увеличивает вес кон­ струкции;

2)негерметичность сварного шва и неравнопрочность с основ­ ным металлом, что свойственно любому прерывистому шву;

3)зависимость качества и размеров ядра сварной точки от чистоты свариваемых поверхностей и плотности их сопряжения; '" 4) невозможность или крайняя затрудненность качественной свар­ ки горячекатаной листовой или профильной стали без предвари­ тельной очистки ее поверхности от окалины, ржавчины'и загрязне­

ний до металлического блеска (по крайней мере, в зонах сварки и в местах приложения контактов). Сварке таких деталей на точечных машинах должны предшествовать операции травления поверхнос­ тей, пескоили дробеструйной очистки, резко снижающие эконо­ мичность процесса;

5) пониженная динамическая прочность сварного соединения вследствие наличия концентраторов напряжений у краев сварной точки.

Области рационального применения:

1.Из всех способов контактной сварки точечная по праву по­ лучила наибольшее распространение во всех отраслях промышлен­ ности и строительства, несмотря на то, что область ее применения ограничивается сваркой только нахлесточных негерметичных швов.

2.По типу производства — наиболее эффективно применение то­ чечной сварки в серийном и массовом производстве однотипных из­ делий в следующих отраслях: автомобиле-, сельхозмашиностроении, производстве бытовых приборов и устройств, электротехнической и радиотехнической промышленности, самолетостроении, вагонострое­ нии, угольном машиностроении. Для этих производств целесообраз­ но применение автоматизированных многоточечных машин (см. § 8)

икомплексных автоматических линий.

К о н т а к т н а я ш о в н а я ( р о л и к о в а я ) с в а р к а . Способ шовной (или роликовой) сварки (рис. 15, б) характеризует­ ся тем, что в сварочной машине электродами служат вращающиеся ролики, выполняющие одновременно три функции: подвод тока, сжатие частей свариваемого изделия и перемещение его в процессе сварки. Наложенные внахлестку кромки деталей 1 свариваются по­ степенно по линии качения роликов 2 сплошным (иногда прерывис­ тым) швом, имеющим примерно такое же сечение, как и при точеч­ ной сварке. Сварочное давление, как и при точечной сварке, передает­ ся через электроды — ролики.

Шовную сварку можно рассматривать как точечную, при кото­ рой осуществляется непрерывный ряд перекрывающих друг друга точечных соединений. Она применяется главным образом для полу­ чения герметичных швов при соединении двух листовых деталей

95

внахлестку. Свариваемые детали 1 зажимаются с определенным уси­ лием между электродами-роликами 2, которые'соединены со вторич­ ным витком сварочного трансформатора 3. В процессе сварки сва­ риваемое изделие получает принудительное перемещение, осуществ­ ляемое в большинстве случаев роликовыми электродами, вращение которых обеспечивается специальным механизмом (приводом).

Существуют два способа шовной сварки: с непрерывным и с пре­ рывистым протеканием сварочного тока. Способ шовной сварки с непрерывным протеканием сварочного тока имеет ограниченное применение из-за качества соединений — при сварке малоуглеро­ дистых сталей толщиной обычно до 0,7—0,8 мм.

При больших толщинах этот способ не обеспечивает получение качественного соединения и поэтому в большинстве случаев шовная сварка осуществляется при прерывистом протекании сварочного то­ ка. Для этой цели в первичную обмотку сварочного трансформатора включается специальный прерыватель, который через определенные, заранее задаваемые промежутки времени, прерывает сварочный ток. Сварка при этом осуществляется отдельными равными по длитель­ ности импульсами тока, разделенными равными паузами. Выклю­ чение и включение сварочного тока осуществляется в моменты его нулевых значений (при изменении переменного тока по синусоиде). Обычно длительность импульса, как и паузы, колеблется в преде­ лах 0,08—0,4 сек (4—20 периодов).

Разновидностью шовной сварки является шовно-стыковая, при­ меняемая для соединения листовых деталей не внахлестку, а встык. При этом роликовые электроды, катящиеся вдоль свариваемых кромок, или скользящие контакты служат только для подвода то­ ка, а не для обжатия свариваемого стыка. Функция обжатия вы­ полняется другими рабочими органами машины, например, при сварке продольных швов труб — обжимными валками (рис. 15, в).

Имеется еще одна разновидность шовной сварки — шовно-точеч­ ная,’а точнее роликовая точечная сварка, применяющаяся в автомо­ билестроении и других отраслях промышленности. Сущность ее заключается в том, что отдельные сварные точки не сопрягаются друг с другом, как при обычной шовной сварке, а разделены на за­ ранее заданный шаг, определяемый электронным реле времени. При таком способе точечной сварки достигается некоторое увеличение производительности по сравнению с обычными точечными машина­ ми, так как не расходуется время на сжатие и обратный ход электро­ дов при сварке каждой точки. Свариваемые детали зажимаются между роликовыми электродами в начале сварки и разжимаются только по окончании сварки всего ряда точек.

Преимущества шовной (роликовой) сварки: 1) герметичность сварного соединения;

96

2) экономичность сварочного процесса вследствие отсутствия сварочных материалов и малого расхода электроэнергии;

3) возможность полной автоматизации технологического про­ цесса.

Недостатки:

1) невозможность или затрудненность качественной сварки ме­ таллов и, в частности, горячекатаной стали без предварительной ее очистки от окалины, ржавчины, окислов и загрязнений;

2)пониженная динамическая, а для некоторых сталей и стати­ ческая прочность сварных соединений вследствие наличия концен­ траторов напряжений по краям зоны сплавления;

3)сравнительно невысокая скорость сварки.

Области рационального применения:

1.По типам швов и толщинам соединяемых элементов примене­ ние шовной сварки ограничивается нахлесточными соединениями при толщинах до 5 мм и в отдельных частных случаях — стыковы­ ми (при сварке труб).

2.Применение целесообразно в производстве плоскосворачиваемых труб, отопительных приборов, панельных испарителей, быто­ вых приборов, тонкостенных изделий электротехнической и радио­ технической промышленности.

тором на одной из свариваемых деталей или на обеих в местах, под­ лежащих сварке, предварительно выштамповываются выступы (рельефы) 1. На этих выступах локализуется нагрев сварочным то­ ком, который проходит от одного электрода 2 к другому 3 через сва­ риваемые детали и выступы на них. Одновременно на этих же вы­ ступах локализуется и сварочное давление электродов, благодаря чему и происходит процесо сварки деталей по заданному рельефу (по выступам). Выступы при этом сминаются и проковываются, об­ разуя прочное соединение.

При точечной сварке получение соединений g устойчивыми проч­

ностными характеристиками возможно только при наличии в соеди­ нениях литого ядра. Это положение в большой степени применимо и к рельефной сварке, которую принято рассматривать как разно­ видность точечной, чго не совсем верно.

Исследованиями В. А. Гиллевича и других установлено, что рельефную сварку в большинстве случаев следует осуществлять с расплавлением, так как максимальная прочность соединений дости­ гается при наличии в них литого ядра.

Существенный недостаток рельефной сварки, снижающий ее эко­ номическую эффективность, заключается в необходимости добавоч­ ных операций по штамповке выступов.

Преимущества контактной рельефной сварки:

1)высокая производительность сварки, приближающаяся к про­ изводительности штамповки;

2)сравнительная простота принципиальной схемы машины-прес­

са и возможность полной ее автоматизации, а также комплексной автоматизации производства.

Недостатки:

1) трудно достичь равномерного распределения нагрева и дав­ ления по всей длине и сечению рельефа или по всем выступам одно­ временно, особенно при развитом контуре рельефа и большой его протяженности, в результате — невысокое и нестабильное качество

10кг!мм2;

3) во многих случаях требуются добавочные технологические опе­

рации по фасонной штамповке деталей для создания в них необхо­ димых выступов (рельефов), что существенно удорожает производ­ ство;

4) необходима предварительная очистка деталей от окалины, ржа­ вчины и загрязнений, такая же, как при точечной и шовной сварке; 5) наличие концентраторов напряжений в шве снижает проч­

ность соединения.

Области рационального применения:

1.В основном для сварки сталей, реже — для цветных металлов

исплавов.

2.Рекомендуется применение в виде специализированных сва­

рочных машин-прессов для массового производства однотипных из­ делий, к которым не предъявляются требования высокой прочности.

3.Целесообразно применение в автоматических линиях, где по темпу производства требуется выполнить данный шов очень быстро,

втемпе штамповки, например, в производстве металлических колб радиоламп (сварочными машинами МРПЛ-300).

4.По типу производства: крупносерийное или массовое произ­

водство тонкостенных изделий.

5. Если считать разновидностью рельефной сварки контактную сварку пересекающихся стержней или проволок в крест, то обшир­ ной и очень эффективной областью применения следует признать производство сеток и арматуры железобетона.

К о н т а к т н а я к о н д е н с а т о р н а я с в а р к а . Кон­ денсаторная сварка относится к контактной сварке аккумулирован­ ной энергией, которая отличается от обычной контактной сварки тем, что в ней источником нагрева является импульсный сварочный ток,

98

возникающий при использовании заранее накопленной — аккуму­ лированной электрической энергии.

Из всех известных способов сварки аккумулированной энергией наиболее распространенным является способ контактной конден­ саторной сварки (стыковой, точечной, рельефной, шовной). При кон­ денсаторной сварке в качестве аккумулирующей системы использует­ ся батарея электрических конденсаторов. Энергия в конденсато­ рах накапливается при их зарядке от источника постоянного напряжения (генератора или выпрямителя), а затем в процессе раз­

где г] — к. п. д. конденсаторной машины.

Накопленная в машине энергия расходуется в течение очень короткого промежутка времени сварки. Зарядка же производится во время значительной паузы между сваркой двух точек.

Установлено, что мощность, которая развивается при такой свар­ ке, во столько раз больше мощности, потребляемой машиной, во сколько раз время сварки меньше продолжительности паузы меж­ ду сваркой двух точек. Отсюда вытекает главное преимущество кон­ денсаторной сварки перед обычной контактной: незначительная мощность, забираемая из сети во время зарядки конденсаторов. По­ этому конденсаторные машины обычно имеют незначительную уста­ новленную мощность, особенно если учесть, что они применяются

н у ю, когда конденсатор разряжается на первичную обмотку сва­ рочного трансформатора, во вторичной цепи которого находятся предварительно сжатые свариваемые детали. В настоящее время основным видом конденсаторной сварки является трансформаторная конденсаторная сварка сопротивлением (рис. 19).

По типу сварного соединения наибольшее распространение по­ лучила т о ч е ч н а я конденсаторная сварка, которая охватывает свыше 70% всего объема сварочных работ, производимых конден­ саторной сваркой.

рочного трансформатора ТС. Влевом положении ключа /(происходит