Сварка тиском

До зварювання тиском відносяться різні способи зварювання, при яких з'єднуються деталі стискаються механічним зусиллям, за рахунок чого досягаються суцільність і міцність з'єднання.

У переважній більшості випадків зварювання тиском здійснюється з підігрівом зварюються деталей той чи інший спосіб і лише в окремих спеціальних випадках зварювання досягається без нагріву (наприклад, холодне зварювання, зварювання вибухом). З усіх способів зварювання тиском найбільшого поширення набула електрична контактне зварювання.

Контактним зварюванням або зварюванням опором називається спосіб електричного зварювання, при якому нагрів здійснюється за рахунок переважного виділення теплоти в місцях зіткнення деталей, що зварюються при протіканні через них електричного струму (рис. 1).

Мал. 1. Основні різновиди контактного зварювання: а - стикове, 6 - точкова, в - роликовий, I - напрямок зварювального струму.

Для контактного зварювання характерна місцева концентрація теплової потужності і, отже, високої температури в області стику деталей, що зварюються, що обумовлюється значним опором контакту стику в порівнянні з опором самих деталей. В цьому відношенні контактне зварювання є досить економічним і доцільним видом зварювання.

Контактна зварювання може здійснюватися як на постійному, так і на змінному струмі, однак на практиці застосовується майже виключно змінний струм, так як необхідні для зварювання струми порядку тисяч і навіть десятків тисяч ампер при напрузі в декілька вольт можуть бути найбільш просто отримані за допомогою трансформаторів, спеціальні джерела постійного струму для цієї мети були б занадто дорогі, складні у виготовленні і менш надійні в експлуатації.

стикова зварювання

При стиковому зварюванні торці деталей, що з'єднуються наводяться в зіткнення, після чого уздовж деталей пропускається значний струм, що розігріває місце стику до необхідної для зварювання температури. Потім поздовжнім стискає зусиллям досягається безпосередня суцільність з'єднання.

Розрізняють два різновиди стикового зварювання: зварювання без оплавлення (зварювання опором) і зварювання з оплавленням.

При зварюванні опором деталі з обробленими торцями наводяться в зіткнення і стискаються значним зусиллям, потім через деталі пропускається струм і за рахунок контактного опору в місці стику виникає концентроване виділення теплоти.

Після досягнення в зоні стику необхідної для зварювання температури під впливом стискає зусилля здійснюється пластична зварювання деталей, що з'єднуються. Після закінчення циклу зварювання струм вимикають, а потім знімають стискуюче зусилля.

Сварка опором зазвичай проводиться при щільності струму 5 - 10 кА і питомої потужності 10 - 15 кВА на 1 см2 поперечного перерізу деталей, що зварюються. Цей різновид зварювання, як правило, застосовується для з'єднання деталей невеликого поперечного перерізу (приблизно до 300 мм 2).

При стиковому зварюванні з оплавленням нагрів деталей проводять в три або дві послідовні стадії - попередній підігрів, оплавлення і остаточна осаду або тільки в дві останні стадії.

У початковий момент зварювання здійснюється контакт деталей, що зварюються зусиллям стиснення 5 - 20 МПа. Після цього включають струм, який розігріває місця стику до 600 - 800 ° С (для сталі), так само, як при стиковому зварюванні без оплавлення. Потім стискає зусилля знижують до 2 - 5 МПа, внаслідок чого збільшується опір контакту і відповідно знижується зварювальний струм.

При ослабленні стиснення зменшується дійсна площа торкання торців деталей, ток спрямовується в обмежене число точок дотику і нагріває їх до температури плавлення, а при подальшому нагріванні в цих умовах в окремих точках відбувається перегрів металу до температури пароутворення.

Під впливом надлишкового тиску пари металу вириваються із зони зварювального контакту назовні і витісняють в повітря частки рідкого металу у вигляді віяла іскор, а частина розплавленого металу стікає краплями вниз. За зруйнованими виступами стикаються між собою чергові виступи контакту, створюючи нові шляхи для зварювального струму з повторенням вказаного ефекту.

Такий процес послідовного оплавлення кінців деталей по елементарним виступам триває до тих пір, поки торці зварюваних деталей не покриються суцільною плівкою напіврідкого металу, після чого відносно невеликим зусиллям опади створюється металева суцільність стику, що зварюється. При цьому надмірна кількість розплавленого металу видавлюється з контакту у вигляді грата (віночка).

Нагрівання виступаючих кінців деталей, що зварюються здійснюється головним чином теплопровідністю від зварювального контакту, де температура має найбільше значення. Нагрівання деталей між стиком татокоподводящіе електродами за рахунок струму, що протікає в процесі оплавлення дуже незначний.

Регулювання кількості енергії, що підводиться при заданому опорі контакту, який визначається умовами зварювального процесу, може здійснюватися або зміною зварювального струму, або зміною тривалості протікання струму.

Принцип дії машини для стикового зварювання ілюструє рис. 2.

Мал. 2. Схема машини для стикового зварювання: 1 - станина, 2 - напрямні, 3 - нерухома плита, 4 - рухома плита, 5 - подає пристрій, 6 - затискний пристрій, 7 - упори, 8 - трансформатор, 9 - гнучкий токоподвод, Рзаж - зусилля затиску виробів, Рос - зусилля опади виробів.

Машини для стикового зварювання класифікуються наступним чином.

1. За способом зварювання - для зварювання опором і оплавленням (безперервним оплавленням нли опалювальному з підігрівом).

2. За призначенням - універсальні і спеціалізовані.

3. По пристрою механізму подачі - з пружинним, важільним, гвинтовим (від штурвала), пневматичним, гідравлічним або електромеханічним приводом.

4. По пристрою затискачів - з ексцентриковими, важільними і гвинтовими зажимами, причому важелі і гвинтові затиски можуть виконуватися або ручними, або механізованими з пневматичним, гідравлічним або електромеханічним приводом.

5. За способом монтажу і установки - стаціонарні і переносні.

Точкова зварка

При точковому зварюванні з'єднуються деталі зазвичай розташовуються між двома електродами, закріпленими в спеціальних електродотримачем. Під дією натискного механізму електроди щільно стискають зварюються деталі, після чого включається струм.

За рахунок проходження струму зварюються деталі швидко нагріваються до температури зварювання, причому найбільше виділення теплоти має місце на з'єднуються поверхнях, де температура може перевищувати температуру плавлення зварюваних деталей.

На рис. 3 показано розподіл температур по перетину деталей, що зварюються, характерне для кінцевої стадії зварювання стали.

Мал. 3. Температурне поле в кінцевій стадії точкового зварювання

Найбільш висока температура має місце в центральній заштрихованої частини звареної точки - ядрі. Поверхня зіткнення деталі, що зварюється з електродом (зазвичай водоохолоджуваним) нагрівається до порівняно невисокої температури, однак при наявності рідкого або напіврідкого ядра і прилеглого до ядру пластичного металу зусилля притискання електродів викликають вм'ятини на поверхні деталей, що зварюються.

Температура в ядрі зварної точки зазвичай кілька перевершує температуру плавлення металу. Діаметр розплавленого ядра визначає діаметр зварної точки, зазвичай рівний діаметру контактної поверхні електрода.

Час зварювання однієї точки залежить від товщини і фізичних властивостей матеріалу деталей, що зварюються, потужності зварювальної машини і стискає зусилля. Це час коливається від тисячних часток секунди (для вельми тонких листів з кольорових металів) до декількох секунд (для товстих сталевих деталей). Для грубої оцінки час зварювання однієї точки маловуглецевої сталі можна прийняти рівним 1 с на 1 мм товщини зварюваного листа. Швидкість нагріву металу до температури зварювання істотно залежить від інтенсивності виділення теплоти.

Машина точкового зварювання

роликова зварювання

При цьому виді зварювання з'єднання деталей безперервним або переривчастим швом здійснюється за рахунок пропускання через зварюються деталі струму, що підводиться за допомогою обертових роликів (рис. 4).

Мал. 4. Принцип роликового зварювання: 1 - зварювальний трансформатор, 2 - роликові електроди, 3 - привід обертання роликів, 4 - деталі, що зварюються

За характером процесу роликовий зварювання аналогічна точкової. Роликову зварювання часто називають шовного, що, строго кажучи, неправильно, так як поняття шовного зварювання може бути поширене практично на всі види зварювання.

Машини для роликового зварювання зазвичай забезпечені двома струмопідвідного роликами, з яких один виконується приводним, а інший обертається за рахунок тертя при пересуванні деталей, що зварюються.

Роликову зварювання найчастіше застосовують для з'єднання тонкостінних деталей, наприклад при виготовленні паливних баків і бочок для транспортування різних матеріалів.

Розрізняють три режими роликового зварювання.

1. Безперервний рух деталей, що зварюються щодо роликів з безперервною подачею струму. Цей метод застосовується при зварюванні деталей сумарною товщиною не більше 1,5 мм, так як при великих товщинах виходить з під роликів стик, будучи в пластичному стані, може порушитися за рахунок розшарування. Крім того, при безперервної подачі струму має місце значне викривлення деталей, що зварюються.

2. Безперервний рух деталей, що зварюються щодо роликів з переривчастою подачею струму. Цим найбільш поширеним методом отримують шви з невеликим викривленням виробів при меншій витраті електроенергії.

3. Переривисте рух деталей, що зварюються щодо роликів з переривчастою подачею струму (крокова зварювання).

Роликова зварювання вельми ефективна при виготовленні тонкостінних судин, при виробництві зварних металевих труб і ряду інших виробів.

Основними елементами роликових машин є станина, верхня і нижня консолі з роликовими електродами, механізм стиснення, привід обертання ролика і зварювальний трансформатор з гнучким струмопідведення

Трансформатори роликових машин працюють в напруженому режимі з ПР = 50 - 60%, що викликає необхідність посиленого охолодження їх обмоток.

Машини роликового зварювання поділяються: за характером монтажу - на стаціонарні та пересувні, за призначенням - на універсальні і спеціалізовані, по розташуванню роликів щодо фронту машини - для поперечної зварювання, для поздовжньої зварювання і універсальні з можливістю перестановки роликів, про розташуванню роликів щодо вироби - з двостороннім і одностороннім розташуванням, за способом обертання роликів - з приводом на один ролик, з приводом на обидва ролика, з одним верхнім роликом, що переміщається по нерухомій консолі, і з одним роликом і переміщається нижній оправкой, по влаштуванню механізму стиснення - на важільно-пружинні, з приводом від електродвигуна, пневматичні і гідравлічні, за кількістю роликів - на однероликові, двухроліковие і многороликовие.

Потужність найбільш поширених роликових машин зазвичай становить 100 - 200 кВА. Аналогічно точкової роликовий зварювання тонких деталей може виконуватися імпульсами струму розрядки конденсаторів, для чого випускаються різні типи роликових машин.