Особенности точечной и шовной сварки отдельных металлов и сплавов

При контактной сварке металл в зоне образования сварного соединения подвергается термомеханическому воздействию, вызывающему протекание ряда процессов, определяющих в конечном счете качество сварного соединения.

Специальными режимами сварки необходимо устранить или уменьшить влияние этих процессов на ухудшения качества сварки. Исходными данными для определения оптимального режима сварки служат свойства металла и толщина металла деталей, а также особенности сварочного оборудования. Основные конструкционные металлы, свариваемые контактной сваркой, можно условно поделить на 6 групп. Для каждой группы можно выделить общие требования к режиму точечной или шовной сварки.

Металлы первой группы - малоуглеродистые конструкционные стали свариваются в широком диапазоне параметров режимов из-за малой чувствительности к термическому циклу, небольшой склонности к трещинообразованию. В связи с относительно высокой теплопроводностью и электропроводностью предпочтение отдают более жестким режимам.

Металлы второй группы - углеродистые стали, малолегированные стали - в зоне термического влияния образуют закалочные структуры. Высокая скорость охлаждения способствует образованию твердого и хрупкого мартенсита, что может привести к образованию трещин. Сварку этих сталей ведут на мягких режимах, время сварки больше в три раза, чем для низкоуглеродистых сталей.

Если позволяет машина, то производят термообработку сварного соединения между электродами при помощи дополнительного импульса тока. При сварке деталей толщиной больше 3 мм рекомендуется трех импульсный режим. Второй импульс тока - замедляющий процесс кристаллизации ядра, третий - термообрабатывающий импульс. Более высокая прочность сталей второй группы требует увеличения усилия сжатия в 1.5 раза.

Металлы третей группы - высоколегированные стали различных классов (коррозионно-стойкие, жаропрочные теплостойкие стали). Общими свойствами этих сталей является низкая электропроводность и теплопроводность, повышенная прочность. Для каждого класса сталей рекомендуются свои оптимальные режимы точечной и шовной сварки. Так коррозионно-стойкие стали аустенитного класса для предупреждения образования карбидов хрома по границам зерен (межкристаллитной коррозии) необходимо сваривать на жестких режимах.

Наибольшим сопротивлением деформации и большей чувствительностью к выплеску отличаются жаропрочные стали и сплавы. Для этих металлов характерен большой интервал кристаллизации и связанный с ним температурный интервал хрупкости, который влияет на склонность к образованию горячих трещин. Для качественной сварки этих сталей применяется повышенное усилие сжатия, подогревающий импульс тока, мягкие режимы сварки, увеличенное усилие проковки.

Металлы четвертой группы – титановые сплавы имеют низкую электропроводность и теплопроводность, малую жаропрочность, хорошо свариваются как на мягких, так и на жестких режимах точечной и шовной сварки.

Металлы пятой группы – алюминиевые сплавы имеют ряд свойств, которые усиливаются при точечной и шовной сварке. Алюминиевые сплавы покрыты тугоплавкой окисной пленкой (температура плавления AL₂O₃ – 2050⁰C), которая не позволяет при образовании ядра получить сплошного расплавления по стыку. Перед сваркой окисную пленку обычно удаляют химическим травлением.

Вследствие высокой электропроводности и теплопроводности алюминиевых сплавов при контактной сварке требуются большие плотности тока. Так при сварке легированных сталей с толщиной деталей 1 мм плотность тока равна (400…500) А/мм², а для алюминиевых сплавов – (2800…3200) А/мм², что требует применение мощных машин для контактной сварки.

Большая усадка металла при кристаллизации расплавленного металла ядра, узкий температурный интервал требует применения машин с малоинерционными приводами, обеспечивающими быстрое увеличение усилия сжатия при проковке (за 0.02 с после выключения сварочного импульса тока). Опоздание приложения усилия проковки приводит к тому, что усадочные раковины, горячие трещины в затвердевшем металле ядра не залечиваются. Усилие проковки превышает усилие сжатия при пропускании тока примерно в два раза.

Чтобы обеспечить необходимый цикл изменения усилия сжатия в процессе сварки и проковки для шовной сварки алюминиевых сплавов применяют машины, обеспечивающие шаговую шовную сварку с остановкой вращения роликов на время образования сварного соединения.

Металлы шестой группы – магниевые сплавы в отличие от алюминиевых сплавов имеют повышенную пластичность, поэтому их можно сваривать без выплеска на более жестких режимах и с меньшими усилиями сжатия.

Металлы седьмой группы – латуни, низколегированные бронзы отличаются высокой электропроводностью, теплопроводностью и пластичностью. Эти сплавы сваривают на жестких режимах и больших плотностях тока, приближающихся к условиям сварки алюминиевых сплавов.

Чистую медь можно сваривать точечной сваркой на весьма жестких режимах с применением мощных конденсаторных машин и тепловых экранов под электродами или электродных вставок из вольфрама, уменьшающих отвод теплоты в электроды.