Каталог организаций

Контактная сварка

В связи с тем, что соединение при контактной сварке формируется за время, гораздо меньшее сварки плавлением, то это обеспечивает более высокую производительность и меньшее коробление детали, т.к. ЗТВ мала.

Т.к. процесс легко автоматизируется и более легко встраиваются поточные конвейеры, этот способ лучше применять при массовом и серийном производстве.

Этот способ нашел применение в автомобильной и авиакосмической промышленности. 

Благодаря тому, что соединения, полученные контактной сваркой, обладают очень высокой прочностью и качество мало зависит от квалификации сварщика, то этот способ находит применение и в других отраслях.

Контактной сваркой сваривают толщины от сотых до десятых долей мм, а также до десятков мм. Также сваривают нефте- и газопроводы.

Для роботов применяют системы с повышенной частотой питающего напряжения, что позволяет уменьшить габариты трансформатора.

Классификация способов контактной сварки

По ГОСТ 158-78-77 «Контактная сварка и соединения сварные» выделяют 3 основные вида:

- точечная сварка;
- шовная сварка;
- стыковая сварка.

Однако разновидность этих способов достигает 300 наименований.

Точечная контактная сварка (Кт) – способ, при котором детали сваривают по отдельным точкам двумя электродами и к ним прикладывают давление сварки и пропускают ток сварки.

Точечная контактная сварка

tu – время протекания сварочного импульса

Q = J^2Rtu

Снимаем давление, деталь остывает и получаем литое ядро. 

Формирование сварного соединения (литого ядра определенных размеров), определяется двумя физическими явлениями, являющимися значимыми: 

1. Нагрев металла сварочным током
Q = J^2свRtu
2. Теплоотвод тепла из зоны сварки λ-теплопроводность

Т.е. в зоне между электродами действует тепло, выделяемое при прохождении тока и отводимое тепло в массу детали и электрода.

Т.к. Э. Томсон решил применить медные электроды, а λсu >> λстали, то форма литого ядра имеет благоприятную для сварного соединения чичевицеобразную форму.

Если увеличить Jсв и tсв, то начинает развиваться литое ядро.

Т.е. применение литых электродов и повышенный теплоотвод в них по сравнению с массой детали определяют развитие процесса плавления в литом ядре именно в массу детали, а не в сторону электрода.

В связи с этим снижается вероятность брака по причине плавления в ядре, т.е. прожег затруднителен, что определяет производительность точечной контактной сварки.

Рельефная сварка – ее можно отнести к одной из разновидностей точечной сварки.

Соединение при точечной сварке формируется при местном нагреве детали электрическим током и пластической деформацией в зоне соединения в счет усилия сжатия.

+ Q (R) – за счет повышенного сопротивления;
- Q (λ) – металлы активно отводят тепло.

Соединение образуется за счет двух эффектов:

+ QI^2R 
- Qλ

Шовная контактная сварка (роликовая)

Кш – обозначение швов, детали сваривают перекрывающимися точками по линии качения роликов (электродов), сжатия детали р, подвода тока Jсв и перемещения детали со скоростью сварки Vсв – тоже с помощью этих роликов.

Применяется в тех случаях, когда нужно получить герметичное сварное соединение с помощью контактной сварки.

Герметичный шов – для сварки резервуаров, бензобаков, емкостей, полостей и др.

Шовная контактная сварка

J = I / S – плотность тока
Jш – ток шунтирования

Процесс производится засчет выделения тепла и теплоотвода.

Шовная сварка разделяется на 3 процесса:

- непрерывная

Шовная непрерывная контактная сварка

При этом способе, когда ток протекает непрерывно, получаем сплошной шов без явно выраженных литых ядер, перекрывающих друг друга. Недостатком является повышенный нагрев электрода и необходимость их частой перезаточки.

- отдельными импульсами (прерывистая)

Шовная импульсная контактная сварка

+ Q = J2св R tсв

- Q = f (λ) (tсв + tn)

Изменением тока Jсв по амплитуде, длительности его протекания - Jс, длительности его паузы - tn и скорости сварки - Uсв можно регулировать величину перекрытия литых ядер ln, обычно достаточно 25%, но не следует делать ln>50%.

Благодаря лучшему отводу от электродов стойкость их значительно повышается. При сварке жаропрочных сталей, обладающих низкой теплопроводностью и высокой стойкостью к деформациям при высокой t (жаростойкость) необходимо применять повышенные сварочные усилия, т.е. шаговую сварку.

Шаговая сварка – сварочный ток включают прерывисто, электроды останавливаются в момент пропускания сварочного тока.

Шаговая контактная сварка

Позволяет в момент остановки электродов и пропускания сварочного импульса осуществить более надежный контакт в зону протекания тока.

После выключения тока сварочные усилия в зоне контакта позволяют избежать горячих трещин.

Контактно – стыковая сварка

Контактная стыковая сварка

Существует несколько разновидностей контактно-стыковой сварки (Кс).

Рассмотрим способ контактной сварки сопротивлением, при этом детали сначала прижимают к электродам губками (призматические электроды) для обеспечения электрического контакта и невозможности проскальзывания детали между электродами.

Затем сжимают с усилием сварки Р нагрева, включают сварочный ток и детали в стыке нагреваются этим током Iсв. Затем прикладывают Росадки, в 1,5 – 2 раза меньше Рнагрева, потом включают ток и детали находятся под действием Р осадки.

контактная сварка сопротивлением

В момент, когда деформируемое сопротивление наименьшее, прикладывают усилие осадки и выключают ток, при этом слои металла, нагретые до высокой пластичности, выдавливаются от центра стыка до периферии. 

При этом из стыка выносятся остатки окисных пленок и град (металл на периферии зоны соединения).

Таким способом сваривают детали небольшого сечения, диаметром до 20-40 мм, соединение формируется в твердой фазе без расплавления металла в стыке. Нагретый пластичный металл выдавливается в град и в контакт вступают твердые нагретые частицы материала детали.

Недостатком является необходимость тщательной подготовки торцев под сварку и необходимость огромных мощностей установки для соединения больших сечений.

Второй способ – стыковая сварка оплавлением.

Технологически отличается от сварки сопротивлением тем, что напряжение на первичной обмотке трансформатора (и на вторичной) подается до момента контактирования свариваемых торцев.

Поэтому при сближении деталей в контактирование вступают отдельные микронеровности на торце, количество которых значительно меньше, чем в том случае, когда предварительно детали сдавили. Выступы сминаются и площадь контактирования возрастает. При первом контактировании возникает сварочный ток и он приходится на несколько микровыступов, отсюда плотность тока в контакте отдельных микровыступов настолько высока, что металл нагревается за тысячные доли секунды, а затем закипает. При этом происходит взрывное разрушение жидких перемычек контакта.

В контактирование вступают новые микровыступы и в зоне выступа появляются повышенные пары металлов, т.е. повышенное давление паров металлов в стыке защищает зону сварки, нагретую до tпл от взаимодействия с атмосферой.

При расплавлении торцев детали до такого состояния, когда на поверхности появляется тонкий слой жидкого металла, что гарантирует равномерный прогрев по всей площади стыка, к детали прикладывается усилие осадки. Жидкий слой с торцев выдавливается на периферию стыка – в град и под высоким давлением твердые части детали вступают в контакт, а т.к. tтв. ме вблизи жидкого слоя не намного ниже tпл и он был очень пластичный, то частично и твердый металл выдавливается в град и под давлением формируется прочное сварное соединение с минимальным количеством дефектов, т.к. продукты разложения и окисные пленки были выдавлены в град.

контактная стыковая сварка оплавлением

Стыковая сварка оплавлением обеспечивает более качественное соединение, т.к. металл на поверхности торцев, на которых могли быть загрязнения, удаляются при взрыве жидких перемычек в процессе оплавления.

Жидкий слой и часть пластичного металла также выдавливаются в град и в контакт вступает абсолютно чистые (молодые) поверхности.

Не требуется тщательной обработки свариваемых торцев как при сварке сопротивлением.

Более того, при сварке деталей с разным сечением делают специальный скос кромок, тогда площадь начального контактирования уменьшается и процесс оплавления эффективнее, а по мере процесса детали прогреваются и имеют нормальную форму.

Стыковая сварка прерывистым оплавлением или оплавлением с предварительным подогревом

При стыковой сварке крупногабаритных деталей: железнодорожных рельсов, труб, магистральных трубопроводов – для облегчения процесса начальной стадии оплавления применяют прием, заключающийся в том, что вначале детали медленно сводят до возникновения контакта и образования жидкости и паров металла. Затем разводят детали и тепло, выделившееся в зоне сплавления, распространяется в массу детали и они нагреваются.

Затем вновь создают контакт между торцами до тех пор, пока торцы не нагреются, что последующий процесс будет идти стабильно, без перерыва.

контактная сварка оплавлением с предварительным подогревом

Контактная рельефная сварка (Кр)

Ее можно отнести к разновидностям точечной сварки. Применяется при сварке деталей, занимающих большое пространственное положение.

Контактная рельефная сварка

Обычно процесс по схеме 1 не получается, т.к. контактирование по всем участкам нашей детали не может быть одинаковым в связи с разницей в качестве подготовки, условиями деформирования, месторасположением контакта от токоподвода.

Данный процесс контактной рельефной сварки перекрещивающихся прутков происходит с формированием соединения в твердой фазе с выдавливанием жидкой фазы на периферию.

Для обеспечения равных условий контактирования и деформирования большого количества деталей нужно приложить сначала ковочное сварочное усилие (или усилие предварительного сжатия), которое отрихтует все прутки, обеспечит надежный контакт каждой детали с электродом и друг другом. Это должно обеспечить незначительную деформацию деталей в контакте.

Затем усилия снимаются до значения усилия сварки. Т.к. одинаковые условия контактирования всех деталей не гарантированы, но лучше сначала обеспечить импульс тока подогрева, при котором детали в контакте и под действием сварочного усилия разогреются.

Затем можно еще Jпод, после этого включают ток сварки.

Для снижения коробления прикладывается ковочное усилие и получаем многоточечное соединение с высоким качеством.

многоточечная контактная сварка

В начальный момент ток течет по вершинам, площадь мала и ток высокий, они начнут плавиться, а потом деформироваться от сварочных усилий. Получим литые ядра и незначительные следы без подгаров и пригаров.

За одну операцию контактной рельефной сварки получаем несколько сварных соединений. Но когда детали имеют защитное покрытие, которое должно остаться на поверхности после сварки, то следует применять только рельефную сварку, т.к. благодаря большой площади между электродом и деталью плотность тока будет мала и покрытие сохранится.

 Физико-химические условия образования соединения
Формирование сварного шва при контактной сварке.
 Нагрев металла сварочным током
Нагревание и расплавление металлов в точке контакта энергией, выделяющейся при прохождении через него электрического тока.
 Шунтирование тока при точечной сварке
Компенсация токов шунтирования при контактной сварке в нескольких точках.
 Свариваемость при контактной точечной и шовной сварке
Факторы, влияющие на образование качественного сварного шва.
 Точечная сварка
Точечные соединения при контактной сварке.
 Шовная сварка
Соединения в виде шва из последовательных точек.
 Рельефная сварка
Сварка с контактом по заранее созданному рельефу.
 Оборудование контактной сварки
Виды контактных машин.
 Электрические параметры контактных машин
Форма импульсов тока, ВАХ.
 Схемы питания машин контактной сварки
Электрические схемы для обеспечения сварочного тока и напряжения на контактных машинах.
 Контакторы контактных машин
Устройства для включения и отключения тока.
 Сварочный или вторичный контур контактных машин
Токоведущие элементы для высоких значений тока и усилий сдавливания.
 Трансформаторы для контактных сварочных машин
Особенности трансформаторов для контактной сварки.
 Пневмоаппаратура контактных машин
Устройства для приложения давления.


Также по теме: