книги / Сварка и свариваемые материалы. Технология и оборудование

21.2.2. Подготовка к сварке

Для получения соединений высокого качества поверхности должны быть ровными и чистыми. Торцуют детали механиче­ ской резкой ножницами, пилами на металлорежущих станках, плазменной или газовой резкой. Дополнительно торцы и по­ верхности детали под зажимы обрабатывают металлической

дробью, травлением, фрезерованием или шлифованием. Пере­ косы иногда устраняют предварительным оплавлением. При

сварке сопротивлением зазор между торцами не должен пре­ вышать 0,5 мм, оплавлением — 15 % припуска на оплавление.

иметь и большую установочную длину. При сварке оплавле­ нием /1 + /2=Аопл+Дос+Дк, где Дк— конечное расстояние между зажимами, выбираемое из условия сохранения устойчи­ вости деталей и низкого уровня теплоотвода в зажимы (обычно Дк^Допл+Аос). Для круглых стержней l\ + h —(0,74-1,0) d, для полос (4ч-5) s.

21.2.3. Выбор параметров режима

Значения параметров режима (программа их изменения) оп­ ределяются видом сварки и свойствами свариваемых металлов.

Сварка сопротивлением характеризуется -следующими ос­ новными параметрами:

—плотностью тока, определяемой удельным сопротивле­ нием металла, А/мм2: при сварке сталей 100—150, алюминия 200—300, меди 400—500;

—временем сварки, увеличивающимся с ростом площади

сечения детали (равномерный прогрев) и уменьшающимся с ростом теплопроводности (сплавы алюминия и меди), состав­ ляющим в среднем 0,2—1 с (диаметр проволоки sg:5 мм);

— давлением при осадке (рос), связанным с сопротивле­ нием пластической деформации нагретого металла, МПа, —20 для малоуглеродистых сталей, 125 для легированных, —10 для цветных металлов.

Сварка оплавлением определяется следующими основными параметрами:

— плотностью тока в расчете на полное сечение детали, увеличивающейся с ростом сечения, тепло- и электропроводно­ стью металла, заметно меньшими, чем при сварке сопротивле­

ность тока может быть снижена;

ТАБЛИЦА ИЛ

РЕЖИМЫ СВАРКИ ОПЛАВЛЕНИЕМ ТРУБ БОЛЬШИХ СЕЧЕНИЙ ИЗ МАЛОУГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ И РЕЛЬСОВ

(С ПРОГРАММИРОВАНИЕМ V )

— скоростью оплавления и Допл — припуском, выбираемыми из условия равномерного нагрева торцов и достаточного про­

грева околошовной зоны. К концу процесса скорость оплавле­ ния увеличивают. Величина Д0пл, составляющая до 0,8 общего

сварке сталей средняя 0Опл=1-^3 мм/с, хромоникелевых ста­

лей 2,5—3 мм/с, сплавов алюминия 4— 10, меди ~ 20 мм/с. Давление осадки зависит от сопротивления деформации и сте­ пени нагрева металла (подогрева), например, при сварке ма­

лоуглеродистых сталей рос= 70 МПа (50 МПа при сварке с по­ догревом), коррозионностойких сталей— 170 (110), сплавов алюминия — 220, титана — 60 (35) МПа. Припуск на осадку под током Доо.т=0,4-т-0,7 Дос и возрастает при увеличении сечения деталей (Д0с=5 мм, Дос.т = 2 мм при S=10 см2; Дос=11 мм, Асе.т=4 мм, при S=100 см2). Скорость осадки обычно в 10— 15 раз больше о0пл, она возрастает при увеличении теплопро­ водности металла, например, при сварке сталей до 60 мм/с, алюминия — до 150, меди — до ^2 0 0 мм/с. Из других парамет-

ров следует отметить напряжение холостого хода (С/г.о), кото­ рое обычно выбирают минимальным для обеспечения устойчи­

вого оплавления. В качестве примеров в таблицах 21.2, 21.3 приведены режимы сварки труб, рельсов и деталей из сплава

АМгб.

При сварке оплавлением с подогревом инструментальных заготовок, хвостовик которых выполняют из дешевой углеро­ дистой стали, а рабочую часть из быстрорежущей, k > ly и

Лопл. Аопл-

21.2.4. Обработка соединений после сварки

Для получения высоких механических свойств соединения после сварки термообрабатывают, например сварные рельсы подвергают нормализации и отпуску.

С поверхностей деталей грат снимают разными способами, например, непосредственно на машине специальными ножами, используя металлорежущие станки, резцовые и плунжерные гратосниматели. Внутри прямых труб град удаляют протяжкой с резцами или дорнами, гнутых — стальными снарядами, пере­ мещаемыми сжатым воздухом, продувкой не остывшего стыка кислородом и т. д. Грат в трубах большого диаметра снимают вращающимися резцовыми головками.

21.3. Оборудование для стыковой сварки

Основным элементом оборудования являются сварочные ма­ шины.

21.3.1. Сварочные машины

Машины по конструкции и назначению весьма разнообразны и их классификация производится по тем же признакам, кото­ рые приняты для точечных и шовных машин (см. разд. 20.3.1), например, по виду сварки: для сварки сопротивлением и оп­

лавлением, роду тока, назначению и т. д.; аналогичны и элект­ рические характеристики машин.

Типовая схема универсальной машины для стыковой сварки приведена на рис. 21.5. Она состоит из станины 8, сварочного трансформатора 9, вто­ ричного контура 10, подвижной 4 н неподвижной 11 плит, токоподводов (гу­

шины для соединения деталей малого диаметра до 1—2 мм. Известны и машины постоянного тока, например, для

сварки оплавлением тонкостенных деталей из титановых сплавов, сварки со­

• Малоуглеродистой стали.

21.3.2. Системы управления оборудованием

Система управления обеспечивает включение и выключение тока, регулирование силы тока (вторичного напряжения), обеспечи­ вает определенную временную программу выполнения операций зажатия, подогрева, оплавления, осадки, снятия грата, термо­ обработки в машине, перемещение деталей и т. д.

На простых машинах малой мощности программирование осуществляется конечными выключателями. Более сложные

системы управления основаны на применении кулачковых уст­ ройств, которые задают скорость перемещения деталей, дли­ тельность нагрева (оплавления), момент приложения усилия осадки и его величину. На мощных машинах (К-190П, К-355 и т. д.) используются релейные системы управления. Вторичное напряжение изменяют переключением ступени трансформатора или регулированием угла включения тиристорного контактора. Скорость движения плиты изменяют, варьируя число оборотов ротора двигателя электромеханического привода. Наиболее со­ вершенными являются адаптивные системы управления с обрат­ ными связями, например, по температуре, частоте пульсаций тока при оплавлении, позволяющие обеспечить высокое каче­ ство соединений при действии возмущающих факторов.

с винтовыми (усилие зажатия до 40 кН), рычажными, эксцентри­

БрНК, МЦ2, МЦЗ и т. д:). Их форма соответствует сваривае­ мым деталям для предотвращения проскальзывания. Приводы перемещения или подачи плиты обеспечивают относительное медленное движение детали при нагреве (оплавлении) и быст­ рое при осадке. Известны приводы, в частности, пружинные (усилие до 1 кН), рычажные (до 50 кН), электромеханические (кулачковые — до 75 кН) и гидравлические (до 3 МН).

21.3.4. Машины-автоматы.

Поточные автоматизированные машины

Известен ряд машин-автоматов, например, для сварки цепей. Сначала прутки разрезаются на заготовки требуемой длины, за­ гибаются звенья, вяжется цепь и подается под стальные зажимы с медными электродами. Стык звена подогревается, оплавляется и сваривается. Грат зачищается резцовой головкой. После сварки звенья подвергают закалке и отпуску. Например, уста­ новка УСО-2501, выпускаемая ПЗТЭСО, предназначена для

стыковой сварки оплавлением с предварительным подогревом высокопрочных цепей калибров 22—30 мм для горных машин. Автоматически выполняется сварка, зачистка грата и перемеще­ ние цепи на два шага. Система управления выполнена на бес­ контактных элементах с применением микросхем. Производи­ тельность машины 3—4,5 стыков в мин.

Рнс. 21.6. Схема трубосварочного стана

Стыковые машины устанавливаются в автоматические поточ­ ные линии, в частности изготовления колес легкового автомо­ биля ВАЗ. В этой линии кроме сварки обода осуществляется правка полосы, закатка обода, обрезка грата и профилирование обода. Часовая производительность такой линии 720 колес.

При производстве труб, приварке к ним ребер широко ис­ пользуется высокочастотная стыковая сварка. На рис. 21.6 при­ ведена схема автоматической трубосварочной установки.

на стыковой машине 5. Непрерывность этих операций обеспечивается петлеобразователем 6. Далее полоса подается в формовочное устройство 7 и по­ ступает в сварочную машину 8, где производится нагрев в индукторе и

21.4. Промышленное применение стыковой сварки

Применение контактной стыковой сварки (в основном сварки оплавлением) составляет —10% общего применения контактной

сварки.

Стыковая сварка сопротивлением используется для соедине­ ния проволоки из стали, алюминия, меди диаметром^ 8 мм, прутков диаметром <25 мм, труб диаметром ^ 5 0 мм, в произ­ водстве цепей, ободов колес и т. п.

Стыковая сварка оплавлением применяется при изготовлении колец (шпангоутов) диаметром 4—5 м, заготовок (полос) при непрерывной прокатке, валов, оконных переплетов, дверей, пе­ регородок, цепей, трубопроводов, железнодорожных рельсов в стационарных и полевых условиях, комбинированного режу­ щего инструмента, например сверл и т. д.

Наиболее распространен контроль по технологическим образ­ цам, которые после сварки разрушают по шву и визуально ана­ лизируют изломы, проводят металлографический анализ или электронную микрофрактографию. При этом оценивают пло­ щадь соединения (наличие непроваров, неразрушенных оксидов и т. п.). Кроме того, определяют механические свойства при ис­ пытаниях на изгиб (угол загиба), растяжение и т. д. В процессе сварки рекомендуется контролировать программу перемещения плиты, величину осадки, ток оплавления и величину усилий. В системах автоматического регулирования в 'качестве парамет­ ров обратной связи используют частоту пульсаций тока (взры­ вов перемычек) и температуру в стыке. Известны также способы ультразвукового контроля качества соединений тонкостенных (3—7 мм) труб малого (25—100 мм) диаметра с использова­ нием поперечных волн.

Г л а в а 22. РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРОВ ДЛЯ МАШИН КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

22.1. Конструктивное устройство контактных электросварочных машин

В зависимости от формы сварного соединения контактная сварка под­ разделяется на точечную, рельефную, шовную и стыковую. В соответствии со способом сварки промышленностью выпускается большое количество раз­ нообразных машин. Но поскольку основными операциями при контактной сварке являются сжатие и местный нагрев деталей электрическим током с последующей деформацией зоны контакта, в состав любой контактной ма­ шины входят две основные части: силовая электрическая с аппаратурой уп­ равления циклом сварки и механическая. Каждая из этих двух частей ма­ шины, в свою очередь, состоит из целого комплекса взаимосвязанных узлов,

ство контактной машины для точечной сварки. К механической части этой машины относится корпус /, внутри которого размещены все основные/элементы и узлы машины, пневматический привод сжатия электродов 2 с на­ правляющими устройствами 3, нижний кронштейн 4 с консолью 5 и электро- додержателем б, пневматическое устройство 7 и система водяного ох­ лаждения б, обеспечивающая охлаждение сварочного контура и силового контактора.

Электрическая часть включает источник питания — сварочный трансфор­ матор 9 с переключателем ступеней 10 и сварочный контур, к элементам которого относятся токоподвод 11с верхними и нижними консолями, с электрододержателями 6 и электродами.

Рнс. 22.1. Общее конструктивное устройство контактной машины для точечной сварки

22.2. Место тран сф орм атора в маш ине и его назначение

Во всех машинах контактной сварки разогрев металлических свариваемых деталей осуществляется теплотой, выделяемой электрическим (сварочным) током на участке между электродами. Кратковременный нагрев зоны соеди­ нения деталей обеспечивается большим сварочным током /гн, достигающим нескольких десятков и даже сотен килоампер. Ввиду малого абсолютного

/гг

Рис. 22.2. Принципиальная электрическая схема контактной машины:

ВК — внешний контур; ТС — трансформатор сварочный; КТ — контактор тиристорный; РКС — регулятор контактной сварки

значения сопротивления всех элементов сварочного контура машины и са­ мого контакта большой ток 12а обеспечивается низким вторичным напряже­ нием U2о величиною в несколько вольт. По способам электропитания все контактные машины подразделяются на две группы: на машины, потребля­ ющие энергию непосредственно из сети в процессе сварки, и машины, ис­ пользующие для сварки предварительно накопленную энергию. К машинам, потребляющим энергию в процессе сварки непосредственно из сети, в пер­ вую очередь относятся однофазные контактные машины переменного тока частотою 50 Гц, которые из всего парка электросварочного контактного оборудования являются самыми распространенными и используются для всех видов сварки. Во всех современных электросварочных контактных ма­ шинах в качестве источника питания используются сварочные трансформа­ торы. В каждой машине трансформатор занимает как бы центральное место (рис. 2 2 .2 ). Первичная обмотка включается в сеть через коммутирующий тиристор КТ, управляемый регулятором времени РКС, обеспечивающим оче­ редность и длительность всех сварочных и вспомогательных операций, в том числе и продолжительность протекания импульса сварочного тока. Вторич­ ная обмотка трансформатора электрически соединена с внешним контуром машины, электродами которого и осуществляется сварка. Таким образом, сварочный трансформатор предназначается для преобразования электриче­ ской энергии, подводимой к его первичной обмотке из сети, в электрическую энергию с большим вторичным током 12п и низким напряжением холостого хода U2о. Форма импульса сварочного тока полностью представляется тем или иным схемным решением силового промежуточного звена, от которого осуществляется или питание трансформатора (как в трехфазных низкочас­ тотных или кснденсаторных машинах), или питание сварочного контура ма­ шины (как в машинах постоянного тока с выпрямлением тока на стороне низкого напряжения). Из всего количества машин контактной сварки глав­ ная доля (>90% ) приходится на однофазные машины переменного тока частотой 50 Гц. Поэтому здесь подробно рассматриваются вопросы, касаю­ щиеся проектирования трансформаторов, преобразующих энергию однофаз­ ного переменного тока частотой 50 Гц, потребляемую из сети непосред­ ственно во время сварки. Вопросы проектирования трансформаторов дру­ гих машин см. в работе «Трансформаторы для электрической контактной сварки» *.

* Рыськова 3. А., Федоров П. Д., Жемерева В. И. Трансформаторы для электрической контактной сварки.— Л.: Энергоатомиздат, 1990.