Технология и оборудование контактной сварки
..pdfТ а б л и ц а |
10.2. Циклическая |
прочность соедйний, |
|
и шовной сваркой |
|
||
|
|
Размеры |
|
|
|
образца, |
|
|
|
мм |
|
Сварка |
Характеристика |
Марка |
|
|
образца |
металла |
|
|
|
ширина |
толщина |
выполненных точечной
Предел выносливости при испытаниях
малоцик |
многоцик- |
||
ловых |
ловых |
||
одной точ ки, даН |
листа, МПа |
одной точ ки, даН |
листа, МПа |
Точеч |
Одноточечный, |
40 |
3 |
МА8 |
|
|
70 |
5,8 |
ная |
работающий |
25 |
2 |
Д16АТ |
260 |
52 |
75 |
19 |
|
на срез |
25 |
1,5 |
Д16АТ |
— |
— |
90 |
20 |
|
(см. рис. 9.2, в) |
25 |
2 |
АМгб |
— |
— |
88 |
17,5 |
|
|
20 |
1,5 |
ВТ1Д |
300 |
100 |
75 |
25 |
|
|
30 |
1,5 |
15Х18Н12С4ТЮ |
500 |
ПО |
125 |
27 |
|
|
25 |
1.5 |
СН2 |
450 |
120 |
ПО |
30 |
|
|
25 |
1,5 |
12Х18Н9Т |
— |
— |
85 |
22,5 |
|
|
25 |
1,5 |
ЗОХГСА |
— |
— |
125 |
33 |
Точеч |
Связующий, |
25 |
2 |
Д16АТ |
_ |
_ |
_ |
80 |
ная |
одноточечный |
25 |
2 |
АМгб |
— |
— |
— |
105 |
|
с накладкой |
|
|
|
|
|
|
|
Шовная |
Герметичный, |
|
2 |
Д16АТ |
_ |
— |
_ |
20 |
|
работающий |
|
2 |
АМгб |
— |
— |
— |
25 |
|
на срез |
|
1,5 |
ВТ1Д |
— |
150 |
— |
50 |
|
(рис. 9.2, г) |
|
1,5 |
15Х18Н12С4ТЮ |
— |
230 |
— |
50 |
|
|
|
1,5 |
12Х18Н9Т |
— |
— |
— |
70 |
П р и м е ч а н и я : 1. Размеры швов по группе А ГОСТ 15878—79.
2. Точечные швы при сварке алюминиевых и магниевых сплавов выполнены с прило-
ем ^коп'
3. Образцы после сварки не подвергались термомеханической обработке.
Иногда |
сварные |
образцы подвергают циклическим испытаниям, |
в которых |
циклы нагружения модулируют, имитируя условия экс |
|
плуатации |
изделия |
(табл. 10.2). |
Предел выносливости при многоцикловых нагружениях рабочих точек при испытании образцов составляет 15—25 % предела вы носливости основного материала; для связующих точек 50—70 %; для рабочих соединений, выполненных шовной сваркой, 20—30 %.
Обычно началом разрушения соединений при циклических на грузках служит трещина, возникающая у периферии литой зоны или пояска, которая постепенно увеличивается и распространяется к внешней поверхности образца.
Для определения показателей долговечности соединений необ ходимо построение полной диаграммы усталости в координатах напряжение.— долговечность — вероятность разрушения. Однако при попытке построения такой диаграммы был выявлен большой раз-
Т а б л и ц а 10.3. Механические показатели соединений, выполненных стыковой сваркой оплавлением (плоские образцы со снятым гратом)
Металл
Низкоуглеро дистая сталь
Углеродистая сталь (0,4 % С)*
12Х18Н9Т
Х15Н9Ю *
ХН38ВТ *
АМгб
ОТ4-1
ЛС59-1
свар |
|
|
Механические показатели |
|
|
||
|
|
|
|
|
Предел вы |
||
(О), (С) |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
носливости |
||
|
|
|
|
|
|
при испыта |
|
Основнойметалл соединениеное |
|
|
|
|
|
ниях, |
МПа |
ан’ |
б. % |
КС, |
нв, |
Угол |
2 и |
2 Ч |
|
|
МПа |
МДж/м2 |
МПа |
изгиба, |
о |
|
|
|
|
|
|
|
градусы |
ч |
|
|
|
|
|
|
|
К |
1 * |
|
|
|
|
|
|
О |
|
|
|
|
|
|
|
От |
|
|
|
|
|
|
|
я 3 |
|
|
|
|
|
|
|
X о |
|
О |
300 |
35 |
0,9— 1,5 |
1500 |
— |
— |
— |
с |
350 |
20 |
0,8— 1,5 |
1700 |
|
|
|
О |
600 |
22 |
0,8 |
1700 |
|
|
|
с |
650 |
12 -15 |
0,5— 0,8 |
2000 |
— |
— • |
— |
О |
550— 580 |
40 |
1 |
— |
140— 170 |
— |
— |
с |
600 |
38 |
1,2— 1,3 |
140-160 |
|
|
|
О |
1400 |
6 |
1.2 |
— |
— |
920 |
480 |
с |
1300 |
|
|
|
|
860 |
440 |
О |
550 |
35 |
— |
— |
|
— |
— |
с520— 550 33—35
О |
360 |
16— 20 |
0,3—0,4 |
— |
90 |
— |
— |
с |
320-360 |
16— 21 |
0,27— |
75— 87 |
|
||
|
|
|
0,36 |
|
|
|
|
О |
680—700 |
38 |
|
|
40 |
500 |
380 |
с |
750—800 |
22— 25 |
— |
— |
30—32 |
560 |
|
О |
370 |
18 |
|
— |
— |
|
|
с |
370 |
20 |
— |
|
— |
— |
* После термообработки.
брос экспериментальных данных по усталости, по-видимому, из-за неправильной формы границ сварных швов, что в сильной степени изменяет данные по долговечности.
Сварные соединения, выполненные стыковой сваркой оплав лением из конструкционных металлов, в большинстве случаев имеют показатели прочности, близкие к показателям основного металла. Это объясняется плавным очертанием формы стыка (особенно после удаления грата), отсутствием литой зоны, относительно небольшими изменениями исходной структуры околошовной зоны вследствие обычно применяемых жестких режимов сварки, увеличением площади торцов и полного удаления оксидов за счет пластической деформа ции и обновления поверхности при осадке (табл. 10.3).
Г Л А В А I I
МОНТАЖ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ КОНТАКТНЫХ МАШИН, ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
§ 11.1. УСТАНОВКА КОНТАКТНЫХ МАШИН
Контактная сварка отличается относительной безопас ностью, и поэтому оборудование обычно располагают по ходу общего технологического процесса, например, в сборочных цехах. Лишь мощные стыковые машины, отличающиеся образованием большого количества брызг металла, в ряде случаев устанавливают в отдельном помещении. Для экономии площадей вспомогательное оборудование — пускатели, шкафы управления и т. д. — можно размещать на стенах, колоннах и т. д. При планировке рабочих мест для удобства обслу живания, ремонта и обеспечения безопасности необходимо преду смотреть определенные расстояния между машинами и другими эле ментами оборудования.
Сварочные машины можно устанавливать непосредственно на полу, без специальных фундаментов. При сварке крупногабаритных конструкций целесообразно поднимать машины на фундамент высо той 400—600 мм, а для сварщика предусмотреть соответствующие лестницы и мостики.
Оборудование должно быть обеспечено электрическим питанием проводом определенного сечения. Мощные машины целесообразно подключать к отдельному трансформатору. Падение напряжения в подводимых кабелях не должно превышать 5 %. Для разгрузки питающей сети рекомендуется поочередное включение машин, осу ществляемое общей системой управления.
Для улучшения cos ф оборудования иногда применяют компен сационные устройства — батареи конденсаторов, подключаемые параллельно сварочному трансформатору.
Оборудование подключается также к воздушной сети с давлением сжатого воздуха не ниже 0,6 МПа и к водяной сети с давлением не менее 0,15 МПа. Трубы должны иметь сечение, соответствующее паспортным данным. Для охлаждения желательно применять очи щенную от солей воду для уменьшения опасности засорения.
Под роликами шовных машин с наружным охлаждением устанав ливается корыто или имеется яма, закрытая металлической решет кой, связанная с цеховой канализацией.
§ 11.2. НАЛАДКА, |
АТТЕСТАЦИЯ МАШИН |
И ОРГАНИЗАЦИЯ |
СЛУЖБЫ БЕЗОПАСНОСТИ |
Прежде чем приступить к работе, необходимо ознако миться с описанием и инструкцией по эксплуатации.
В процессе эксплуатации необходимо следить за оборудованием— состоянием вторичного контура путем измерения его сопротивления. Для машин переменного токз оно должно быть не.более 20 % паспорт ных данных, для других машин — не более 10 %. Подвижные кон такты периодически смазывают графитокасторовой смазкой.. Реко мендуется также регулярно смазывать направляющие ползуны привода усилия, а в лубрикатор заливать касторовое или вазелино вое масло. Для смазывания редукторов привода вращения роликов применяют машинное масло; открытые передачи смазывают техниче ским вазелином или тавотом.
Надежная работа оборудования обеспечивается проведением в определенные сроки периодических осмотров и проверок оборудо вания, а также системой планово-предупредительного ремонта.
§ 11.3. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
Основные технико-экономические показатели, характери зующие эффективность использования различных способов контакт ной сварки — трудоемкость (производительность), металлоемкость сварных узлов, затраты электроэнергии, электродные и другие вспо могательные материалы, себестоимость.
Трудоемкость определяется затратами времени на сварочную операцию — штучным временем
^шт = ^пр "Ь
где /м — машинное или основное технологическое время, зависящее от режима сварки; tB — вспомогательное время, расходуемое на установку, зажатие и съем детали, ее перемещение, зачистку элек тродов и т. п.; доля /п в штучном времени достигает 70—80 % и зависит от степени механизации вспомогательных операций, удоб ства подхода к изделию и т. д.; /пр — прибавочное время на техниче ское обслуживание оборудования (пуск и регулировку машин, убор ку и т. п.) составляет 10—15 % (/м + /в); tu — продолжительность естественных перерывов в работе и отдыха.
При нормировании всего технологического процесса следует также учитывать затраты времени на подготовку поверхности (до 20 %), контроль (10—15 %) и операции по обработке узлов, напри мер, снятия грата (10—15 %). Для контактной сварки характерно малое значение /шт и особенно /м, что определяет высокую производи тельность этого процесса. Так, например, известны установки для одноточечной сварки сталей, позволяющие сваривать до 200 точек в минуту, высокопроизводительные многоточечные машины, автома тические линии высокочастотной сварки труб и профилей различного сечения со скоростью до 100 м/мин.
Рис. 11.1, Энергетические показатели точечной и шовной сварки деталей разной
толщины s и стыковой сварки оплавлением деталей разных сечений |
S: |
а — затраты энергии на 100 точек; б — необходимая мощность машин для |
сварки одной |
Точки; в — затраты энергии на 100 точек шва; г — затраты энергии на 100 стыков при соеди нении: 1 — низкоуглеродистых сталей на машинах переменного тока; 2 — алюминиевых сплавов на машинах постоянного тока; 3 — сплавов алюминия на машинах переменного
По сравнению с клепкой точечная и шовная сварка легких спла вов обеспечивает повышение производительности в 3—4 раза и более, коррозионно-стойких сталей в 8—10 раз. Например, затраты времени на сварку панелей из алюминиевого сплава Д16Т (100 точек) состав ляют 1 мин, а клепка занимает 53 мин. Эффективно внедрение точеч ной сварки при изготовлении слоистых и сотовых панелей. Переход с дуговой на точечную сварку подобных узлов, например геофизи ческих ракет (5000 точек на каждом узле), позволил снизить трудоем кость производства в 5 раз. Значительная экономия времени дости гается также при использовании стыковой сварки оплавлением вза мен дуговой при сварке деталей больших сечений.
Зная штучное время, разряд работы, число одновременно заня тых рабочих и тарифную сетку, можно найти денежное выражение трудоемкости. Эти данные для всех видов контактной сварки приве дены в соответствующих нормативах, действующих в каждой отрасли промышленности. Себестоимость изготовления всего сварного узла включает также затраты на электроэнергию, вспомогательные мате риалы, амортизацию оборудования и т. п. Относительно невысокая трудоемкость процесса контактной сварки определяет и низкую ее себестоимость. Например, замена клепки точечной сваркой в произ водстве панелей из дуралюмина позволяет снизить себестоимость производства почти в 3 раза. Внедрение контактной сварки в различ ных отраслях промышленности в большинстве случаев обеспечивает значительную экономию металлов.
Контактная сварка — относительно энергоемкий процесс. Удель ные затраты энергии (рис. 11.1) зависят от свариваемых металлов, размеров соединений (минимального диаметра ядра), режима сварки (длительности импульса тока), типа оборудования и т. п. Кроме того, для контактной сварки применяется оборудование большой мощно сти. Установочная мощность машин и затраты энергии можно сни зить при использовании конденсаторных машин, уменьшенных раз мерах ядра, уменьшении площади вторичного контура машины (вы лета электродов). Размеры контура легко регулируются на машинах с радиальным ходом электродов. Высокой экономичностью отли
чаются и машины для стыковой сварки с контурными или охватываю щими трансформаторами.
К вспомогательным материалам обычно относятся электродные сплавы, вода для охлаждения токоведущей части и сжатый воздух. Потребление электродных материалов составляет в среднем 10—15 г на 1000 точек при точечной сварке и 50—100 г на 100 м шва при шов ной сварке. При этом больший расход электродов отмечается при сварке оцинкованных сталей и жаропрочных сплавов. Зажимные устройства при стыковой сварке рассчитаны на выполнение 20 000— 100 000 стыков. Потребление электродных материалов может быть снижено при использовании рациональных режимов сварки, интен сивном охлаждении электродов, хорошей подготовке поверхности деталей, а также при применении электродных материалов с высокой стойкостью.
Расход охлаждающей воды, например, для машин переменного тока составляет 300—1200 л/ч. С ростом мощности машин расход воды уменьшается. Экономия воды достигается при использовании замкнутой системы охлаждения за счет снижения общих потерь в си стеме охлаждения.
Средний расход воздуха для машин с пневматическим |
приводом |
усилия при номинальных значениях ПВ составляет: для |
точечных |
машин мощностью до 100 и свыше 100 кВ-А соответственно 20—23 |
|
и 30—60 м3/ч, для шовных машин 10—12 м3/ч и для стыковых машин |
20 м3/ч.
Высокие технико-экономические показатели контактной сварки по сравнению с другими способами получения неразъемных соеди нений определяют постоянно возрастающую роль этого процесса и особенно при массовом производстве сварных конструкций.
§ 11.4. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
Основные мероприятия по технике безопасности при кон тактной сварке связаны с возможностью поражения оператора элек трическим током, ожогов от брызг или выплесков, травм, связанных с наличием движущихся частей привода усилия или подачи деталей.
Вторичное напряжение трансформатора сварочных машин не превышает 24 В и не опасно для человека. Наибольшая опасность возникает при контакте с элементами, связанными с первичной об моткой сварочного трансформатора, где напряжение обычно состав ляет 220—380 В, а при использовании конденсаторных машин на пряжение на выпрямителе может достигать 1000 В. Кроме того, иногда возможен пробой или замыкание первичной обмотки транс форматора на вторичный виток. Поэтому вторичный контур машины так же, как и шкаф управления, надежно заземляют. Сечение зазем ляющего провода должно быть не менее 4 мм2 для открытой проводки и 5 мм2 для закрытой.
Все элементы управления — кнопки, педали и т. п. — обычно питаются напряжением, не превышающим 36 В. Во время работы
дверцы машины и шкафа управления должны быть закрыты. Блоки ровочные устройства, например, на конденсаторных машинах, долж ны быть в исправности. Для быстрого отключения машины от сети необходимо обеспечить легкий доступ к рубильникам, кнопкам и Другим отключающим устройствам. Пол перед машиной должен быть сухим и застлан резиновым ковриком. К работе на машине до пускаются лица, имеющие соответствующую квалификацию и про шедшие инструктаж по технике безопасности. Если возникла какаялибо неисправность, следует немедленно прекратить работу и сооб щить об этом мастеру или наладчику.
При зачистке и смене электродов, установке узлов в контуре машины следует соблюдать меры предосторожности для исключения возможности случайного перемещения электрода и травмы рук. Для включения привода усилия рельефных машин рекомендуется исполь зовать две кнопки, чтобы были заняты обе руки сварщика. Для за щиты от ожогов сварщик должен иметь очки с прозрачными стеклами, спецодежду и рукавицы. Пространство зажимного механизма стыко вых машин следует закрывать откидным щитком, а при сварке на мощных машинах пространство вокруг них огораживать ширмами. Стыковая сварка сопровождается выделением паров металла и брыз гами. Особенно вредные вещества выделяются при соединении цвет ных металлов или сталей с легкоплавкими покрытиями. В последнем случае помимо общей приточно-вытяжной вентиляции рекомендуется и местная вентиляция.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ2109876543
1.Аксельрод Ф. А., Миркин А. М. Оборудование для конт
сварки: справочник. М.: Машиностроение, 1979. 70 с.
2.Гельман А. С. Технология и оборудование контактной сварки. М.: Машино строение, 1960. 368 с.
3.Глебов Л. В., Пескарев М. А., Файгенбаум Д. С. Расчет и конструирование машин контактной сварки. Л.: Энергоиздат, 1981. 423 с.
4.Гуляев А. И. Технология точечной и рельефной сварки сталей. М.: Машино строение, 1978. 244 с.
5.Контроль качества сварки/Под ред. В. Н. Волченко. М.: Машиностроение,
1975. 328 с.
6. Кучук—Яценко С. Н., Лебедев В. К. Контактная стыковая сварка непре
рывным оплавлением. Киев: Наукова думка, 1976. |
328 с. |
|
|
7. Львов Н. С., Гладков Э. А. Автоматика и автоматизация |
сварочных про |
||
цессов. М.: Машиностроение, 1982. 301 с. |
|
|
|
8. Моравский В. Э., |
Ворона Д. С. Технология и оборудование для точной кон |
||
денсаторной микросварки. Киев: Наукова думка, |
1985. 215 с. |
проектирование |
|
9. Николаев Г. А., |
Куркин С. А., Винокуров |
В. А. Расчет, |
иизготовление сварных конструкций. М.: Высшая школа, 1971, 760 с.
10.Патон Б. Е., Лебедев В. К. Электрооборудование для контактной сварки.
М.: Машиностроение, 1969. 440 с.
11. Теоретические основы сварки/Под ред. В. В. Фролова. М.: Высшая школа,
1970. 592 с.
12. Чулошников П. Л. Точечная и роликовая электросварка легированных
сталей и сплавов, М.: Машиностроение, 1974. 232 с.
Предисловие |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
Введение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
Г л а в а |
1. |
Образование соединений при |
точечной, |
рельефной |
и |
шовной |
10 |
||||||||
|
|
сварке |
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
||
|
|
§ |
1.1. |
Общая схема формирования соединений |
|
^ . |
10 |
||||||||
|
|
§ |
1.2. Процессы |
нагрева металла . . |
|
|
|
12 |
|||||||
|
|
|
1.2.1. Источники теплоты при сварке. |
|
|
12 |
|||||||||
|
|
|
1.2.2. Контактные |
сопротивления . |
. |
|
|
14 |
|||||||
|
|
|
1.2.3. Собственное |
сопротивление деталей . . |
|
|
16 |
||||||||
|
|
|
1.2.4. Общее сопротивление деталей присварке. |
|
|
19 |
|||||||||
|
|
|
1.2.5. Температурные и электрические поля |
|
|
21 |
|||||||||
|
|
|
1.2.6. Шунтирование тока |
|
|
|
|
|
|
29 |
|||||
|
|
|
1.2.7. Расчет |
сварочного |
тока . . . . |
|
|
|
30 |
||||||
|
|
|
1.2.8. Теория теплового подобия. Приближенный расчет па* |
31 |
|||||||||||
|
|
|
|
раметров режима |
|
|
. . . |
|
|
||||||
|
|
§ 1.3.Пластическая деформация металла |
при сварке. |
|
32 |
||||||||||
|
|
|
1.3.1. Роль |
пластической |
деформации |
|
|
|
32 |
||||||
|
|
|
1.3.2. Мнкропластическая |
деформация |
|
|
33 |
||||||||
|
|
|
1.3.3. Объемная пластическая деформация при точечной |
|
|||||||||||
|
|
|
|
сварке |
|
. |
|
. |
|
|
................. |
. 3 |
4 |
||
|
|
|
1.3.4. Особенности объемной пластической деформации при |
36 |
|||||||||||
|
|
|
|
шовной и рельефной |
сварке |
|
. |
|
. |
||||||
|
|
§ |
1.3.5. Расчет сварочного усилия при точечнойсварке. |
37 |
|||||||||||
|
|
1.4. Удаление |
поверхностных, пленок . |
|
. . . |
38 |
|||||||||
|
|
§ 1.5. Сопутствующие |
процессы |
при |
образовании |
соединений |
40 |
||||||||
|
|
|
1.5.1. Тепловое расширение металла |
при сварке |
|
. . . |
40 |
||||||||
|
|
|
1.5.2. Процессы массопереноса в контакте электрод—деталь |
42 |
|||||||||||
|
|
|
1.5.3. Воздействие термодеформационных процессов на свой |
43 |
|||||||||||
|
|
|
|
ства |
металла |
зоны |
сварки |
|
. |
|
|
||||
|
|
|
1.5.4. Образование |
остаточных |
напряжений |
|
. . |
44 |
|||||||
|
|
§ 1.6. Основные дефекты, природа их образования и меры пре |
46 |
||||||||||||
|
|
|
|
дупреждения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
1.6.1. Непровары |
|
|
|
|
|
|
|
|
46 |
|||
|
|
|
1.6.2. Выплески . |
|
|
|
|
|
|
|
|
48 |
|||
|
|
|
1.6.3. Несплошности зоны |
с в а р к и ......... |
|
49 |
|
||||||||
|
|
|
1.6.4. Снижение коррозионной стойкостисоединений . |
|
51 |
||||||||||
|
|
|
1.6.5. Неблагоприятные изменения структуры металла свар |
53 |
|||||||||||
|
|
|
|
ного соединения |
|
|
|
|
|
|
|
||||
Г л а в а |
2. |
Образование соединений при |
стыковой |
|
сварке |
|
|
54 |
|||||||
|
|
§ 2. 1. Условия |
|
получения сварного соединения . |
|
|
54 |
||||||||
|
|
§ 2.2. |
Процессы |
нагрева |
|
|
|
|
|
|
|
55 |
|||
|
|
|
2.2.1. Источники теплоты при сварке |
|
|
|
55 |
||||||||
|
|
|
2.2.2. Тепловые процессы |
|
|
|
|
|
|
|
57 |
||||
|
|
§ 2.3. Пластическая деформация металла |
|
|
67 |
||||||||||
|
|
§ 2.4. Удаление поверхностных пленок |
|
. . |
|
|
69 |
||||||||
|
|
§ 2.5. Дефекты соединений и |
причины |
ихобразования . |
|
71 |
|||||||||
Г л а в а |
3. Технология точечной, |
шовной |
и рельефной сварки |
|
|
74 |
|||||||||
|
|
§ 3.1. Выбор рациональной конструкции деталей и элементов |
74 |
||||||||||||
|
|
|
|
соединений |
|
|
|
|
|
. . . |
|
||||
|
|
§ 3.2. Общая |
схема технологического |
процессапроизводства |
78 |
||||||||||
|
|
|
|
сварных |
узлов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.2.1. Изготовление деталей . |
|
|
|
|
|
78 |
||||||
|
|
|
3.2.2. Подготовка поверхности |
|
|
|
|
|
79 |