книги / Сварка и свариваемые материалы. Технология и оборудование
.pdfОборудование для высокочастотной сварки по отбортованным кромкам применяется, как правило, для изделий массового производства.
Втабл. 18.7 приведены технические данные ряда изделий, для которых разработаны технология и оборудование для высокочастотной сварки плав лением по отбортованным кромкам.
Втабл. 18.8 приведены технические характеристики установок для высо кочастотной сварки правлением по отбортованным кромкам, разработанные ВНИИЭСО.
Установка УВЧКЗ-25/0,44 (табл. 18.8) применяется для сварки плоских
секций маслонаполненных отопительных радиаторов по контуру отверстий в ступицах. Такой вид радиаторов (см. табл. 18.7, п. 7) широко используется как в СССР, так и за рубежом. В состав установки (рис. 18.5) входят: ис точник питания, нагрузочный контур, сварочное устройство с двумя свароч ными индукторами, обеспечивающими одновременную сварку двух отверстий, загрузочно-разгрузочное устройство для фиксации свариваемых секций в про цессе сварки, их перемещения по вертикали в приемное гнездо и выгрузки готового изделия. Загрузка секций производится вручную. Установка вы полняет сварку десятисекционных радиаторов. По сравнению с газовой свар кой в десятки раз повышается производительность труда, ликвидируется расход ацетилена и кислорода, присадочных материалов, улучшаются усло вия труда. По сравнению с точечной контактной сваркой производительность
труда повышается в 2—3 раза |
и |
устраняется крайне сложное и ненадеж |
ное контактное устройство. |
|
|
Аналогичные преимущества обеспечиваются и при использовании дру |
||
гого оборудования, указанного |
в |
табл. 18.8. |
Г л а в а 19 ДУГОКОНТАКТНАЯ СВАРКА
Впервые электрическая дуга, управляемая магнитным полем, была ис пользована для автоматической приварки труб к плоскости конической ду гой, анодное пятно которой перемещалось по оплавляемому торцу трубы, а катодное сосредоточивалось на неплавящемся электроде.
Неподвижность одного из активных пятен вращающейся дуги ограни чивала ее применение для сварки разных видов соединений.
Способ сварки электрической дугой с вращающимся в магнитном поле катодным и анодным активными пятнами, разработанный во ВНИИЭСО, позволяет существенно расширить область применения этого вида сварки. В ряде случаев он имеет значительные технико-экономические преимущества по сравнению с контактной стыковой сваркой, сваркой трением, дуговой
сваркой в среде СОгДугу, оба активных пятна которой вращаются, можно возбуждать ме
жду свариваемыми частями изделия, либо между изделием и вспомогатель
ным электродом. |
|
|
|
|
|
|
|
|
19.1. Основные схемы процесса |
|
|
|
|
|
|||
Рассмотрим |
оба |
случая |
на |
примере |
сварки |
труб встык. |
||
В пер в о м |
случае |
(рис. |
19.1) |
две |
трубы 1 и |
подлежащие |
||
сварке, и катушки |
электромагнитов |
2 |
и 2' |
располагаются со |
||||
осно. Катушки создают магнитные |
потоки, |
направленные на |
встречу один другому. В результате в зазоре между деталями магнитное поле имеет радиальную составляющую. Дугу воз буждают между торцами деталей. Одна из свариваемых дета-
Рис. |
19.1. Схема процесса сварки дугой, горящей между свариваемыми ча |
стями |
изделия |
лей является анодом, вторая — катодом. При взаимодействии тока дуги / и радиальной составляющей магнитного поля Вр создается усилие Г, приводящее дугу во вращение. Эта сила, направление которой перпендикулярно направлению тока в дуге и направлению магнитного поля, заставляет дугу перемещаться по поверхности торцов со скоростью, достигающей нескольких десятков метров в секунду. При многократном обходе дуги по торцу трубы разогрев происходит по всему периметру. При на
1 |
4 3 |
2 |
1' |
блюдении вращающаяся дуга пред |
|||||||
ставляется |
сплошным |
|
кольцом |
из |
|||||||
|
|
|
|
светящейся плазмы. |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
При достижении на торцах разо |
|||||||
|
|
|
|
грева |
производится |
сдавливание |
|||||
|
|
|
|
(осадка) аналогично тому, |
как |
это |
|||||
|
|
|
|
делается |
при |
контактной |
сварке. |
||||
|
|
|
|
Способ сварки дугой, вращающейся |
|||||||
|
|
|
|
в магнитном поле, с последующей |
|||||||
|
|
|
|
механической |
осадкой |
получил |
на |
||||
|
|
|
|
звание дугоконтактного. |
|
|
|||||
|
|
|
|
Во |
в т о р о м случае |
(рис. 19.2) |
|||||
|
|
|
|
подлежащие сварке трубы 1—/', |
|||||||
|
|
|
|
медное кольцо 2 и катушка элект |
|||||||
|
|
|
|
ромагнита |
3 |
располагаются |
кон- |
||||
Рис. 19.2. Схема процесса сварки |
центрично. Кольцо охлаждается во |
||||||||||
дугой, |
горящей между |
изделиями |
|||||||||
в вспомогательным |
электродом |
дой, |
протекающей по |
каналу 4. |
Электрическая дуга возбуждается между внутренней поверхно стью кольца и кромками свариваемых труб. Ток дуги имеет ра диальное направление. Магнитное поле в зазоре между тру бами и кольцом направлено аксиально. Взаимодействие ради ального тока дуги с аксиальной составляющей поля создает усилие, под действием которого дуга приходит во вращение и равномерно разогревает кромки труб.
Сварное соединение может быть получено либо за счет оп лавления кромок по отбортовке, либо, как и в предыдущем случае, с помощью сдавливания (осадки).
Наибольшее распространение получила дугоконтактная сварка. Для этого способа подробно разработана технология и выпускается оборудование. Второй способ сварки пока нашел применение в установках для сварки труб с трубными досками.
19.2. Форма и материалы свариваемых изделий
Дугоконтактной сваркой |
могут свариваться любые |
детали |
с замкнутой линией шва: |
трубы, трубы с фланцами, |
трубы |
Т А Б Л И Ц А 19.1
СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, ВЫПОЛНЯЕМЫЕ ДУГОКОНТАКТНОЙ СВАРКОЙ
/А п. п |
Форма соединений |
Размеры деталей |
1 |
Труба — труба |
Диаметр 8—325 мм |
|
|
Толщина стенки 0,7—10 мм |
2 |
Сплошные сечения (пруток-пру |
Диаметры 6—40 мм |
3 |
ток) |
Диаметр трубы 114 мм |
Стыковые соединения |
||
|
Труба (пруток) — пластина или |
Диаметр прутка 32 мм |
|
заглушка |
Толщина пластины 6 мм |
4 |
Фланец — труба |
Диаметр трубы 28—114 мм |
|
|
Толщина стенки 3—6 мм |
5 |
Фланец — сплошное сечение |
Диаметр |
стержня 28—114 мм |
|
|
Глубина |
проточки 2—3 мм |
с ниппелями, сплошные сечения, изделия некруглого сечения (квадратные, прямоугольные, овальные), а также могут быть приварены трубы и стержни к плоской поверхности и др.
В табл. 19.1 приведены наиболее распространенные формы сварных соединений и размеры деталей, для которых имеется подробно разработанная технология.
С помощью дугоконтактной сварки свариваются: малоугле родистая сталь, легированная сталь, аустенитные стали, медь, латунь, бронза, возможна также сварка металлов и в таких сочетаниях, как сталь с медью, алюминий с медью и др. Хо рошо свариваются металлы и сплавы с разными видами по крытий (оцинкованные, омедненные и др.).
Условия сварки наилучшие при одинаковой толщине стенки. В случае сварки изделий разных сечений, например трубы со стержнем, желательно обеспечить одинаковые сечения в зоне сварки на глубину всего лишь 2—3 мм.
19.3. Технические преимущества способа
Основными преимуществами дугоконтактной сварки являются:
—высокая производительность процесса — в 2—5 раз больше, чем при общепринятых способах сварки;
—не требуются сварочные материалы;
—незначительный расход электроэнергии — в 3—5 раз меньше по сравнению с другими способами сварки;
—экономия материала свариваемых деталей. Припуск на оп лавление в 3—4 раза меньше, чем при контактной сварке оплавлением и сварке трением;
—прочность сварного соединения выше прочности основного металла без заметного снижения пластичности; отсут ствуют поры, раковины, инородные включения и другие дефекты;
—высокая герметичность. Сварные соединения выдерживают высокое давление;
—сохранение антикоррозионных покрытий; покрытие разруша ется только в зоне шва;
—грат (наружный и внутренний) значительно меньше, чем при стыковой контактной сварке, и равномерно распределен по периметру.
19.4.Область применения
Основные направления применения дугоконтактной сварки:
—сварка трубопроводов в монтажных условиях непосредст венно на объектах строительства, сварка на производствен ных базах труб в плети, заготовка сварных блоков с после дующим соединением их на объектах;
—' сварка деталей транспортного и сельскохозяйственного ма шиностроения: валов, осей, амортизаторов, патрубков и др.;
сварка в котлостроении: теплообменников, экономайзеров и др.;
—• сварка Т-образных соединений: приварка фланцев, угольни ков, тройников;
сварка отходов, например труб.
19.5. Технология сварки
Основными п арам етрам и при дугоконтактной сварке являю тся: сварочный ток, врем я разогрева, скорость перемещ ения дуги, скорость и усилие осадки, величина рабочего зазо р а м еж ду св а риваемыми частям и .
Удовлетворительное формирование шва возможно при раз ных значениях сварочного тока и длительности разогрева. Каж дому сечению соответствует свой диапазон сварочных токов, в пределах которого обеспечивается удовлетворительное фор
мирование шва.
На рис. 19.3 приведена зависимость длительности разогрева от величины сварочного тока для разных сечений полых изде лий с толщиной стенки до 6 мм.
Важным параметром при выборе режима сварки является значение величины радиальной индукции в зазоре, определяю
щей оптимальные |
условия |
возбуж |
|
|
|||||||
дения и |
разогрева |
дуги, |
скорость |
|
|
||||||
перемещения дуги во всех стадиях |
|
|
|||||||||
процесса |
разогрева. |
От |
скорости |
|
|
||||||
вращения |
дуги |
существенно зави |
|
|
|||||||
сят равномерность |
оплавления и |
|
|
||||||||
характер |
оплавления |
поверхностей |
|
|
|||||||
торцов |
свариваемых |
изделий |
пе |
|
|
||||||
ред осадкой. С увеличением ско |
|
|
|||||||||
рости |
вращения |
|
дуги |
становятся |
|
|
|||||
более |
мелкими |
брызги |
(капли), |
|
|
||||||
выбрасываемые |
из |
стыка. |
Это |
|
|
||||||
объясняется |
увеличением |
центро |
|
|
|||||||
бежной |
силы, которая |
становится |
|
|
|||||||
способной |
преодолевать |
поверх |
|
|
|||||||
ностное |
|
натяжение |
более |
мелких |
|
|
|||||
капель. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Практически при скорости пере |
|
|
|||||||||
мещения дуги 100—150 м/с на ука |
|
. „ |
|||||||||
занных выше режимах можно рав- |
Рис |
||||||||||
|
|
|
* |
|
кромки |
|
* |
19 3 Зависимость длительно* |
|||
НОМбрНО ОПЛаВЛЯТЬ |
ПО Пбри~ |
стн разогрева от величины свароч- |
|||||||||
метру |
и |
получать |
соответственно |
ного тока для труб сечением* MM*: |
|||||||
хорошие |
м еханические |
|
свойства |
5 - |
1006; з - 1ббоо |
сварного соединения. Исходя из этого определяется радиаль ная индукция в зазоре.
При сварке на мягких режимах может быть применено про граммирование режима по току. Весь процесс разогрева в этом случае состоит из двух стадий: 1) подогрев на малом токе;
2)импульсное увеличение тока (длительность <1 с). Величина удельного давления и скорость осадки несколько
выше, чем при контактной сварке. Так, удельное давление (Н/мм2) составляет 70—80 для малоуглеродистой стали, 200 для аустенитных сталей и 120—150 при сварке труб с пласти ной. Скорость осадки должна составлять 80—100 мм/с для низ колегированных и аустенитных сталей. При сварке аустенит ных сталей и цветных металлов в качестве защитного газа при меняется аргон.
Оптимальная величина рабочего зазора между сваривае мыми частями изделия мало меняется от размеров сваривае мых изделий. Например, она составляет 2 мм для труб диамет ром до 60 мм и 2,5—3 мм для труб диаметром от 60 до 120 мм. Разность величин зазора в двух диаметрально противополож ных точках не должна превышать 1 мм.
Изучение свойств сварных соединений показало, что стыки, выполненные дугоконтактной сваркой, отличаются высоким ка чеством. Прочность сварного металла превышает прочность ос новного металла без заметного снижения пластичности. Эти свойства соединений обусловлены отсутствием пор, раковин, инородных включений и других дефектов. Соединения, выпол ненные на постоянном режиме, отличаются стабильностью ме ханических свойств. Разброс показателей предела прочности, угла загиба, ударной вязкости не превышает 5—10%. Вели чина грата, образующегося при сварке, равна примерно поло вине толщины стенки свариваемого изделия.
19.6. Контроль качества соединений
Для труб, сваренных дугоконтактной сваркой, приемлемы ме тоды контроля, применяемые при контактной сварке. При раз рушающем методе контроля сварные соединения испытывают на растяжение, изгиб, скручивание, ударную вязкость. Ведутся работы в направлении создания неразрушающих методов кон троля. Наиболее перспективным является создание метода ав томатического контроля параметров режима сварки в процессе разогрева и осадки: сварочного тока, времени разогрева, напря жения на дуге, скорости вращения дуги, усилия и скорости осадки.
19.7. Система возбуждения дуги
При сварке дугой, управляемой магнитным полем, для созда ния магнитного поля между свариваемыми изделиями приме няются системы возбуждения, состоящие из обмоток возбужде ния или из постоянных магнитов.
При дугоконтактной сварке, как правило, используются сим метрично расположенные с каждой стороны стыка одинаковые магниты, включенные так, чтобы магнитные потоки были на правлены навстречу один другому. При таком расположении желательна небольшая толщина магнитов.
Системы возбуждения магнитного поля выполняются не разъемными и разъемными. Неразъемные системы использу ются, когда сварное изделие можно протянуть через всю ма шину, а разъемные, когда это нецелесообразно или невозможно. Неразъемная система электромагнитов состоит из двух многовитковых обмоток.
При разъемной системе возбуждения обмотка состоит из не скольких отделяемых при разъеме катушек, каждая из которых имеет участки, образующие при установке их в рабочее положе ние два активных контура, создающих радиальное магнитное поле в зазоре. Обмотки возбуждения могут питаться от отдель ного источника, либо включаются последовательно в сварочную цепь. Значительно более просты системы возбуждения на по стоянных магнитах.
В неразъемных системах наиболее часто применяются коль цевые магниты, а в разъемных — набор магнитов, например, по луколец или сегментов, образующих в рабочем положении коль цевой магнит.
19.8.П ромыш ленные установки
Всостав установок для дугоконтактной сварки входят: подвжные и непод вижные зажимные механизмы, устройство, обеспечивающее создание рабо чего зазора, система возбуждения магнитного поля, механизм осадки, аппаратура управления процессом сварки, источник питания сварочной дуги.
Стационарное оборудование, как правило, содержит дополнительно уст ройство для механизированной загрузки заготовок и выгрузки сваренных изделий.
Зажимные механизмы предназначены для зажатия свариваемых деталей
иподвода сварочного тока.
Встационарных установках зажимные механизмы — самоцентрирующие,
обеспечивают соосность свариваемых заготовок с точностью до 0,1 мм. В за жимных устройствах предусмотрены синхронизирующие элементы, осуществ ляющие синхронное сближение зажимов относительно оси.
Механизмы зажатия вместе со свариваемыми заготовками в течение всего процесса разогрева остаются неподвижными, что существенно упро щает конструкцию установок. Один из механизмов зажатия выполняется
изолированным.
Конструкция устройства, обеспечивающего создание рабочего зазора ме жду свариваемыми заготовками, зависит от способа возбуждения дуги.
|
|
|
|
|
Т А Б Л И |
Ц А 19.S |
|
ТЕХНИЧЕСКИЕ |
ХАРАКТЕРИСТИКИ УСТАНОВОК |
|
|||
|
ДЛЯ ДУГОКОНТАКТНОЙ |
СВАРКИ |
|
|
||
Показатель |
УДК-2701 |
УДК-0802 |
УДК-6601 |
УДК-2001 |
УДК-601 |
|
Номинальное |
напряжение |
380 |
380 |
380 |
380 |
380 |
питающей сети, В |
||||||
Номинальный сварочный ток, |
315 |
315 |
630 |
1200 |
500 |
|
А |
|
|||||
Напряжение на дуге, В |
26-28 |
26-28 |
28—30 |
28-30 |
28-30 |
|
Наибольшее |
свариваемое |
270 |
100 |
2X1200 |
2700 |
1000 |
сечение, мма |
|
|||||
Наибольший диаметр свари |
26,8 |
20 |
62 |
114 |
76 |
|
ваемого изделия, мм |
||||||
Наибольшая |
толщина стен |
3,5 |
|
7 |
8 |
3,5 |
ки, мм |
|
2 |
||||
Номинальное усилие осадки, |
18 |
8 |
100 |
200 |
60 |
|
Н |
|
|||||
Машинное время сварки, с |
3 |
1,2 |
7 |
10 |
5 |
|
Производительность, не ме |
30 |
100 |
1200 |
100 |
150 |
|
нее, игг/ч |
|
|||||
Масса, кг |
|
900 |
900 |
2500 |
2500 |
1700 |
В стационарных установках для возбуждения дуги используется кратко временное замыкание дугового промежутка.
Цикл сварки автоматизирован. Аппаратура управления процессом сварки обеспечивает: управление зажатием заготовок, автоматическое управление сведением и разведением кареток для возбуждения дуги, регулируемую вы держку разогрева, включение осадочного давления, отключение сварочного тока и снятие давления осадки, разведение кареток после освобождения сва ренного изделия и возвращение схемы в исходное положение. В ряде уста новок предусмотрено также автоматическое управление механизированной загрузкой и выгрузкой сваренных изделий.
В качестве источников питания дуги применяются стационарные сва рочные выпрямители с падающими характеристиками.
Технические характеристики установок, разработанных во ВНИИЭСО,
приведены в табл. |
19.2. |
У с т а н о в к а |
т и п а УДК-2701 предназначена для сварки трубопрово |
дов в монтажных условиях. Установка снабжена двумя головками: одна массой 8 кг для сварки труб 0 21,3 и 26,8 мм, вторая массой 6 кг для сварки труб 0 10, 12 и 14 мм.
Сварочная головка (рис. 19.4) обеспечивает сварку труб на расстоя нии до 75 м от места расположения агрегата питания и управления. Сварка может быть осуществлена в любом пространственном положении вблизи стен н в углах помещений.
Одна из областей применения установки УДК-2701 — сварка санитарно технических систем зданий всех назначений.
Установка УДК-0802 предназначена для сварки труб с арматурой (нип пелями, штуцерами, поворотными угольниками и др.). Сварке подлежат трубы 0 8—25 мм (с толщиной стенки от 0,7 до 2 мм) черные, омеднен ные и с другими видами покрытий. Сваривать можно трубы прямые и гну тые с прямым участком не менее 60 мм.
Область применения — сварка трубопроводов гидросистем комбайнов, по грузчиков и др.
Рис. 19.4. Сварочная головка установки УДК-2701: |
|
||
/, 2, |
/0 —рычаг; 3 — губка; 4 — серьга; 5 — талреп; |
6 — рычаг зажим |
|
ной; |
7 — ось; |
8 — направляющая; 9 — привод осадки; |
П — ручка; 12 — |
выключатель; |
13 — система возбуждения |
|
У с т а н о в к а УДК-6501 предназначена для сварки плунжеров гидро подъемников тракторных прицепов. Плунжер гидроподъемника состоит из трех частей: головки, трубы и нижней части. Эти составные части свари ваются одновременно.
Более легкие и малогабаритные детали — головка и нижняя часть |
мас |
||
сой 350—450 |
г — устанавливаются вручную; |
подача наиболее тяжелой |
части |
трубы, масса |
которой ~5 кг, осуществляется |
с помощью механической руки. |
Выгрузка деталей — автоматическая.
У с т а н о в к а УДК-2001 предназначена для сварки трубопроводов. Кон струкция установки проходного типа, т. е. подача труб и перемещение сва ренных секций осуществляется в направлении продольной оси установки.
Механизмы зажатия и система возбуждения магнитного |
поля — неразъ |
|
емные. |
|
|
Для продольного перемещения отдельных труб и сваренных секций в ус |
||
тановке имеются рольганги с приводом, |
состоящим из |
двух гидро |
моторов. Скорость продольного перемещения |
труб регулируется дросселями. |
Трубы свариваются в состоявши поставки, дополнительная подготовка дета лей к сварке не требуется.
У с т а н о в к а УДК-601 предназначена для сварки амортизаторов грузо вых автомобилей. Тип установки вертикальный. Головку амортизатора за гружают вручную, а заготовку трубы и выгрузку сваренного изделия осу ществляют с помощью манипулятора.
Раздел 3
КОНТАКТНАЯ СВАРКА
Контактная сварка — один из наиболее распространенных и быстро разви вающихся способов получения неразъемных соединений самых разнообразных конструкционных материалов в широком диапазоне толщин и сечений. В на стоящее время ~30% всех сварных соединений выполняются с помощью контактной сварки, а по существующим прогнозам к 2000 г. доля этого спо соба в мировом сварочном производстве достигнет 40% [1].
Широкое использование и перспективы контактной сварки в промышлен ности, особенно в массовом производстве, обусловлены следующими причи нами:
1.Высокой технико-экономической эффективностью и, в частности, очень высокой производительностью процесса, намного превышающей производи тельность других способов сварки.
2.Возможностью легкой механизации, автоматизации и роботизации про цесса сварки
3.Весьма благоприятным термодеформационным циклом, обеспечиваю
щим достаточно высокое качество соединений большинства конструкцион ных материалов.
4. Высокой культурой и хорошими гигиеническими условиями технологи ческого процесса.
Контактная сварка — процесс образования неразъемных со единений конструкционных металлов в результате их кратковре менного нагрева электрическим током и пластического деформи рования усилием сжатия, со стороны электродов.
Согласно ГОСТ 2601—84 контактная сварка принадлежит к термомеханическому (термодеформационному) классу способов сварки. Соединение в этом случае, как и при других способах сварки, образуется за счет формирования металлических связей между атомами в зоне контакта соединяемых деталей. При этом затрачивается тепловая и механическая энергия для обеспече ния физического контакта и активации соединяемых поверх ностей.
Контактная сварка — электротермодеформационный процесс (ГОСТ 2601—84), так как нагрев осуществляется проходящим током за счет выделения теплоты на электрических сопротивле ниях разных участков соединения, в частности в общем случае и на контактных сопротивлениях, что послужило причиной появ ления термина «контактная сварка». В других странах (США, Япония, Великобритания) для определения этого способа полу