24. Сварка давлением. Сущность. Образование соединения при сварке давлением. Точечная, шовная, стыковая электрическая контактная сварка: особенности, схемы, недостатки и преимущества процессов.
Сварка давлением происходит в твердом состоянии, сближение атомов и активация поверхностей достигается в результате совместной упругопластической деформации в контакте соединяемых деталей, часто применяют дополнительный нагрев заготовок.
Первая стадия образования сварного соединения характеризуется деформацией микронеровностей на соедин-ую поверхность. В процессе дальнейшего сближения деталей начинается 2-ая стадия формирования монолитного соединения. Сначала происходит физический контакт поверхностей. В ходе физического контакта происходит схватывание отдельных атомов, их химическое взаимодействие и образование общих кристаллов на границе раздела поверхностей. Зав-ся процесс рекристаллиз-ей и образованием прочного соединения. Длительность стадии зависит от ряда факторов: а) физико-химических свойств соединяемых материалов; б) состояния поверхностей; в) состава ОС; г) условий приложения давлений.
Точечная электрическая контактная сварка.
Свариваемые
детали 1 собирают внахлёстку и зажимают
усилием FCB
между двумя электродами 2, подводящими
ток большой силы (до нескольких десятков
кА) к месту сварки от источника
электрической энергии 3 невысокого
напряжения (обычно 3-8 В). Детали нагреваются
кратковременным (0,01-0,5 с) импульсом тока
до появления расплавленного металла в
зоне контакта 4. Нагрев сопровождается
пластической деформацией металла и
образованием уплотняющего пояска 5,
предохраняющего жидкий металл от
выплеска и от взаимодействия с воздухом.
Теплота, используемая при сварке, зависит
от сопротивления между электродами и
выделяется при прохождении тока
непосредственно в деталях, контактах
между ними и контактах деталей с
электродами. Сопротивления самих
электродов должны быть незначительны,
так как выделяющаяся в них теплота не
участвует в процессе сварки. Поэтому
сечение электродов должно быть
относительно большим, а материал
электродов - обладать большой электро-
и теплопроводностью. Электроды для
точечной сварки изготавливают главным
образом из меди и её сплавов. 
Рис. 1. Схема точечной сварки
а - без увеличения давления; б - с увеличением давления при проковке; 1 - сжатие деталей; 2 - включение тока; 3 - проковка; 4 - снятие давления с электродов
Рис. 2. Стадии цикла и циклограммы точечной сварки
Шовная (роликовая) электрическая контактная сварка.
Шовная сварка - способ, при котором детали соединяются швом, состоящим из отдельных сварных точек (литых зон), перекрывающих или не перекрывающих одна другую.
Шовная сварка, выполняемая при непрерывном движении деталей и непрерывном протекании сварочного тока, называется непрерывной. Такую сварку редко применяют из-за сильного перегрева поверхности деталей, контактирующей с роликами. Наибольшее распространение имеет прерывистая шовная сварка, при которой детали перемещаются непрерывно, а ток включается и выключается на определенные промежутки времени и при каждом включении (импульсе) тока образуется единичная литая зона. Перекрытие литых зон, необходимое для герметичности шва, достигается при определенном соотношении скорости вращения роликов и частоты импульсов тока. Применяют также шаговую сварку, при которой детали перемещаются прерывисто (на шаг), а сварочный ток включается только во время их остановки, что улучшает охлаждение металла в контактах ролик - деталь по сравнению с непрерывным движением свариваемых деталей. Шовная сварка в большинстве случаев производится с наружным водяным охлаждением, что также уменьшает перегрев внешних слоев металла.
Разнообразные виды шовной сварки, встречаемые на практике, в основном различаются способом подвода сварочного тока (односторонний или двусторонний) и расположением роликов относительно свариваемых деталей Двусторонняя шовная сварка аналогична двусторонней точечной. Вместо одного из роликов может быть применена оправка, плотно контактирующая с внутренней деталью Для сварки неподвижных деталей кольцевым швом на плоскости служит верхний ролик, который вращается вокруг своей оси, а также вокруг оси шва. Способы шовной сварки Нижняя деталь контактирует с электродом, имеющим форму чашки. Иногда свариваемые детали устанавливают на медную шину; при этом подвод тока может быть двусторонним или односторонним. При сварке на шине возможны варианты подвижной и неподвижной шин, когда два ролика, к которым подведен ток, вращаются вокруг своих осей и катятся по деталям. При односторонней шовной сварке, как и при точечной, наблюдается шунтирование тока в деталь, контактирующую с роликами.
Шовную
сварку применяют при изготовлении
различных емкостей с толщиной стенки
0,3 - 3 мм, где требуются герметичные швы
- бензобаки, трубы, бочки, сильфоны и др.
Циклограммы шовной сварки
а - непрерывное выключение тока; б - импульсное включение тока; I - сварочный ток; Р - давление; S - перемещение роликов; t - время.
Стыковая сварка — сварочный процесс, при котором детали соединяются по всей плоскости их касания, в результате нагрева. В зависимости от марки металла, площади сечения соединяемых деталей и требований к качеству соединения стыковую сварку можно выполнять несколькими способами: сопротивлением, непрерывным оплавлением и оплавлением с подогревом.
Сварка сопротивлением используется для соединения деталей с площадью сечения до 200 мм². Применяется в основном при сварке проволоки, стержней и труб из низкоуглеродистой стали относительно малых сечений.
Сварка оплавлением используется для соединения деталей с площадью сечения до 100000 мм², таких как трубопроводы, арматура железобетонных изделий, стыковые соединения профильной стали. Применяется для соединения железнодорожных рельсов на бесстыковых путях, для производства длинноразмерных заготовок из сталей, сплавов и цветных металлов. В судостроении используется для изготовления якорных цепей, змеевиков холодильников рефрижераторных судов. Также сварка оплавлением используется в производстве режущего инструмента (например, для сварки рабочей части сверла из инструментальной стали с хвостовой частью из обычной стали).
Технология
Стыковая сварка является разновидностью контактной сварки, поэтому в основу ее технологии заложены тепловое воздействие электрического тока по закону Джоуля — Ленца и усилие сжатия свариваемых деталей. Стыковая сварка с разогревом стыка до пластического состояния называется сваркой сопротивлением; с разогревом стыка до оплавления — сваркой оплавлением.
Сварка сопротивлением происходит следующим образом: закрепленные в зажимах сварочной машины детали плотно прижимают друг к другу свариваемыми поверхностями, а затем пропускают через них электрический ток. После нагрева стыкуемых поверхностей до пластического состояния производится осадка (сжатие) деталей с одновременным отключением тока. Для обеспечения равномерного нагрева контактируючие торцы свариваетмых заготовок должны быть тщательно подготовлены. Необходимо удалить неровности, загрязнения и окислы, так как неравномерность нагрева и окисление металла на торцах понижают качество сварки сопротивлением. Чем больше сечение свариваемых поверхностей, тем ниже качество сварного соединения, главным образом из-за образования окислов в стыке. Этим объясняется ограниченное применение сварки сопротивлением, которая используется для соединения деталей с площадью сечения до 200 мм². Применяется в основном при сварке проволоки, стержней и труб из низкоуглеродистой стали относительно малых сечений, также сварка сопротивлением даёт хорошие результаты для металлов, обладающих хорошей свариваемостью в пластическом состоянии — малоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей, алюминиевых и медных сплавов.
Схема контактной стыковой сварки
1- неподвижная плита; 2 - зажимы (электроды); 3- заготовки; 4 - подвижная плита; 5 - сварочный трансформатор; 6 - контакт
