книги / Сварка и свариваемые материалы. Технология и оборудование

Na2C03 (для легированных сталей и сплавов титана), раство­ рах щелочи или органических растворителях (для сплавов алюминия и магния). Часто в массовом производстве мало­ углеродистую сталь не обезжиривают.

Удаляют оксидные пленки механическим или химическим способами.

Механическую обработку ведут чугунной или стальной дро­ бью (стальные детали и титановые сплавы с окалиной), вра­ щающимися стальными щетками для большинства сваривае­ мых металлов. Механические способы подготовки весьма универсальны, но сроки хранения деталей до сварки весьма ограничены из-за большой активности поверхности (например,

для алюминиевых и	магниевых сплавов— 1—5		сут в зависи­
мости от условий	хранения — температуры	и	влажности).
Сроки хранения можно удлинять, используя		консерванты (на­

пример, алеат натрия) или режимы с повышенными свароч­ ными усилиями или усилиями обжатия.

Химическая обработка используется для всех металлов и позволяет получить чистую и относительно малоактивную по­ верхность. В частности, сроки хранения деталей из сплавов алюминия и магния достигают 15—30 сут. Составы растворов для химической обработки приведены в [2].

Контролируют качество подготовки поверхности либо внеш­ ним осмотром, либо измеряя микроомметрами электрические сопротивления образцов (деталей), помещаемых между элект­ родами специального пресса или сварочной машины. Значения сопротивлений не должны превышать определенных величин, например 0,5 мОм для малоуглеродистых сталей.

Сборка

В ходе этой операции достигается взаимное расположение деталей в соответствии с чертежом при определенных (мини­ мальных) зазорах между ними. При отсутствии взаимозаменяе­ мости детали подгоняют в ходе предварительной сборки, после чего подготавливают поверхности и осуществляют окончатель­ ную сборку.

Большие зазоры повышают вероятность образования наи­ более опасных дефектов — непроваров и выплесков, общее коробление сварного узла. Допускаемые зазоры зависят от режима сварки (сварочного усилия), жесткости узла и длины участка с этими зазорами. При сварке стальных деталей тол­ щиной 1 мм на обычных режимах (см. разд. 20.2.3) зазоры не должны превышать 0,4 мм при длине 100 мм и 1,2 мм при длине 300 мм. При толщине детали 3 мм зазоры должны быть уменьшены соответственно до 0,3 и 0,9 мм. Сборку обычно ведут по разметке, по эталонному узлу и с применением шаб­

лонов в специальных приспособлениях. Механизация и автома­ тизация существенно сокращают время сборочных операций и повышают их качество, которое контролируется измерениями основных размеров узла и зазоров между свариваемыми деталями.

Прихватка

Эта операция обеспечивает точную фиксацию деталей в узле и снижение остаточных деформаций. Прихватку осуществляют в отдельных точках с определенным шагом. Для точечной сварки этот шаг обычно составляет 10—30 см (в зависимости от жесткости деталей и величины зазоров), для шовной — 2,5— 10 см во избежание коробления и набега металла при движе­ нии роликов. Обычно точки прихватки располагают по линии будущего основного шва, размеры этих точек должны быть не меньше указанных в табл. 20.4.

Для уменьшения коробления узла прихватку следует вести в определенной последовательности (рис. 20.13). Под продоль­ ные швы рекомендуется попеременная прихватка от центра к краям, начиная с участков повышенной жесткости. Элементы обечаек прихватывают точками в диаметрально противополож­ ных направлениях. Узлы простой формы допускается свари­ вать без прихватки в сборочно-сварочных приспособлениях. Чаще всего прихватку ведут в стационарных машинах. Крупно­ габаритные детали прихватывают в приспособлениях (стапе­ лях) часто переносными машинами (клещами, пистолетами), тонкостенные детали — дуговой сваркой с последующей вы­ рубкой мест прихватки. В ряде случаев детали предварительно закрепляют болтами или заклепками. После прихватки контро­ лируют качество соединений, форму и размеры узла.

Рис. 20.13. Рациональная последовательность прихватки панелей (а), обечаек (б) в узлов коробчатой формы (в)

20.2.3. Выбор режимов сварки

При точечной и шовной сварке возможности управления термо­ деформационным циклом разнообразны, например путем варь­ ирования режимов сварки на стадиях нагрева и охлаждения, что сведет к минимуму влияние сопутствующих процессов — изменения структуры и свойств исходного материала, образо­ вания остаточных напряжений, износа рабочей поверхности электродов и т. п. 12].

Основные параметры режима: на стадии нагрева — свароч­ ный ток, время его протекания и сварочное усилие; на стадии охлаждения — усилие проковки и время его приложения. Зна­ чения параметров могут оставаться постоянными или изменя­

ться на каждой стадии по определенной программе	и зависят
в первую очередь от свойств свариваемого металла	и его тол­

щины. В частности, при увеличении толщины деталей растут

диаметр ядра (ширина шва) (см. табл. 20.4)		и, естественно,
значения всех параметров также возрастают.		и максимален
Сварочный ток / св	пропорционален (рг/ев)-0,5
при сварке металлов	с низким удельным сопротивлением —

сплавов на основе алюминия, меди и магния.	На жестких ре­
жимах (малое /Св) /св больше, чем на мягких	режимах (боль­
шое /св). В ряде случаев приводят среднюю плотность тока

/=4/св/(ш/к2). Так, при сварке сталей / « 0,2ч-0,4 кА/мм2, алю­ миниевых сплавов 1,0—3,0 кА/мм2. Зависимость /св от s пред­ ставляется либо в форме /св= Л/7«0*5 {2] или lCh=ki"s [5]. Напри­ мер, для сталей б кА/см°>5, для сплавов алюминия — 25,5. Ориентировочно ток сварки может быть рассчитан по уравне­ нию теплового баланса [2] или в результате решения на ЭВМ обратной термодеформационной задачи при условии получения ядра заданных размеров.

Время сварки определяется теплопроводностью и сопротив­ лением деформации свариваемого металла. При сварке спла­ вов меди и алюминия — высокотеплопроводных металлов реко­ мендуются жесткие режимы при малой длительности импульса

тока.		металлы, высокопрочные низколегированные
Жаропрочные
стали	сваривают	при длительном прохождении тока (см.
табл.	20.10 и 20.12). Обычно		/св—£<s [2], для малоуглероди­
стых	сталей kt—0,084-0,15,		для коррозионностойких сталей
А(=0,1-т-0,15, для		жаропрочных сталей kt —0,6-j-0,8 и для алю­

миниевых сплавов &<=0,044-0,1.

Сварочное усилие зависит от сопротивления пластической деформации металла. Особенно большие усилия необходимы при сварке низколегированных сталей и жаропрочных сплавов,

например, на	никелевой	основе.	При	этом	давление
р = 4 / св/ ( я ^ к 2) ^ 5 0 0 Н/мм2,		тогда как	при	сварке	малоугле­

родистых сталей р^120 Н/мм2. Зависимость FCB от s обычно представляют в виде линейной функции: /гсв=£р5 и для мало­

углеродистых сталей		kp= 2,0-т-2,5 кН/мм, для стали 12Х18Н10Т
AF = 4,54-5,0	кН/мм,	а	для жаропрочных сплавов	Лр=7,04-
4-8,0 кН/мм.	Очевидно,		усилия можно уменьшить,	переходя

кболее мягким режимам, так как FC1,S=/CB_i.

Впоследнее время часто используют программированные по току и усилию режимы точечной сварки [2, 5], что особенно

важно при соединении металлов, чувствительных к термоде­ формационному циклу, например, высокопрочных сталей. Для повышения пластичности соединений отпускают металл допол­ нительным импульсом тока. Жаропрочные металлы рекомен­ дуется также подогревать на стадиях обжатия и проковки. Плав­ ное повышение усилия в процессе сварки, например по экспо­ ненциальному закону, дает возможность снизить остаточные деформации и максимальные усилия, а также силу сварочного тока. Расчет усилия или программы его изменения можно вести, исходя из условия равновесия сил, действующих на сое­ динение {2}.

На стадии охлаждения вследствие несвободной усадки могут возникать значительные остаточные напряжения и несплошности, трещины и раковины, особенно при соединении отличающихся большим коэффициентом усадки алюминиевых сплавов и жаропрочных сплавов. Для предупреждения этих дефектов используют ковочное усилие (24-5) FCB (см. рис. 20.1). При этом следует обращать внимание на время прило­ жения ковочного усилия относительно момента включения тока. Обычно это время tH^0,02 s. Большое значение tK не в со­ стоянии предупредить образование дефектов в охладившемся металле, а малое вызывает значительное коробление узла. Время проковки обычно составляет 0,1—0,5 с и должно быть достаточно для снижения остаточных напряжений до безопас­ ного уровня.

Кроме параметров режима, заметно влияют на свойства соединений форма и размеры рабочей поверхности электродов (табл. 20.7). Для высокопрочных металлов и сплавов, сплавов алюминия и магния, чувствительных к массопереносу в кон­ такте электрод—деталь и свариваемых на больших токах, рекомендуются электроды со сферической рабочей поверхно­ стью. Однако в процессе эксплуатации на сфере появляется площадка, составляющая 50—70 % dn0H. В некоторых странах, например во Франции, в стандартах уже предусмотрены элект­ роды, обработанные под сферу с притуплением. Для других металлов и деталей малых толщин рекомендуют электроды с плоской рабочей поверхностью.

Указанный подход к выбору значений параметров режимов можно представить как статический с целью получения точек

РАЗМЕРЫ ЭЛЕКТРОДОВ И РОЛИКОВ, ММ* (ГОСТ 14111-77)

Размеры электродов	Размеры роликов
Толщина
детали, мм

		*»	*э	V	'р	* Р
0,5	12	4	25—50	8	4	25-50
0,8	12	5	50—75	10	5	50-75
1,0	12	5	75—100	10	5	75—100
1,5	16	7	100—150	12	7	100—150
2,0	20	8	100—150	15	8	100—150
3,0	25	10	150—200
4,0	25	12

* При сварке алюминиевых сплавов Dp увеличивают на 25 %, Sp — на 20 — 50 % в выбирают большие значения R , R V

удовлетворительного качества, но ограниченного количества без учета воздействия на процесс разных случайных и направ­ ленных (прогнозируемых) возмущений. В последнее время на­ метился другой — динамический подход, основанный на ана­ лизе устойчивости процесса сварки (рис. 20.14). Условие устой­ чивости определяется, например, малой вероятностью (0,5 или 1 %) появления непроваров (dmin) и выплесков (dm«)• Однако при ухудшении, например, состояния поверхности деталей из

сплавов алюминия	после	длительного хранения возрастает
dB0M и снижается	dmtx, что	резко повышает вероятность вы­

плеска. Для предупреждения этого дефекта рекомендуется использовать повышенные усилия для расширения границ dmax. При сварке сталей отмечается износ электродов (увеличение площади рабочей поверхности), что приводит к уменьшению плотности тока и появлению непроваров (рис. 20.14,6). В этом случае целесообразно повышать йИом, например, за счет увели­ чения тока или времени сварки. Поэтому при выборе режимов рекомендуется проверить их на устойчивость, изменяя ток и сварочное усилие, моделируя изменения состояния поверхности деталей и т. п. Режимы точечной и шовной сварки (рис. 20.15) ряда конструкционных металлов приведены в табл. 20.8—20.13.

Режимы рельефной сварки зависят не только от свойств свариваемого металла, но и от исходных размеров рельефа (высоты и диаметра) (табл. 20.14).

Подробно режимы рельефной сварки приведены в [4—6]. Определенные трудности возникают при точечной и шовной

сварке деталей неравных толщин и из разнородных металлов из-за смещения ядра в более толстую деталь или деталь с боль­ шими сопротивлением (рис. 20.16). Достаточное проплавление тонкой детали достигается за счет снижения теплоотвода в со­ ответствующий электрод (снижение его теплопроводности, применение тепловых экранов). Эффективно использование дополнительного обжатия деталей вокруг ядра (рис. 20.16,6),

рис. 20.16. Типовые циклограммы точечной и шовной сварки

рис. 20.16. Способы сварки деталей неравных толщин с использованием тепловых экранов (а) и обжатия пе­ риферии соединения (б)

что обеспечивает высокую концентрацию тока в контакте де­ таль-деталь без опасности появления выплеска.

Определенная специфика существует также при сварке де­ талей малых (<0,5 мм) и больших (>10 мм) толщин, компо­ зиционных материалов и металлов с защитными покрытиями

						Т А Б Л И Ц А		20.8
	ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ РЕЖИМЫ ТОЧЕЧНОЙ И ШОВНОЙ СВАРКИ
	МАЛОУГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ (ТИПА 08кп, 10. 20)
	НА	ОДНОФАЗНЫХ МАШИНАХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
	S, м м	1 „ . кА	*св* с	F„. кн	V кН	/ к . С	' п ' «	*с в .
								м/мии
	0,5—а	6,5/7,0	0,08/0,04	1,8/1,5			0,04	и
	0,8—а	7,0/8,5	0,12/0,06	2,3/2,0	—	—	0,06	1.0
	1,0—а	7,5/10,5	0,14/0,08	3,0/3,0	—	—	0,1	0,9
	1,5—а	9,5/13,0	0,18/0,14	5,0/4,7			0,16	0,7
					—	—
	2,0—а	11,0/16,0	0,20/0,18	7,0/7,0			0,26	0,6
					—	—
	3,0—6	13,0/19,0	0,26/0,26	9,5/9,0	19,0	0,36	0,3	0,5
	4,0—6, в	18,0	0,40	13,5	22,0	0,5		—
	П р и м е ч а н и е . В		числителе — значения параметров			для точечной сварки,

в знаменателе — для шовной; рабочие поверхности электродов и роликов плоские; в пер­ вой графе приведен тип циклограммы для точечной сварки (рис. 20.15); шовная сварка ве­

дется для	всех s по циклограммам е й		ж.
					Т А Б Л И Ц А 20.9
	ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ		РЕЖИМЫ	ТОЧЕЧНОЙ	СВАРКИ
СРЕДНЕУГЛЕРОДИСТЫХ			И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ
(ЗОХГСА) НА		ОДНОФАЗНЫХ МАШИНАХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
		(ДВУХИМПУЛЬСНЫЙ		РЕЖИМ)
S, ММ	/ св. «А	' с , ' с	*п* с	/ под* кА	*под’ с	FCB’
0,5	5,5	0,36	0,4	4,5	0,56	2,5
0,8	5,8	0.4	0,5	4.8	0,7	3,0
1,0	6,5	0,46	0,64	5,2	0,72	4,5
1,5	9,0	0,6	1.0	6,8	0,9	7,0
2,0	10,5	0,8	1.2	7,5	1,2	9,0
3,0	13,5	1,3	1,5	9,5	2,0	12,5

П р и м е ч а н и е .			Сварка ведется		по циклограмме д		(рис. 20.15) электродами
с плоской	рабочей	поверхностью.
							Т А Б Л И Ц А		20.10
	ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ РЕЖИМЫ ТОЧЕЧНОЙ И ШОВНОЙ
СВАРКИ КОРРОЗИОННОСТОЙКИХ И ЖАРОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ
	(ТИПА	12Х18Н10Т, 15Х10Н12С4ТЮ) НА ОДНОФАЗНЫХ
			МАШИНАХ ПЕРЕМЕННОГО			ТОКА
S, м м		кА		*св; с	Гк . к Н		<к. с	с »св* м/мии
0,5—а	4,5/5,5			0,1/0,1	2,7/2,2			0,16	1.0
0,8- а	4,7/5,5			0,14/0,12	3,5/3,2	—	—	0,16	0.9
1,0—а	5,5/6,2			0,16/0,12	4,2/3,7	—	—	0,20	0,8
1,5—а	7,5/8,5			0,22/0,18	6,0/4,0	—	—	0,32	0.7
2,0—а	8,5/9,5			0,26/0,2	8,7/6,0			0,36	0.6
						—	—
3,0—а	10,5/11,7			0,32/0,28	10,5/10	21	0,40	0,42	0,4
4,0—6, в		11,5		0,46	16	25	0,54	—	—

П р и м е ч а н и е . Условия сварки и обозначения см. в табл. 20.8.

ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ РЕЖИМЫ СВАРКИ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ (ТИПА ХН75МБТЮ6, ХН38ВТ6, ХН70Ю) НА ОДНОФАЗНЫХ МАШИНАХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

	3, мм	/ св. кА	W с	FCB. кН	V кН	'к- с	'п ’ с	®СВ’
								м/мин
	0,5—а	4,7/5,7	0,24/0,1	4,5/7,0			0,1	0,6
	0,8—д	5,Ш7,2	0,3/0,14	6,0/8,0	—	—	0,2	0.4
	1,0—а	6,2/8,0	0,36/0,16	7,5/8,5	—	—	0,26	0,4
	1,5— а	6,7/9,2	0,52/0,24	10,2/10			0,44	0,3
					—	—
	2,0—6	7,2/11,5	0,7/0,28	12,2/12	—	—	0,54	0,3
	3,0—6, в	8,4/14	1,0/0,4	17/15	29	1,1	0,7	0.2
	4,0—6, в	11	1,3	19	31	1,44	—

П р и м е ч а н и е . Условия сварки и обозначения см. в табл. 20.8.

							Т А Б Л И Ц А 20Л2
	ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ			РЕЖИМЫ		ТОЧЕЧНОЙ	СВАРКИ
	ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ			(0Т 4 -1, ВТ6) НА ОДНОФАЗНЫХ
		МАШИНАХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
5, ММ	'с в - кА	'с в * с	F CB. к Н		S, мм	/ с в . кА	'св* с	F CB. К Н
0,3—а	4,7	0,06	0,85		1,5—а	6,7	0,18	3,5
0,5— л	5,0	0,08	1,2		2,0—а	8,5	0,25	5,5
1,0—а	5,2	0,14	2,5		3,0— а	10,5	0,32	10

Т А Б Л И Ц А 2 0 .it

ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ РЕЖИМЫ ТОЧЕЧНОЙ И ШОВНОЙ СВАРКИ АЛЮМИНИЕВЫХ И МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ

(Д16, МА2-1) НА		МАШИНАХ	ПОСТОЯННОГО	ТОКА
S, мм ^св. m ax*	'с в - с	F CB. к Н	FK. K H 'к - с	'п' с 1>с в , т/м и н
кА

0,5—6	30/30	0,02/0,06
1,0-6	40/36	0,04/0,12
2,0—6	56/48	0,08/0,18
3,0-6	70/61	0,14/0,24
4,0—6	85	0,2
5,0-г	130	0,26
6,0-г	155	0,3
7,0—г	170	0,36

2/3

4/5

8/10

13/15

18

16—37*

юЮ	1	*
		S

27,5—70*

4	0,02	1	200
9	0,06	1,5	150
19	0,12	3,5	100
32	0,2	4,5	70
60	0,28	_	—
91	0,38	—	_
115	0,44	—	_
150	0,52	—	—

П р и м е ч а н и е . Условия сварки и обозначения см. в табл. 20.8. Электроды и ролики со сферической рабочей поверхностью; шовная сварка деталей толщиной 3 мм ве­ дется по циклограмме з.

* При точечной сварке по циклограмме г F QB II включают после F QB I через /св к «

* 0,3 *св (см. рис. 20.16).

	РЕЖИМЫ	РЕЛЬЕФНОЙ СВАРКИ		ДЕТАЛЕЙ	ИЗ СТАЛИ
			12Х18Н10Т
S, мм	V “ “	ftp. и м	Нахлестка,	FCB. КН	' « • кА	*св* с
			мм
0,5	1,75	0,5	5	2	1	0,16
0,8	2,5	0,6	6	3,2	5,6	0,24
1,0	3,0	0,7	8	4	6,6	0,26
1,5	4,0	0,9	11	6	9	0,36
2,0	4,75	1,0	13	8	11	0,42
2,5	5,5	1,0	15	10	12,5	0,46
3,0	7,0	1,5	18	12	14	0,48

[2], например оцинкованных сталей. В последнем случае возни­ кает серьезная проблема повышенного износа электродов из-за перехода легкоплавкого цинка на их рабочую поверхность.

20.2.4. Обработка соединений после сварки

Для повышения циклической прочности соединений после то­ чечной сварки в ряде случаев под нахлестку вводят клей пре­ имущественно на основе эпоксидной смолы (клеесварные кон­ струкции) холодного (клеи ВК-9, КС 609) или горячего твер­ дения (в последнем случае требуется термообработка при 120—170 °С, клеи К-4С, ВК 39), или осуществляют пропайку конструкций, например, медными или серебряными припоями узлов из титановых и жаропрочных сплавов (рис. 20.17). Таким образом достигается повышение циклической прочности в два-три раза, а также коррозионной стойкости вследствие герметизации зазора (области под нахлесткой).

Ряс.	20.17. Клеесварные и сварнопаяные соединения (а) н схема нанесения клея
после	точечной сварки (б)