книги / Технология и оборудование контактной сварки
..pdfкоэффициент линейного расширения самой меди. Такие бронзы сваривают по циклограмме б (рис. 3.6). Шовную сварку ведут при непрерывном вращении и импульсном включении тока (цикло грамма бу рис. 3.8). Электроды и ролики устанавливают как для алюминиевых сплавов.
8. Тугоплавкие сплавы (группа 8). Условно тугоплавкими счи тают металлы и сплавы с температурой ликвидуса выше температуры
плавления |
хрома (1875 °С). К ним относят Сг, V, Мо, |
Та, Nb, |
Re, |
W (в порядке возрастания Гпл). |
растворы |
Ti, |
|
Сплавы |
молибдена представляют собой твердые |
Nb, Zr, Со в молибдене. Вольфрам применяют в чистом виде или в качестве сплава с Та, Re, Nb, Zr, Мо и др. Широкое применение нашли сплавы ниобия с V, W, Мо, Zr, Ti, Re. Ниобиевые сплавы
по удельной |
прочности |
превосходят другие тугоплавкие сплавы |
и отличаются |
хорошими |
технологическими свойствами. |
Сварка тугоплавких химически активных сплавов вольфрама и молибдена осложняется их высокими теплопроводностью и электро проводимостью, а также высокой температурой плавления (3400 °С вольфрама, 2620 °С молибдена). Сочетание подобных свойств вызы вает появление в контакте электрод—деталь очень высоких темпе ратур, быстрое смятие и подплавление рабочей поверхности элек тродов. Сварные соединения обладают низкой пластичностью из-за неблагоприятного перераспределения хрупких фаз в зоне сварки. Таким образом, необходимо решить две основные проблемы: умень шить температуру в контакте под электродом и повысить пластич ность соединений.
Известны некоторые способы снижения этой температуры: разме щение между электродом и деталью защитных экранов из титана, нио бия; накопление теплоты в контакте деталей при одновременном снижении температуры в приэлектродной зоне (применение много импульсного нагрева с резким снижением f CD во время пауз); вве дение в сварочный контакт менее тугоплавких металлов (лент из никелевых сплавов, ниобия, тантала и др.) или плакирующих слоев; применение рельефов. Большинство из этих способов; несмотря на усложнение технологии и некоторое снижение жаропрочности, дают удовлетворительные результаты.
Пластичность соединений частично повышают термообработкой дополнительным подогревным импульсом тока ^од (см. рис. 3.7, б), меняющим неблагоприятное расположение примесных фаз. Однако окончательно проблема низкой пластичности может быть решена путем дальнейшего рафинирования металлов при их производстве.
Другие тугоплавкие химически активные металлы и сплавы на основе ниобия и тантала удовлетворительно сваривают точечной и шовной сваркой на режимах более жестких, чем для титановых спла вов, с применением циклограммы без ковочного усилия (цикло грамма сiy рис. 3.6).
Чистую медь из-за ее исключительно высоких теплопроводности
и электропроводимости сваривают, |
используя |
тепловые |
экраны |
(см. рис. 3.16, а) или электродные |
вставки из |
вольфрама, |
кирита |
(см. табл. 5.2). Возможно также и прямое расплавление с о б р а з о в а нием ядра на мощных конденсаторных машинах с очень жестким импульсом тока (/С13 < 0,02 с). Отсутствие интервала кристаллиза ции позволяет использовать простейший цикл с постоянным FCB- Шовную сварку для меди не применяют.
Никель чаще сваривают двумя импульсами тока: небольшой первый импульс подогревает зону сварки и повышает ее электросо противление, а второй — сваривает. В паузе электрод охлаж дается, и прилипание его к детали уменьшается. С этой же целью иногда на поверхность деталей наносят тонкий слой графита. Вместо подогревного импульса модулируют передний фронт сварочного
тока |
(см. |
рис. 3.7, б). Из-за малого aj |
и небольшой склонности |
|
к горячим трещинам применяют циклограмму а с постоянным |
FCB |
|||
(см. |
рис. |
3.6). |
можно выполнять на |
ма |
Сварку |
металлов большинства групп |
шинах различного типа: однофазных переменного тока, с выпрям лением тока во вторичном контуре, низкочастотных, конденсаторных. Однако технологические возможности машин вполне определенные, и для каждой группы металлов существуют наиболее пригодные типы машин (см. табл. 5.3—5.6 и гл. 6).
§ 3.4. ТЕХНИКА И РЕЖИМЫ ТОЧЕЧНОЙ
ИШОВНОЙ СВАРКИ ДЕТАЛЕЙ ОДИНАКОВОЙ ТОЛЩИНЫ
После анализа свойств и свариваемости, природы дефек тов и методов их предупреждения, характеристик имеющегося обо рудования и требований, предъявляемых к качеству соединений,
находят |
оптимальный |
режим. |
Для |
точечной |
сварки — / св, |
/сп> |
|
Fch, |
Fl{, |
/и, а также размеры |
рабочей поверхности электродов |
(da, |
|||
/?у); |
для |
шовной — / св, /св, /п, FCB |
исв, а также размеры рабочей |
||||
поверхности роликов |
(/р, /?р, |
Dp). |
При шовной |
сварке по цикло |
грамме в (см. рис. 3.8) — дополнительно FKt /к, а также длительность перемещения* и остановки роликов.
Режимы можно определять расчетом, расчетно-эксперименталь ным методом и экспериментально (см. гл. 1 и 2). Существуют много численные рекомендации по режимам (обычно в виде таблиц, номо грамм, графиков). Однако эти режимы ориентировочные и требуют перед сваркой проверки и часто корректировки для учета конкрет ных условий (подготовки поверхности, сборки, состояния оборудова ния и др.). Корректировку осуществляют на образцах-свидетелях (см. § 9.2), используя зависимости диаметра литого ядра d от пара
метров режима (см. рис. |
1.19). Например, если диаметр недостаточен, |
||
увеличивают |
/ св. Для |
предотвращения выплесков |
повышают Fсв, |
d3 (Rs). Если |
ядро имеет трещины, увеличивают |
FK1 приближают |
его к моменту выключения тока, а также замедляют кристаллиза цию, модулируя задний фронт тока. Усилие FK прикладывают до прохождения сплава через ТИХ; /„ увеличивают с ростом толщины и снижением теплопроводности свариваемых металлов. Наоборот,
на жестких режимах и высоких скоростях кристаллизации его умень шают.
При точечной и шовной сварке двух плоских деталей из одно именных материалов равной толщины одинаковыми электродами условия тепловыделения и теплоотвода в обеих деталях одинаковы. Плоскость теплового равновесия (с нулевым градиентом температур) совпадает с плоскостью сварочного контакта, где и возникает литое ядро с наибольшим диаметром.
Качество и, в частности, прочность зависят от размеров литого ядра (d, Л), а также металла, степени его' разупрочнения в шве и зоне термического влияния, вида нагружения, уровня дефектов. Параметры режима не одинаково влияют на диаметр ядра (см. рис. 1.19), а значит, и на прочность. Последняя максимальна при оптимальных, вполне определенных значениях каждого из пара метров. Например, с увеличением / св или tCB при постоянных осталь ных параметрах прочность возрастает вначале быстро, затем медлен нее с образованием ядра. Но при чрезмерных / св и tCB размеры ядра начинают уменьшаться из-за усиливающихся внутренних выплесков, появления различных дефектов. С увеличением FCB и d3 прочность также вначале растет в связи с ростом диаметра ядра, а затем начи нает снижаться из-за резкого увеличения площади контактов, по
нижения плотности тока. |
|
|
и |
При положительных результатах испытаний образцов-свидетелей |
|
получении качественных соединений режим |
сварки фиксируют |
|
в |
соответствующей технической документации |
и дают разрешение |
на сварку узла. Однако при сварке реальных деталей на процесс могут воздействовать различные неблагоприятные факторы, факти чески изменяющие выбранные параметры режима. Этими факторами могут быть расплющивание рабочей поверхности электродов, изме нение сопротивления деталей и сварочного контура, колебание на пряжения сети, давления воздуха в пневмосети и др. Поэтому в каж дом конкретном случае решают вопрос о необходимости уменьшения воздействия подобных неблагоприятных факторов, стабилизации или автоматического регулирования параметров (см. гл. 9). Надеж ное охлаждение элементов сварочного контура машины, периодиче ский контроль за состоянием его контактов несколько стабили зируют / св.
Для примера в табл. 3.6—3.10 приведены ориентировочные ре жимы точечной и шовной сварки для наиболее распространенного диапазона толщины (0,5—4 мм) и сплавов групп 1, 3 и 5, обеспечи вающие получение соединений группы А (ГОСТ 15878—79). Соответ ствующие размеры рабочей поверхности электродов и роликов при ведены в табл. 3.3.
Сравнение режимов точечной и шовной сварки показывает, что (при одинаковой длительности импульса) сила тока при шовной сварке на 15—20 % больше, чем при точечной. Это объясняется в основном увеличенной площадью контактов электрод—деталь и частично шунтированием тока. Однако из-за более широкой зоны нагрева сопротивление деформации металла уменьшается и появ-
Т а б л и ц а |
3.6. |
Ориентировочные |
режимы сварки металлов группы 1 (стали |
||||||
типа 08кп, |
10, 20) на однофазных машинах переменного тока * |
|
|||||||
|
|
|
|
|
Точечная |
сварка |
|
|
|
|
Цикло |
^св. Д» |
КА |
*СВ’ |
|
FCB, кН |
Fк, кН. |
'к. |
|
|
граммы |
|
|||||||
|
(рис. |
3.6) |
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
а |
|
6— |
7 |
0,08— 0,1 |
1,2— 1,8 |
_ |
|
|
0,8 |
а |
|
7— 8,5 |
0,1— 0,14 |
2— 2,8 |
— |
— |
||
1,0 |
а |
|
8,5— |
9,5 |
0,12— |
0,16 |
2,5— 3 |
— |
— |
1,2 |
а |
|
9,5— |
10,5 |
0,12— |
0,2 |
3— 4 |
— |
— |
1,5 |
а |
|
11— 12 |
0,16— |
0,24 |
4— 5 |
— |
— |
|
2,0 |
а |
|
12— 13 |
0,2— |
0,32 |
6— 7 |
— |
— |
|
3,0 |
б |
|
14— 15 |
0,3— |
0,48 |
9— 10 |
18— 20 |
0 ,3 6 -0 ,5 4 |
|
4,0 |
б, |
в |
18— 19 |
0,7—0,9 |
13— 15 |
20— 24 |
0,8— 1 |
||
|
|
|
|
|
Шовная сварка |
|
|
||
|
Цнкло- |
^СВ. Д, К-А |
^СВ' |
|
*П» |
^СВ* |
"СВ» |
||
|
гра ммi,i |
|
|||||||
|
(рис. 3.8) |
|
|
|
|
|
кН |
м/мин |
|
0,5 |
б |
|
7 - 8 |
0,02—0,04 |
0,04— 0,06 |
1,5— 2) |
1— 1,2 |
||
0,8 |
б |
|
8,5— 10 |
0,04— 0,06 |
0,04— 0,08 |
2— 2I |
0,9— 1 |
||
1,0 |
б |
|
10,5— 12 |
0,06— |
0,08 |
0,08— 0,1 |
3— 41 |
0,8—0,9 |
|
1,2 |
б |
|
12— 13 |
0,08—0,1 |
0,1— 0,2 |
4— 2 |
0,7— 0,8 |
||
1,5 |
б |
|
13— 14,5 |
0,12— |
0,14 |
0,12— 0,18 |
5— 6 |
0,6— 0,7 |
|
2,0 |
б |
|
15,5— 17 |
0,16— |
0,18 |
0,18—0,28 |
7— 8 |
0,5— 0,6 |
|
3,0 |
б |
|
18— 20 |
0,24— |
0,32 |
0,28— 0,36 |
9— 10 |
0,4— 0,5 |
|
* Форма рабочей |
поверхности электродов |
плоская, роликов — цилиндрическая (см. |
|||||||
табл. 3.3). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 3.7. Ориентировочные режимы сварки металлов группы 3 подгруппы «а» (стали типа 12Х18Н10Т, 15Х18Н12С4ТЮ)
на однофазных машинах переменного тока *
|
|
|
Точечная сварка |
|
|
||
|
Цикло |
^СВ. Д* КА |
*СВ» |
|
F |
FK, кН |
/к, с |
|
граммы |
|
ГСВ» |
||||
|
(рис. 3.6) |
|
|
|
кН |
|
|
0,5 |
а |
4— 5 |
0,08— |
0,12 |
2,5— 3 |
|
— |
0,8 |
а |
4,5— 5 |
0,12— |
0,16 |
3— 4 |
— |
|
1,0 |
а |
5— 5,7 |
0,14— 0,18 |
3,5— 5 |
— |
— |
|
1,2 |
а |
6— 7 |
0,16— |
0,2 |
4,5— 6 |
— |
— |
1,5 |
а |
7— 8 |
0,2— |
0,24 |
5— 7 |
— |
— |
2,0 |
а |
8 - 9 |
0,24— |
0,3 |
8— 9,5 |
— |
— |
3,0 |
б |
10-11 |
0,3— 0,34 |
10— 11 |
20— 22 |
0,38— 0,42 |
|
4,0 |
б, в |
11— 12 |
0,4— 0,5 |
15— 17 |
24— 26 |
0,5— 0,6 |
|
|
|
Шовная сварка |
|
|
|
|
|
Цикло |
7СВ. Д» к А |
^св» |
'п. |
^св» |
WCB* |
|
|
граммы |
||||||
|
(рис. 3.8) |
|
|
|
кН |
м/Мнн |
|
0,5 |
б |
5— 6 |
0,1— 0,12 |
0,14— 0,18 |
2— 2,5 |
0,9— 1 |
|
0,8 |
б |
5— 6 |
0,12—0,14 |
0,14— 0,18 |
3—3,5 |
0 ,8 -6 ,9 |
|
1,0 |
б |
6— 6,5 |
0,12 -0,14 |
0,18—0,24 |
3,5— |
4 |
0,7— 0,8 |
1,2 |
б |
7 - 8 |
0,14— 0,16 |
0,2—0,24 |
4— 4,5 |
0,7— 0,8 |
|
1,5 |
б |
8 - 9 |
0,18—0,2 |
0,3—0,36 |
4,5— 5,5 |
0 ,8 -0 ,7 |
|
2,0 |
б |
9— 10 |
0,2— 0,22 |
0,32—0,4 |
5,5— 6,5 |
0 ,5 -0 ,6 |
|
3,0 |
б |
11 -12,5 |
0,28— 0,3 |
0,34—0,48 |
9— 11 |
0,3— 0,4 |
* Форма рабочей поверхности электродов плоская, роликов *—цилиндрическая (см. табл. 3.3).
Т а б л и ц а |
3.8. Ориентировочные режимы |
сварки |
металлов группы 3 |
||||||
подгруппы «б» (сплавы ХН75МБТЮ6, ХН38ВТ6, |
ХН70Ю) на |
однофазных |
|||||||
машинах переменного |
тока * |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Точечная сварка |
|
|
|
||
|
Цикло |
|
^св* |
FCB» кН |
FK, |
кН |
'к. 0 |
||
|
граммы |
7 С В . д . |
|||||||
|
(рис. 3.6) |
кА |
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
а |
|
4 ,5 -5 ,5 |
0,22— 0,26 |
4— 5 |
|
|
|
|
0,8 |
а |
|
5— 6 |
0,28—0,32 |
5 ,5 -5 ,5 |
— |
|
— |
|
1,0 |
а |
|
5 - 6 ,5 |
0,34— 0,38 |
7— 8 |
— |
|
— |
|
1,2 |
а |
|
6,2— 6,8 |
0,4— 0,46 |
8 -Й |
— |
|
— |
|
1,5 |
а |
|
6,5— 7 |
0,48—0,56 |
9,5— 11 |
— |
|
— |
|
2,0 |
б |
в |
7— 7,5 |
0 ,5 -0 ,7 8 |
11,5 -13 |
— |
|
— |
|
3,0 |
б, |
8 - 8 ,8 |
0,84— 1,2 |
15— 18 |
28— 30 |
0 ,9 5 -1 ,2 2 |
|||
4,0 |
б, |
в |
1 0 -1 2 |
1,2— 1,4 |
18— 20 |
30—32 |
1,34— 1,54 |
||
|
|
|
|
Шовная |
сварка |
|
|
|
|
|
Цикло |
7 С В . д* |
^св* |
^п» |
|
^св* |
усв* |
||
|
граммы |
|
|||||||
|
(рис. 3.8) |
кА |
|
|
|
кН |
|
м/мин |
|
0,5 |
б |
|
4,5— 7 |
0 ,0 8 -0 ,1 2 |
0,08—0,14 |
5— 8,5 |
0,5— 0,6 |
||
0,8 |
б |
|
6— 8,5 |
0,1— 0,16 |
0 ,1 6 -0,22 |
6— 10 |
0 ,3 -0 ,4 5 |
||
1,0 |
б |
|
6,5— 9,5 |
0,14— 0,18 |
0,24—0,28 |
7— 10 |
0,3—0,45 |
||
1,2 |
б |
|
7— 10 |
0 ,1 6 -0 ,2 |
0 ,28 -0,32 |
8— 12 |
0,3—0,4 |
||
1,5 |
б |
|
8— 11,5 |
0,2— 0,26 |
0 ,3 8 -0 ,5 |
8— 13 |
0,25—0,4 |
||
2,0 |
б |
|
9,5— 13,5 |
0,24— 0,32 |
0,48— 0,6 |
10— 14 |
0 ,2 -0 ,3 5 |
||
3,0 |
б |
|
12— 16 |
0 ,3 6 -0 ,4 6 |
0,6—0,78 |
12— 17 |
0,15—0,25 |
* Форма рабочей поверхности электродов плоская, роликов — цилиндрическая (см, табл. 3.3).
Т а б л и ц а 3.9. Ориентировочные режимы сварки металлов группы 5
(алюминиевые сплавы типа Д16Т, |
В95Т, Д19Т) на машинах с выпрямлением тока |
во вторичном контуре * |
|
Точечная сварка |
Шовная сварка |
мм |
Цикло |
|
граммы (рис. 3.6)
•^св* |
^св* FCB, кН |
*к. |
'к. |
кА |
с |
кН |
с |
Цикло- [ граммы (рис. 3.8)
^св* |
*св» |
*п» |
^СВ* |
Z |
к А |
с |
с |
кН |
* |
|
|
|
|
и V |
|
|
|
|
о о |
|
|
|
|
о н |
0,5 |
б |
30 |
0,02 |
|
2 |
|
4 |
0,02 |
б |
29 |
0,06 |
1 |
3 |
200 |
||
0,8 |
б |
32 |
0,04 |
|
3 |
|
6,5 |
0,06 |
б |
32 |
0,1 |
1.5 |
4 |
150 |
||
1,0 |
б |
40 |
0,04 |
|
4 |
|
9 |
0,06 |
б |
36 |
0,12 |
1.5 |
5 |
150 |
||
1,2 |
б |
43 |
0,06 |
|
4,5 |
|
11 |
0,08 |
б |
38 |
0,14 |
2 |
6 |
120 |
||
1,5 |
б |
47 |
0,06 |
|
5 |
|
14 |
0,08 |
б |
41 |
0,16 |
2,5 |
7 |
120 |
||
2,0 |
б |
56 |
0,08 |
|
8 |
|
19 |
0,12 |
б |
48 |
0,18 |
3,5 |
10 |
100 |
||
3,0 |
б |
70 |
0,14 |
|
13 |
|
32 |
0,2 |
б, в |
61 |
0,24 |
4,5 |
15 |
70 |
||
4,0 |
б |
85 |
0,2 |
|
18 |
|
60 |
0,28 |
|
|
|
|
|
|
|
|
5,0 |
б , б |
130 |
0,26 |
|
16/37 ** |
91 |
0,38 |
|
|
|
|
|
|
|
||
6,0 |
в |
155 |
0,3 |
|
22/60 |
115 |
0,44 |
|
|
|
|
|
|
|
||
7,0 |
в |
170 |
0,36 |
|
27,5/70 |
150 |
0,52 |
|
|
|
|
|
|
|
||
* |
Форма |
рабочей поверхности |
электродов сферическая, |
роликов —■радиусная |
(см. |
|||||||||||
табл. 3.3). |
|
FCB ц |
после |
FCB j через /св |
к » 0,3/св |
(см. |
рис. 3.6, г). |
|
||||||||
** |
Включают |
|
||||||||||||||
Т а б л и ц а |
3.10. |
Ориентировочные режимы |
точечной сварки |
металлов группы 5 |
||||||||||||
(Д16Т, |
В95Т, |
Д19Т) |
на |
конденсаторной машине МТК-8004 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Настройка |
машины |
|
|||
S, м м |
^св* |
*св* |
^св* |
'к . |
tK, |
с |
|
|
Емкость |
Коэффициент |
||||||
|
кА |
|
с |
|
кН |
кН |
|
Напряжение |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
на конден |
батареи, |
трансфор |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
саторах, |
В |
мкФ |
мации п |
||||
0,5 |
27 |
|
0,02 |
|
3 |
8 |
0,04 |
260 |
|
70 000 |
42 |
|
||||
0,8 |
27,5 |
0,04 |
|
4 |
9 |
0,06 |
280 |
|
70 000 |
42 |
|
|||||
1,0 |
28,5 |
0,04 |
|
5 |
10 |
0,06 |
330 |
|
70 000 |
84 |
|
|||||
1,2 |
32 |
|
0,05 |
|
6 |
12 |
0,07 |
340 |
|
91 000 |
84 |
|
||||
1,5 |
40,5 |
0,05 |
|
7 |
15 |
0,08 |
355 |
|
122 500 |
84 |
|
|||||
2,0 |
47 |
|
0,07 |
|
9 |
25 |
0,11 |
330 |
|
245 000 |
84 |
|
||||
3,0 |
57 |
|
0,08 |
|
14 |
40 |
0,13 |
380 |
|
315 000 |
84 |
|
||||
П р и м е ч а н и я : |
1. |
Форма рабочей |
поверхности |
электродов — сферическая |
(см. |
|||||||||||
табл. 3.3). |
|
|
|
|
рис. 3.6. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2. |
Циклограммы 6 на |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ляется возможность сваривать без выплеска с меньшей длитель ностью импульса. Сварочное усилие устанавливают примерно как при точечной сварке. Скорость сварки (м/мин) выбирают с учетом
требуемого перекрытия точек / и расстояния между ними /ш (см. рис. 3.2, б)
|
|
усв = |
0,06/ш/ / св -)- / п, |
где /ш = / (1 |
— ///); |
tCB и |
tu — соответственно длительность им |
пульса тока |
и паузы |
[с]. |
|
Максимальные значения скорости ограничены скоростью нагрева и кристаллизации. Поэтому для сохранения высокой скорости сварки стремятся уменьшить tCB и tn. В связи с замедлением нагрева и кри сталлизации по мере увеличения толщины металла vCB уменьшают. По этой же причине при сварке металлов с большой теплопровод ностью vCB увеличивают.
§ 3.5. ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ РАЗНОТОЛЩИННЫХ ДЕТАЛЕЙ И РАЗНОИМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ
3.5.1. Сварка деталей неравной толщины
При соотношении толщин 1 3 и менее процесс ослож няется трудностью получения номинальной (расчетной) зоны взаим ного расплавления. Это происходит из-за несовпадения плоскости теплового равновесия со сварочным контактом {е, рис. 3.15) и сопро вождается малым и неустойчивым проплавлением тонкой детали. Вероятность непровара возрастает с увеличением разницы в толщине.
На мягком режиме изотерма плавления преимущественно за рождается в центре сечения пакета (в толстой детали) и затем равно мерно распространяется во все стороны. Таким образом, она лишь в конце цикла сварки захватывает тонкую деталь (рис. 3.15, а). Процесс характеризуется неустойчивостью глубины проплавления, большим объемом жидкого металла толстой детали, усиленной де формацией тонкой, повышенным износом электродов.
На жестком режиме в начале процесса изотерма плавления равномерно захватывает приконтактные области тонкой и толстой деталей. Затем под влиянием теплоот вода изотерма смещается в толстую деталь, к плоскости теплового равно весия (рис. 3.15, б). При необходимом увеличении тока возникают внутренние
Рис. 3.15. Кинетика формирования ядра в дета лях разной толщины (г — плоскость теплового равновесия; е — расстояние между этой пло скостью и сварочным контактом):
а — мягкий режим; 6 — жесткий режим; 1 — 3 — изо термы плавления соответственно в 'начальной, сред ней и конечной стадиях сварки
|
|
и наружные выплески. Од |
|||||
|
|
нако при |
обычной |
схеме |
|||
|
|
сварки |
жесткий |
режим |
|||
|
|
предпочтительнее. |
про |
||||
|
|
|
Для |
надежного |
|||
|
|
плавления |
тонкой |
детали |
|||
|
|
существует |
много |
спосо |
|||
|
|
бов. Они основаны на ис- |
|||||
|
|
кусственном |
сближени и |
||||
|
|
плоскости |
теплового рав |
||||
Рис. 3.16. Точечное соединение деталей разной |
новесия |
|
с |
плоскостью |
|||
толщины: |
|
сварочного |
контакта. |
||||
а — с помощью экрана; 6 — с дополнительным регу |
|||||||
лируемым обжатием периферийной зоны |
|
Основными |
направле |
||||
чи являются уменьшение |
|
ниями решения |
этой зада |
||||
отвода теплоты |
от тонкой детали |
и уве |
|||||
личение тепловыделения в ней (и в контакт^ между’деталями). |
|||||||
Первое направление реализуют обычно на мягких режимах. |
|||||||
Некоторогоувеличения |
проплавления |
тонкой |
|
детали дости |
гают размещением с ее стороны электрода с малой рабочей поверх ностью и меньшей теплопроводности. Со стороны толстой детали рабочую поверхность и теплопроводность увеличивают. Так, напри мер, при точечной сварке сплава АМгб толщиной 1 + 4 мм радиус сферы электрода соответственно выбирают 75 и 150 мм, а материал электродов со стороны тонкой детали — Мц5Б, а со стороны тол стой — медь (см. табл. 5.2). Однако этот способ незначительно увеличивает проплавление тонкой детали (на 10—15 %), а приме нение электродов с малой теплопроводностью ограничено из-за
прилипания электрода при сварке деталей из алюминиевых и ма гниевых сплавов.
Эффективно размещение между электродом и тонкой деталью съемного теплового экрана из металла с меньшей теплопроводностью в виде ленты толщиной 0,05—0,3 мм (рис. 3.16, а). Экран аккумули рует теплоту в тонкой детали, а часто и сам служит дополнительным источником теплоты. Комбинируя состав и толщину ленты, плоскость теплового равновесия легко сдвигают к тонкой детали и добиваются ее устойчивого проплавления. При смещении плоскости в тонкую деталь можно получить даже сквозное проплавление последней.
Второе направление реализуют главным образом на жестких режимах. Для этого используют в основном два варианта: фокуси ровку сварочного тока (локальное тепловыделение на малой площади
внутреннего контакта) и дополнительное обжатие деталей вокруг электродов.
Площадь внутреннего контакта ограничивают с помощью релье фов (на тонкой или лучше на толстой детали). Для повышения эффек тивности концентрации тока вокруг рельефов иногда помещают не электропроводящие тугоплавкие слои. Плотность тока в тонкой де тали повышают, уменьшая площадь электропроводимости самого электрода вблизи его рабочей поверхности с помощью кольцевой проточки, кольца из сплава с малой проводимостью, либо небольшой
108
центральной вставки из сплава с повышенной электрической про водимостью. Для концентрации тока в тонкой детали предложено также накладывать дополнительное магнитное поле. Сложность, низкая стойкость электродов и небольшой эффект увеличения про плавления тонкой детали ограничивают практическое использование перечисленных вариантов.
Весьма эффективен способ сварки с дополнительным кольцевым обжатием тонкой детали вокруг электрода. Обжатие уплотняющего пояска меняет электротермодеформационный процесс (рис. 3.16, б). Общее усилие сжатия FCB специальным электродным устройством разделяют на два усилия: Fn> прикладываемое в центре, и FU сжи мающее периферийный участок точки. Этот способ почти полностью исключает выплески и применяется на жестких и мягких режимах. При сварке на жестких режимах глубина проплавления возрастает из-за возможности значительного повышения плотности тока в тон кой детали в стадии нагрева и плавления, а на мягком режиме —из-за возможности существенного снижения отвода теплоты от тонкой детали в электрод путем резкого сокращения центрального (свароч ного) усилия по сравнению с обычной сваркой. Способ обеспечивает глубину проплавления тонкой детали 30—70 %, но нуждается в дальнейшем усовершенствовании с целью повышения стойкости электрода к загрязнению, а также в создании надежных и компактных универсальных электродных устройств для кольцевого обжатия точек.
3.5.2. Сварка деталей из разноименных материалов
Различия физико-механических свойств и химического состава обусловливают разницу в р0, к, aj и Тпл. Из-за неодинакового выделения и отвода теплоты ядро приобретает специфическую грибо образную форму (рис. 3.17). Диаметр ядра и глубина проплавления увеличиваются в деталях с высоким р0, меньшими к и Тпл.
Причины снижения размеров ядра в детали с большей теплопро водностью такие же, как при сварке одноименных деталей различной толщины. Аналогичны и технологические способы получения номи нального (расчетного) ядра в сварочном контакте путем смещения плоскости теплового равновесия к стыку, предупреждения выплесков при повышении плотности тока.
Проблема сварки разноименных сплавов часто усложняется различной толщиной деталей. Однако, если теплопроводность и тем пература плавления материала тонкой детали ниже, чем толстой, сварка облегчается.
В первом приближении свариваемость разноименных сплавов может быть^оце нена сравнением коэффициентов /?св, учитывающих основные физические свойства и толщину каждой детали:
^св = *Л, р — 0» 1S/ S T O H K > |
|
где /гх, р = 0.0024Л + Ю"8/р0 ( к — коэффициент теплопроводности, Вт/(м • К); |
р0 — |
удельное электросопротивление, Ом-м); S/STOHK — отношение толщины детали |
к бо |
лее тонкой в пакете.
Чем меньше разница в kCBf тем лучше свариваемость. Для разноименных алюми ниевых сплавов при разнице менее 0,1 свариваемость хорошая (Д16Т АМгб 1 -f-
Рис. 3.17. Макрострук тура сварочной точки ли стов из сплавов 1420 (1 мм) и Д16Т (1,5 мм)
+ 1 мм); при 0,1—0,2 — удовлетворительная (Д16Т -f* АМц2 + |
1 |
мм); при разнице |
|||||
более 0,3 соединение практически |
отсутствует (Д16Т + АМцЗ + |
1 мм). |
|
||||
Обычно химически совместимы сплавы, построенные на одной |
|||||||
основе или имеющие разную |
основу, |
но образующие, между |
собой |
||||
непрерывный |
ряд |
твердых |
растворов |
(например, |
АМгб + |
Д16Т, |
|
1420 + Д16, |
ОТ4 + |
ВТ5, СтЗ + 30ХГСА, а также |
Nb + Zr, |
Fe + |
|||
+ V, Ti + V, Ti + |
Zr, Ni + сталь и др.). В большинтве случаев |
сплавы на разной основе оказываются химически несовместимыми, так как образуют в ядре сплавы с неблагоприятными свойствами (хрупкие химические соединения, механические смеси). Например, при сварке алюминиевых и магниевых сплавов, имеющих близкие физико-механические свойства, в ядре образуются хрупкие интерметаллиды. Соединение разрушается. Такое же явление возникает при соединении сплавов титана со сталью, алюминиевыми сплавами
имногих других пар металлов.
§3.6. ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ СПЕЦИФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ, СОЕДИНЕНИЙ И КОНСТРУКЦИЙ
3.6.1. Сварка спеченной алюминиевой пудры (САП)
Соединение таких материалов представляет значительную проблему из-за исключительно высокой вязкости расплавленного металла в ядре. Перемеши вания не происходит, и поверхностные оксиды между деталями не удаляются.^Со единение не образуется. Это объясняется необычно высокой термической устойчи востью *матернала, состоящего из алюминиевой основы и дисперсных тугоплавких частиц А120 3 (6— 12 %).
Свариваемость резко улучшается после плакирования листов техническим алю минием или сплавами типа АМг. Соединение образуется за счет расплавления и перемешивания двух плакирующих слоев (рис. 3.18, а). Одновременно в жидкий
4 !'
Рис. 3.18. Точечные соединения плакированных листов из спеченной алюминиевой пудры:
1 — плакирующие слои; 2 — изотерма j'njl; 3 •— шов
по