Краткие сведения из теории. Контактная сварка — процесс образования неразъемного соединения в результате нагрева и пластиче­ского деформирования металлов в зоне контакта деталей.

Контактная сварка — процесс образования неразъемного соединения в результате нагрева и пластиче­ского деформирования металлов в зоне контакта деталей.

Основными видами контактной сварки являются: стыко­вая, точечная и шовная.

Контактные сварочные машины независимо от их типа состоят из электрической и механической частей.

Электрическая часть контактных машин состоит из сле­дующих элементов:

1) понижающего трансформатора (вторичное напряжение 1—12В; ток по вторичной обмотке от нескольких сот до не­скольких сотен тысяч ампер);

2) прерывателя тока—для включения и выключения то­ка в определенной последовательности;

3) переключателя ступеней мощности. Машины для стыковой сварки выпускают мощностью от 5 до 500 кВА.

Механическая часть состоит из зажимных элементов и устройств для приложения давления.

Стыковая сварка. В зависимости от состояния металла в зоне соединения различают стыковую сварку сопротивлени­ем и оплавлением.

При сварке детали укрепляют в токоподводах (рис. 1), один из которых является подвижным и связан с приводом механизма осадки машины. При сварке сопротивлением де­тали предварительно сжимают усилием Р (р = 2—3 кгс/мм²), а затем подают напряжение на первичную обмотку транс­форматора, что вызывает появление напряжения и тока во вторичном контуре.

Протекание тока через детали приводит к постепенному нагреву металла в стыке до температуры, близкой к темпе­ратуре плавления (0,8— 0,97 Т_пл). Количество тепловой энер­гии, выделяющейся на участке металла между деталями за время в соответствии с законом Джоуля-Ленца:

,

где — количество теплоты, выделяемое в сварочном кон­туре, Дж;

— время протекания тока, с;

I — сварочный ток, А;

R — полное сопротивление сварочного контура, Ом.

Общее сопротивление складывается из контактных сопро­тивлений; деталь-деталь ( ); электрод-деталь ( ) и соб­ственных сопротивлений детали и , т. е.

R = +2 + +

Контактное сопротивление деталь-деталь ( ) является наибольшим ввиду малой площади фактического контакта (неровности поверхности сты­ка деталей) и наличия окисных пленок с малой электропроводимостью. В результате высокой плотности тока в точках контакта и высокого сопротивления контакта металл нагревается до термопластического состояния.

После нагрева детали до температуры, равной 0,8 - 0,9 температуры плавления, увеличивают усилие сжатия, т. е. производят осадку металла в зоне стыка. При этом происходит пластическая деформация металла в стыке и образование соединения.

При сварке сопротивлением не обеспечивается достаточно полное удаление окисных пленок и трудно добиться равномерного нагрева по всему сечению. Поэтому сварка сопротивлением используется для соединения стержней и труб сечением до 200—250 мм² в основном из ннзкоуглеродистой стали и цветных металлов.

При сварке непрерывным оплавленном детали вводят в соприкосновение при малом давлении р = 0,2—0,7 кгс/ мм² при включенном сварочном трансформаторе. Оплавление деталей происходит в результате непрерывного образования и разрушения контактов перемычек между их торцами. В результате оплавления на торцах деталей образуется сплош­ной слой жидкого металла, который при осадке вместе с окисными пленками выдавливается из стыка.

Сварка оплавленном находит применение при соединении разнообразных элементов конструкций сечением до 100 тыс. мм². Этот способ применяют для сварки трубопроводов, железнодорожных рельсов и других деталей.

Стыковые машины мощностью: до 25 кВА — для сварки сопротивлением цветных и черных металлов; 25 - 250 кВА — для сварки сопротивлением и оплавленном чер­ных металлов; 150 - 500 кВА — для автоматической сварки оплавленном с подогревом.

Машина типа МСР-100 (рис.1) с ручным приводом осадки позво­ляет производить сварку методами сопротивления и оплавления с сечением деталей до 2500 мм².

Устрой­ство машины МСР-100(рис.1). На станине машины 3 смонтировала неподвижная плита 6 и подвижная 10, электрически -изолированная от корпуса. К подвижной плите крепятся направляющие 4, которые пе­ремещаются в подшипниках 5.

На плитах смонтировано токоподводящее и зажимное устройства, состоящие из стального корпуса 7, медных съем­ных губок 8 и верхних зажимов 9. К корпусу 7 крепятся кон­цы вторичной обмотки 2 трансформатора.

Машина имеет ручной механизм для сжатия деталей, ко­торый состоит из рычагов 12 и 11, позволяющих получать давление осадки до 3 т при усилии на рычаге 12—30 кг. На этом рычаге крепится кнопка 13, нажатием которой включа­ется электромагнитный контактор 14, служащий для замыкания цепи первичной обмотки I. Первичная обмотка секцио­нирована, что позволяет переключателем ступеней 15 изме­нить мощность машины.

Индуцируемый ток во вторичной обмотке через медные губки подводится к изделию. При получении контакта проис­ходит разогрев деталей в месте их соприкосновения до за­данной температуры. После этого сварочный ток выключают и производят осадку, в результате которой образуется свар­ное соединение.

Точечная сварка. Детали соединяются в отдельных уча­стках касания, называемых точками. При сварке листовые элементы конструкций собирают внахлестку и сжимают электродами, связанными со сварочным трансформатором. При включении трансформатора детали нагреваются кратковременным (0,01 - 3,0 с) импульсом тока до появления расплавленной зоны или ядра точки. После выключения тока свариваемые детали некоторое время продолжают сжиматься электродами для предотвращения образования дефектов усадочного происхождения (трещин, рыхлот и т. д.).

С этой же целью при соединении деталей больших тол­щин (свыше 1,5 -2 мм) и из металлов с относительно малой пластичностью сразу после выключения тока увеличивают усилие (в 1,5—2 раза) для дополнительной проковки ядра.

Рис. 1 Схема машины МСР - 100 для стыковой сварки

Производительность точечной сварки может достигать 200 точек в минуту.

Машины для точечной сварки (рис. 2) выпускаются мощностью 0,1—250 кВА. Рассмотрим машину типа МТ-601. Узлы этой машины максимально унифицированы и состоят из корпуса 7, понижающего сварочного трансформатора, состоящего из первичной обмотки 2 и вторичной 10, переключателя ступе­ней 3, пневматического цилиндра 4, рычага с верхнем хобо­том 1, кронштейна с нижним хоботом 8, электродов 9, пневматического клапана 5, электронного реле времени РВ, пе­дальной кнопки 6, системы циркуляционного водяного охла­ждения пневматической системы.

Цепь питания машины однофазная напряжением 220 или 380 В. Для пневматического привода сжатия электродов не­обходимо давление 5 кгс/см².

Рабочий процесс этой машины начинается с момента на­жатия на педаль. При этом замыкается цепь питания, управляющая электропневматическим клапаном. После его срабатывания свариваемые детали зажимаются между электродами с помощью пневматического цилиндра. Время протекания тока регули­руется с помощью электронного реле времени.

Одновременно с выключением тока снимается давление, электроды разводятся, после чего начинается новый цикл сварки.

Основными технологическими параметрами контактной сварочной машины являются: первичное напряжение U₁, на­пряжение во вторичной обмотке U₂, токи в первичной I₁ и вторичной I₂ обмотках, коэффициент трансформации К и усилие сжатия (осадки) деталей Р.

Напряжения U₂ и ток I₁ определяют по показаниям вольтметров и амперметра.

Рис. 2. Схема машины для точечной сварки МТ-601

Коэффициент трансформации .

При известных U₁, U₂ и К сварочный ток

Усилие осадки Р находится в тесной связи с величиной сварочного тока и временем его прохождения. При стыковой сварке оно может достигать нескольких десятков тонн, а при точечной и шовной не превышает соответственно 2000 и 800 кг.

Oсновными параметрами режима точечной сварки явля­ются плотность тока j, А/мм², усилие сжатия торцов загото­вок Р кгс/мм² и время протекания тока t_св. Силу сварочного тока рассчитывают исходя из расчета: 100 А/мм² площади сварочной точки — для углеродистых конструкционных ста­лей, 150 А/мм² — для нержавеющих сталей и 300 А/мм²— для меди.

Время прохождения тока зависит от рода и толщины сва­риваемого металла и колеблется от сотых долей до несколь­ких секунд. Усилие осадки зависит в основном от толщины свариваемого металла и приближенно подсчитывается по формуле

где S—максимальная толщина одного из свариваемых ли­стов, мм.

Расположение сварных точек и порядок их сварки влияет не только на распределение усилий на отдельные точки, но и на их прочность. Последняя связана с шунтированном тока, при котором часть его проходит через смежные, ранее полу­ченные сварные точки. В результате этого сварочный ток при постановке очередной точки может оказаться меньше необходимого. Для уменьшения шунтирования точки распола­гают на максимально допустимом расстоянии, а сварку ведут при максимально допустимом значении усилия сжатия.

Шовная сварка. Это процесс образования герметичного соединения деталей путем постановки последовательного ря­да перекрывающих друг друга точек.

При шовной сварке подвод тока к деталям, их сжатие и перемещение осуществляют с помощью вращающихся диско­вых электродов-роликов (рис. 3). Скорость шовной сварки достигает 5 м/мин. Этот способ широко используется в про­мышленности для сварки небольших емкостей и резервуаров.

Машины для шовной сварки (рис. 3) выпускаются мощностью 25—200 кВА. Мощность машины типа МШП 50—50 кВА.

Свариваемые листы закладывают между роликами 2 и 3. Вращение ведущего ролика осуществляется с помощью элек­тродвигателя 10 и регулируется набором сменных шестерен 12. Педаль 9 служит для включения и выключения муфты 11, с помощью которой кулачок 13, поворачиваясь, поднимает рычаг 14 и, сжимая пружину 15, опускает хобот 1 с роликом. Одновременно другой кулачок, поворачиваясь, захватывает рычаг 16 выключателя тока и замыкает контакты.

После поворота этого кулачка (когда верхний ролик опу­щен и находится под давлением, а выключатель 16 включен) начинается процесс сварки. Таким образом, продолжитель­ность процесса шовной сварки определяется временем нажа­тия на педаль.