Содержание
Порой на производстве бывают ситуации, когда необходимо выполнить сварку арматуры, рельсов или изготовить детали сложной формы (колеса, рычаги, обручи). В таких случаях дуговая сварка может просто не справиться с объемом работ. Сварщику придется потратить уйму сил и времени на изготовление одного изделия, а это точно не входит в планы предприятия.
Чтобы решить эту проблему можно найти дополнительных высококвалифицированных сварщиков, но тогда предприятие понесет убытки из-за необходимости их официального оформления. А можно добавить на производство всего один комплект нового сварочного оборудования. Для этих целей отлично подойдет стыковая сварочная машина для контактной сварки. С ее помощью можно выполнить большие объемы работ без потери качества. В этой статье мы подробно расскажем, что такое контактная стыковая сварка.
Общая информация
Контактная сварка стыковая — метод соединения металлов, суть которого заключается в равномерном нагреве всего стыка обеих деталей. После нагрева детали плотно стыкуются друг с другом, тем самым образуя неразъемное соединение. Есть два типа контактной стыковой сварки, но о них мы поговорим позже.
Отметим, что высокая производительность сварки таким методом связана именно со скоростью образования соединения. При контактной сварке металл плавиться быстрее и равномернее, поэтому шов образуется быстрее. Кроме того, процесс сварки можно автоматизировать и встроить в конвейер. По этой причине контактную стыковую сварку часто используют на серийном производстве, где необходима стыковая сварка труб, например.
Соединения, выполненные контактной стыковой сваркой, отличаются повышенной прочностью и долговечностью. Поэтому такое сварочное оборудование можно встретить на производстве автомобилей, самолетов и нефтепроводов. Кроме того, качество шва не будет зависеть от квалификации сварщика, что удобно на производстве с нехваткой квалифицированных кадров.
Технология
Метод стыковой сварки с помощью контактного оборудования позволяет варить самые разнообразные типы деталей. Вам доступна сварка стальных труб, сварка пластин встык, сварка ПНД труб и прочее. Но чтобы результат сварки был удовлетворительным нужно строго соблюдать технологию.
Как мы писали ранее, сварка стыковых соединений с помощью контактной сварки может быть двух типов — сварка оплавлением и сопротивлением. Далее мы подробно расскажем о каждом типе, опишем процесс сварки и расскажем об основных особенностях.
Сварка оплавлением
Контактная сварка оплавлением очень популярна и заключается в том, что напряжение, подаваемое на обмотки трансформатора, прекращается, как только две детали соприкоснутся. Проще говоря, напряжение нарастает и в момент своего пика как раз прекращается его подача. При этом тепловой энергии достаточно, чтобы металл начал плавиться.
На стыках двух деталей всегда есть небольшие неровности, как раз за счет них и происходит лучший контакт заготовок. Но лучшего результата можно достичь, если сдавить торцы, полностью их выровнять. Тогда площадь соприкосновения будет гораздо выше. Не нужно думать, что при такой сварке металл не может нагреться быстро. Наоборот, в таких условиях он способен буквально закипеть за считанные секунды.
Во время плавления образуются дополнительные неровности, в которых концентрируется пары расплавленных металлов. Эти пары оказывают защитное действие, они защищают сварочную зону от негативного влияния кислорода. Кстати, усилие или давление обязательно, его прикладывают только в тот момент, когда стыки деталей уже немного расплавились.
Во время того, как сдавливаются две детали, лишний жидкий металл выдавливается за пределы, в этот момент образуется соединение двух деталей. Сам шов получается очень прочным и качественным, в нем присутствует минимум видимых и скрытых дефектов, поскольку все продукты разложения и окисная пленка выходит вместе с выдавленным расплавленным металлом. По этой причине контактная стыковая сварка оплавлением часто используется на производствах с большими партиями продукции.
Также отметим, что сварка оплавлением не требует какой-то особой обработки или подготовки металла, в отличие от сварки сопротивлением. Не нужно подготавливать торцы, а значит и тратить производственное время. Лучше сделать еще одну или несколько единиц продукции. Это преимущество также играет большую роль на крупносерийном производстве.
Если нужно сварить детали, у которых разное сечение, то есть одна хитрость. Вы можете заранее сделать противоположные скосы. Таким образом вы улучшите контакт между заготовками, увеличив их площадь соприкосновения. А во время нагрева заготовки примут нормальную форму.
Пару слов хотим сказать про предварительный нагрев деталей. Мы не рекомендуем использовать этот метод в повседневной практике, поскольку он просто отнимет время, а производительности не добавит. Прогревайте только крупногабаритные детали, например, рельсы. Тогда это будет оправдано.
Есть несколько способов выполнить сварку оплавлением максимально быстро и качественно. Мы дадим несколько простых рекомендаций. Сначала нужно состыковать детали медленно, чтобы между ними постепенно образовался контакт. В такие моменты металл довольно быстро нагревается и начинает выделять пары. Потом нужно развести детали. В этот момент тепло начинает распространяться по всей поверхности заготовок.
Далее снова стыкуем детали. Ждем, пока они полностью нагреются. В результате получаем качественное соединение. Главное — выполнять все манипуляции без больших перерывов.
Сварка сопротивлением
Контактная сварка сопротивлением кардинально отличается от сварки оплавлением. Здесь заготовки прижимаются губками непосредственно к электродам. Так удается добиться хорошего электрического контакта, а губки в свою очередь надежно удерживают детали, препятствуя их скольжению.
Далее детали плотно прижимают друг к другу и подают сварочный ток, который начинает нагревать металл. Металл должен разогреться до той температуры, когда он приобретает пластичные свойства. Детали под давлением соединяются друг с другом, лишний расплавленный металл выдавливается, а вместе с ним уходит и окисная пленка.
Давление не прекращают, пока металл не остынет и не образуется твердое соединение. Чтобы выполнить такую сварку металл нужно предварительно зачистить и обработать. Также учтите, что детали, сваренные сопротивлением, обладают меньшей стойкостью к окислению в процессе эксплуатации, что сужает сферу применения. Также контактная стыковая сварка сопротивлением машины подходит только для сварки деталей с небольшим сечением. Поэтому ее редко используют на крупных производствах. Но ее все еще можно встретить в небольших цехах с маленькими тиражами продукции.
Вместо заключения
Контактная стыковая сварка — эффективный и высокопроизводительный метод соединения самых разнообразных металлов. Он не требует наличия высококвалифицированных сварщиков на рабочем месте, что существенно сокращает расходы предприятия. Но несмотря на все преимущества, в любом случае после сварки необходимо проводить контроль сварных швов, поскольку погрешность может быть везде. Даже, если сваркой занимается полностью роботизированное оборудование. А вы когда-нибудь сталкивались с контактной стыковой сваркой? Расскажите о своем опыте в комментариях. Он будет полезен для новичков. Желаем удачи в работе!
[Контактная стыковая сварка] представляет собой сварочный процесс, в рамках которого отдельные детали соединяются по всей плоскости касания, причем это соединение происходит в результате нагрева.
В зависимости от требований к готовому сварному шву, площади сечения, а также конкретной марки металла, подобное воздействие выполнять можно несколькими способами, а именно оплавлением или же сопротивлением.
Соединение в процессе [контактной сварки] формируется на порядок быстрее, чем в процессе сварки плавлением. В итоге, такой процесс отличается большей производительностью, а также характеризуется меньшим короблением детали.
Контактная стыковая сварка достаточно часто используется в серийном и массовом производстве.
Это обусловлено тем, что данный процесс более легко автоматизируется, а также отлично встраивается в конвейеры (поточные).
Подобная сварка достаточно активно используется в авиакосмической, а также автомобильной промышленности.
Однако и в других отраслях (к примеру, данной технологией, сваривают газопроводы и нефтепроводы) этот способ нашел также широкое применение, в частности из-за того, что соединения, полученные таким образом, выгодно отличаются высокой прочностью.
Также стоит отметить и тот важный факт, что с контактной сваркой, в случае необходимости, легко справится даже неопытный сварщик, то есть качество готового соединения от квалификации работника не зависит.
Контактную сварку можно использовать для соединения между собой деталей толщиной от сотых до десятых миллиметров (и вплоть до десятков миллиметров).
Для работ сегодня обычно используются системы с повышенной частотой питающего напряжения. В итоге, это позволяет снизить габариты трансформатора.
Технология стыковой сварки
Контактная стыковая сварка арматуры и стыковая сварка полиэтиленовых труб (в общем, к какому бы конкретно изделию подобная метода не применялась) работает всего по одной и той же технологии.
О том, как в технологическом плане происходит сварка стыковых соединений – далее.
Cтыковая сварка арматуры, труб пнд и прочих материалов является, по сути, разновидностью контактной сварки, то есть в основу технологии здесь заложено тепловое воздействие тока (закон Джоуля-Ленца), а также усилие сжатия, которое прикладывается к свариваемым деталям.
Если сварка производится с нагревом стыка до пластического состояния, то она называется сваркой сопротивлением, а если до оплавления – оплавлением.
Сварка сопротивлением выполняется так: детали, которые закреплены в зажимах сварочной машины, плотно прижимаются к друг другу теми поверхностями, которые нужно присоединить.
Затем, между ними пропускается электроток. Когда поверхности приобретут пластичность, будет произведено сжатие (осадка) и одновременно отключен ток.
Дефекты стыковой сварки сопротивлением возможны в том случае, если контактирующие элементы отдельных деталей не будут, как следует подготовлены. Так, в данном случае необходимо удаление всех оксилов, неровностей, загрязнений.
Все это может провоцировать неравномерный нагрев и, следовательно, дефект.
Стыковая сварка труб пнд и других элементов должна производиться с учетом того, что чем больше сечение у свариваемых поверхностей, тем ниже качество полученного соединения.
Это можно объяснить образованием в стыке окислов. Кстати, этим же легко объясняются некоторые ограничения на применение сварки сопротивлением для соединения деталей, площадь сечения которых превышает 200 квадратных миллиметров.
Учитывая все, о чем шла речь выше, вовсе не удивительно, что подобная сварка обычно используется при необходимости соединить стержни, проволоку, трубы из низкоуглеродистой стали (небольшие сечения).
Кроме того, сварка сопротивлением неплохой результат показывает и для металлов, которые отличаются хорошей свертываемостью в пластичном состоянии.
Имеются в виду медные и алюминиевые сплавы, конструкционные стали (низколегированные, малоуглеродистые).
Сварка оплавлением
Контактная стыковая сварка оплавлением, по своей технологии от сварки сопротивлением отличается тем, что напряжение на обмотках трансформатора подается ровно до момента контактирования свариваемых между собой концов.
В процессе сближения деталей контактировать начинают отдельные микронеровности на торце.
Причем количество последних на порядок меньше, чем в том случае, когда детали предварительно сдавили. В итоге, выступы сминаются, а площадь контактирования вырастает.
При первом контакте возникает ток, который приходится на несколько микровыступов. Причем плотность тока в контакте отдельных выступов так высока, что металл греется за тысячные доли одной секунды, а потом и вовсе – закипает.
При этом жидкие перемычки контактов нарушаются микровзрывами.
Контактировать начинают все новые и новые микровыступы и, в итоге, в зоне выступов возникают пары металлов, а вернее повышенное давление таких паров, которое защищает нагретую зону сварки от воздействия атмосферы.
Схема стыковой сварки оплавлением
Когда торцы детали переходят в такое состояние, когда на их поверхностях появляется слой жидкого металла, к ним прикладывается определенное усилие.
В итоге, жидкий слой выдавливается в град и, затем, формируется действительно прочное сварное соединение.
Полученное соединение, кстати, будет отличаться минимальным количеством дефектов в виду того, что все окисные пленки и продукты разложения также оказываются выдавленными в град.
Стыковая сварка оплавлением дает более качественное соединение из-за того, что металл на поверхности торцов, который, например, может быть загрязнен, удаляется в процессе оплавления.
Так, части пластичного металла, а также жидкий слой выдавливается в процессе сварки в град, а это значит, что сварной контакт образуют «молодые», чистые поверхности.
Преимущество этого способа заключается также и в том, что здесь отсутствует необходимость обрабатывать, особым образом готовить к сварке торцы, как этого требует сварка соединением.
Кроме того, в процессе сварки деталей с различным сечением можно сделать особый скос. Таким образом, площадь изначального контакта уменьшится, а процесс оплавления будет более эффективным – по мере нагрева детали примут нормальную форму.
Отдельно стоит отметить стыковую сварку оплавлением с предварительным подогревом или же, как ее еще называют, сварку прерывистым оплавлением. Этот способ используется в том случае, когда нужно соединить между собой крупногабаритные детали – трубы, рельсы и т.д.
На начальной стадии для облегчения всего процесса используют специальный прием. Он заключается в том, что сначала детали медленно сводят до того, пока между ними не возникнет контакт, и не образуются пары металла, жидкость.
Потом детали разводят, а то тепло, которое выделяется в зоне сплавления, распространяется на иные части детали, подогревая их.
Следующий этап предусматривает опять же создание контакта между торцами, но здесь это уже происходит до тех пор, пока они не нагреются. Весь последующий процесс проходит стабильно, без перерывов.
Сварка сопротивлением
Контактная стыковая сварка сопротивлением характеризуется тем, что при ее выполнении детали изначально прижимаются губками к электродам.
Это необходимо для того, чтобы обеспечить достойный электроконтракт, а также исключить вероятность проскальзывания деталей между электродами.
Потом происходит сжимание с усилием, включают сварочный ток, который нагревает детали. Следующий этап – прикладывание осадок, уменьшение наплава, а затем вновь максимальный нагрев, в процессе которого на детали воздействуют осадки.
В тот самый момент, когда деформируемое сопротивление является самым малым, прикладывают усилие осадки и включается ток.
При всем при этом металлы, будучи нагретыми до высочайшей пластичности, выдавливаются от центра стыка к перифериям. Вместе с металлом к перифериям также выдавливается и град, остатки окисных пленок.
Этот способ сварки подходит для соединения деталей с небольшим сечением (максимум – 40 миллиметров). При этом само соединение формируется в твердой фазе в стыке без расплавления металла.
Схема сварки сопротивлением
Главная особенность всего способа заключается в том, что пластичный, разогретый до очень высокой температуры металл выдавливается в град, то есть в контакт вступают разогретые частички детали.
Недостатком этого способа является необходимость действительно тщательно готовить торцы под сварку. Кроме того, при соединении деталей с большим сечением, необходимо использование действительно огромных мощностей.
Машины и аппараты
Машина стыковой сварки, как показывает практика, используется чаще всего для соединения полиэтиленовых и иных труб, выполненных из полимерного материала.
Аппарат стыковой сварки полиэтиленовых труб свою высокую популярность приобрел из-за безопасности, надежности, возможности работы с трубами различного размера.
А еще сварка стыковых швов, таким образом, легко удовлетворит даже самые высокие запросы к качеству.
Сварочные машины для стыковой сварки труб активно используются при прокладке газо и водопроводов.
Ручная и полуавтоматическая машина стыковой контактной сварки подходит для монтажа трубопроводов среднего и низкого давления.
Цель работы: изучить технологический процесс электроконтактной стыковой сварки; пайку сопротивлением; определить их различия; ознакомиться с устройством машины МС–301; выполнить сварку образцов, выбрать оптимальные режимы.
Образование соединения при стыковой сварке происходит в процессе общей пластической деформации нагретых электрическим током торцов деталей при осадке.
В зависимости от формы и сечения деталей в месте соединения, свойств металла, возможностей производства, требований эксплуатации к качеству сварных соединений, а также от самого типа производства (серийное, массовое и т.д.) сварку выполняют двумя способами: сопротивлением и оплавлением
Рисунок 1 – Схема стыковой сварки: а – сопротивлением; б – оплавлением; в – перемычка расплавленного металла при оплавлении; I – стык до сварки; II – стык после сварки.
Стыковая сварка сопротивлением и оплавлением выполняется практически по одной схеме и состоит из двух этапов – нагрева торцов деталей и осадки.
Первый этап при стыковой сварке сопротивлением (рис. 1, а) аналогичен процессам, которые происходят в контакте деталь-деталь при точечной сварке до начала плавления. При стыковой сварке оплавлением (рис. 1, б) нагрев деталей происходит до образования на торцах слоя расплавленного металла, в результате локального оплавления и разрушения перемычек. (рис. 1, в). Второй этап сопровождается деформацией нагретых поверхностей – осадкой.
Основными процессами при стыковой сварке, как и при точечной, являются: нагрев и охлаждение металла, пластическая деформация и удаление оксидных пленок.
Основные процессы вызывают ряд сопутствующих процессов: изменение структуры и свойств металла, тепловое расширение и усадку металла, массоперенос в контакте электрод-деталь. Процессы теплового расширения металла и массопереноса в контакте электрод-деталь, как правило, несущественно влияют на качество соединений.
Условия образования межатомных связей определяются состоянием поверхностей и для двух методов разные.
Стыковая сварка сопротивлением
Сначала детали (1, 2) фиксируют в токоподводящих зажимах-электродах (3, 4) сварочной машины, обеспечивая установленную длину вылета их из зажимов (L1, L2), затем плотно сжимают между собой с усилием Fн и включают электрический ток. Металл нагревается до пластического состояния, после чего усилием сжатия Fос деформируется на заданную величину осадки.
Нагрев деталей при стыковом соединении происходит за счет выделения тепла на сопротивлении проходящему электрическому току. Количество тепла можно определить, используя уравнение:
где : iсв(t) – мгновенное значение сварочного тока, rээ(t) – общее сопротивление металла, который находится между электродами в момент времени t
Роль сопротивлений, которые входят в это уравнение, при стыковой сварке другая, по сравнению с точечной (рис.2).
После включения сварочного тока микроконтакты быстро нагреваются, снижается сопротивление металла пластической деформации, облегчаются условия разрушения пленок и при соответствующих критических температурах, характерных для определенного металла rд1д2 снижается практически до нуля, а rэд1, rэд2 – до относительно малых величин.
В связи с тем, что rэд1, rэд2 находятся далеко от зоны сварки, они на ее нагрев существенно не влияют.
Контактное сопротивление при стыковой сварке из-за относительно малого давления обычно в 1.5-2 больше, чем при точечной сварке.
В общем балансе теплоты часть тепла, которая выделяется на контактном сопротивлении между деталями, не превышает 10…15%. Однако она выделяется в узкой приконтактной зоне за небольшой промежуток времени и вызывает быстрое повышение в ней температуры, которая сохраняется после исчезновения rд1д2 до конца цикла сварки, т.к. эта зона нагревается сильнее других участков. Интенсивность тепловыделения в контакте определяется начальным давлением. При снижении давления интенсивность тепловыделения растет, но ухудшается равномерность нагрева в сечении, что связано со случайным расположением участков контакта и является серьезным недостатком этого процесса. Нагрев при сварке сопротивлением можно рассмотреть как наложение двух процессов: 1) нагрев бесконтактного стержня теплом Q1, что равномерно выделяемым на собственном сопротивлении по всей устанавливаемой длине вылета с учетом потерь в электрод и на излучение; 2) дополнительный нагрев теплом, которое выделяется в стыке и распространяется в стороны от него:
где Iсв – сварочный ток; tсв – продолжительность тока; kп -коэффициент потерь; ?Т -удельное электросопротивление (зависит от температуры нагрева; l0, S – устанавливаемая длина и сечение свариваемых деталей.
Торцы деталей в приконтактной зоне подогреваются до температуры Tсв, которая ниже температуры плавления металла Tпл (Тсв = 0,8. 0,9 Tпл).
Основная роль пластической деформации состоит в обеспечении электрических контактов (преимущественно на протяжении первого этапа нагрева) и удалении оксидов для образования металлических связей в стыке (второй этап).
Деформация вызывается действием усилия сжатия, которое создается приводом сварочной машины. Для образования начального электрического контакта достаточно небольшого давления (5..10 МПа), при котором происходит только микропластическая деформация рельефа поверхностей торцов. При малом давлении контактное сопротивление велико и его роль в тепловыделении растет. Для удаления оксидов и образования связей необходима большая пластическая деформация деталей, которая вызывает интенсивное вытеснение преимущественно приконтактных нагретых слоев металла и оксидов из зоны сварки.
При стыковой сварке в большинстве случаев используется свободная схема объемной деформации, когда металл течет без любого внешнего ограничения.
Объемную пластическую деформацию в условиях стыковой сварки часто характеризуют коэффициентом площади kпл – отношение конечной и начальной площадей сечения торцов. При мягких режимах сварки увеличивается длина зоны термического влияния и kпл, при жестких режимах kпл, уменьшается, т.к. деформация локализуется на относительно коротком участке свариваемых деталей.
При сварке сопротивлением допускаемое максимальное значение kпл
