Контактная сварка как приемник электрической энергии

Что такое контактная сварка

Контактная (или электроконтактная) сварка – один из распространенных типов сварки, чаще всего применяемый для скрепления тонких металлических листов или небольших однотипных деталей. При этом способе происходит кратковременный нагрев соединяемых поверхностей током высокого напряжения, и одновременное придавливание их друг к другу в зоне контакта, в результате чего образуется сварной шов. Благодаря своей простоте, высокой производительности и малым затратам на расходные материалы такой метод часто используется на производстве.

Принцип работы аппаратов контактной сварки

Сущность метода контактной сварки состоит в том, что скрепляемые поверхности одновременно нагреваются до пластичного состояния и подвергаются механической деформации. Поэтому основных блоков в сварочном аппарате два:

1. Механический, включающий в себя:

• сами электроды (в машинах точечной сварки они выполняются в виде зажимных клещей, в машинах шовной сварки – в виде роликов);
• привод сжатия;
• привод вращения (для роликовых электродов);
• привод зажатия и осадки (для стыковой сварки).

2. Электрический. Данный блок состоит из:

• сварочного силового трансформатора;
• регулятора выходного напряжения, который переключает число витков в первичной обмотке трансформатора;
• вторичного контура, через который ток подводится к деталям;
• прерывателя первичной цепи для включения и выключения тока;
• регулятора цикла – устройства, задающего последовательность сварочных операций, их длительность, и регулирующего другие необходимые параметры.

• Пневмогидравлический – содержит фильтры, устройства для смазки движущихся частей, систему, подводящую воздух к приводу сжатия (штуцера, воздушные клапаны, вентили) и систему регулировки давления;
• Блок водяного охлаждения аппарата.

Принцип работы заключается в том, что область контактной сварки сжимается или прокатывается между двумя медными электродами, к которым подведен ток малого напряжения и большой силы. В некоторых аппаратах сила тока может достигать десятков тысяч ампер. Напряжение во вторичной обмотке низкое, и составляет менее 15 В. Сила сжатия между электродами варьируется от сотой доли ньютона до 100 килоньютонов.

Основными преимуществами этого метода являются:

• быстрота – обработка одного точечного или стыкового соединения занимает доли секунды;
• экономичность – не требуется кислород, защитный газ, присадка, почти не расходуются вода и воздух, медленно изнашиваются электроды;
• простота – возможность получить прочный и надежный шов при малом числе контролируемых параметров, что под силу даже неопытным сварщикам;
• безопасность – воздух не загрязняется вредным дымом, риск возгорания сведен к минимуму;
• возможность легко автоматизировать процесс и поставить его на поток.

К недостаткам способа относят:

• дорогостоящее оборудование;
• необходимость применения тока большой силы (свыше 1000 А);
• сложную технологию многоточечной сварки или сварки нескольких швов одновременно.

Кроме того, этот метод не всегда подходит для соединения поверхностей из разных металлов или сплавов, а также для металлов с малым переходным сопротивлением (таких, как медь).

Виды контактной сварки

Существует несколько видов контактной сварки – точечная, рельефная, шовная и стыковая, каждый из которых имеет свою область применения.

Точечная сварка

Точечная контактная сварка – наиболее популярный метод, который применяется как на производстве, так и в домашних условиях, для соединения небольших деталей или металлических листов толщиной менее 4-5 мм. При этом методе скрепляемые поверхности располагают немного внахлест, зажав их между двумя конусообразными медными электродами. Металл размягчается лишь непосредственно в месте соприкосновения с электродами, образуя сварную точку, диаметр которой составляет несколько миллиметров.

Точечная сварка бывает одно- и двусторонней, причем прочность соединения у одностороннего способа ниже, однако он дает возможность создавать сразу несколько сварных точек. По такому принципу работают многоточечные аппараты.

Есть два режима для обработки металла таким способом: мягкий и жесткий. Мягкий режим удобен для соединения изделий из закаленной стали. При нем через обрабатываемые детали пропускается электрический импульс относительно малой силы тока и большой продолжительности (от 0,5 секунды до нескольких секунд). Нагрев при этом более плавный, а мощность – ниже. Такой аппарат удобно использовать на дому.

При обработке в жестком режиме сила тока, как и сила сжатия сварочных клещей – больше, чем в предыдущем случае, длительность импульса составляет десятые или сотые доли секунд (в зависимости от толщины соединяемых поверхностей). Подобный режим чаще применяется на производстве, ввиду высокой производительности (затраты времени на обработку одной сварочной точки очень малы). С его помощью соединяют заготовки из сплавов с цветными металлами (медью, алюминием), из высоколегированной стали, а также металлические листы разной толщины.

Рельефная сварка

Рельефной контактной сваркой называют разновидность точечного метода, при которой на соединяемых деталях предварительно штампуют выступы, или рельефы. Форма рельефов может быть различной, и от нее зависит как размер, так и прочность сварочной точки.

Способ заключается в том, что детали зажимают между двумя плоскими электродами, на которые затем подают ток. Металл нагревается только в местах соприкосновения заготовок, а именно – на выступах. Так как рельефы можно подготовить заранее, это обеспечит высокую производительность: за короткое время будет обработано большое количество сварных точек.

Другое достоинство метода – долгий срок службы электродов, которые медленно изнашиваются благодаря своей форме, имеющей большую контактную поверхность. Основной недостаток – то, что для рельефной контактной сварки требуются аппараты большой мощности.

Шовная сварка

Шовная контактная сварка, называемая также роликовой – метод, при котором соединяемые металлические листы прокатываются между двумя электродами, имеющими форму диска. В результате образуется шов, состоящий из множества отдельных сварных точек. Такой шов может быть как непрерывным, так и прерывистым. Все зависит от того, как именно подается ток на электроды – постоянно или короткими импульсами.

При непрерывной шовной сварке ролики быстро изнашиваются, так как подача тока на них идет без перерыва. Заготовки могут перегреваться в месте соединения. Если поверхности плохо зачищены, имеют неодинаковую толщину или изготовлены из разных сплавов, шов получится непрочным. Такой метод сварки используется только для изделий из малоуглеродистой стали, толщиной до миллиметра.

Отличие прерывистой шовной сварки от предыдущего способа в том, что на ролики подаются электрические импульсы, создающие отдельные сварные точки. Как и при непрерывной сварке, заготовки прокатываются плавно, давление в области шва – постоянно, что обеспечивает меньший износ электродов.

Для сплавов с алюминием применяют третий способ – пошаговую шовную сварку, которая сочетает импульсную подачу тока с прерывистым перемещением заготовок. Ток на электроды подается только тогда, когда они останавливаются.

Среди всех способов соединения заготовок именно роликовая сварка дает наиболее герметичный шов. Ввиду этого ее применяют для изготовления различных труб, резервуаров или баков.

Стыковая сварка

В отличие от точечной, стыковая контактная сварка – способ, при котором нагревается вся область соприкосновения деталей, зажатая между электродами. Существуют две разновидности этого способа – сварка сопротивлением и сварка оплавлением.

При сварке сопротивлением детали сначала плотно прижимают друг к другу, а затем через место их контакта пропускают ток. Когда область шва нагревается до размягчения, ток выключают и продолжают сжимать заготовки, осуществляя таким образом их осадку. Обработка прекращается тогда, когда шов затвердеет. Свариваемые поверхности должны быть идеально подогнаны и зачищены, не иметь неровностей, зазоров – это сделает шов непрочным, и трудно будет обеспечить его высокое качество. Сварку сопротивлением применяют для изделий из медных и алюминиевых сплавов, а также из низкоуглеродистой стали.

При сварке оплавлением область стыковки деталей разогревают электрическим током, после чего медленно сближают заготовки до полного их соединения и производят осадку. Такой метод хорош, если необходима сварка металлических листов из разных сплавов. Его плюс – быстрота и высокая производительность, минус – потери металла, который может частично разбрызгиваться или сгорать, будучи расплавленным.

Машины для контактной сварки

Сварочные аппараты разделяют на группы по следующим критериям:

• Назначение: узкоспециальные машины, рассчитанные на работу с большими партиями однотипных деталей, или универсальные, которые обрабатывают малое количество заготовок, но легко поддаются перенастройке;
• Тип механического блока, осуществляющего сжатие и усадку деталей. По этому признаку аппараты делятся на гидравлические, пневматические, пневмогидравлические, механические и другие;
• По мобильности – передвижные, переносные, стационарные;
• По способу сварки;
• По типу блока питания: машины с выпрямителем или машины, работающие от переменного тока (однофазного, трехфазного).

Конкретный вид машины выбирается в зависимости от выполняемой задачи.

Расходные материалы

Наибольшему износу в сварочных аппаратах подвергаются электроды, которые постоянно испытывают механические и термические нагрузки. Изготавливаются они из чистой меди, либо из медных сплавов с алюминием, цинком, кадмием и другими металлами, повышающими прочность и упругость изделия. Подобные сплавы делятся на несколько типов:

• Для работы при высокой температуре (около 500 градусов по Цельсию) и непрерывной подаче тока – такие электроды изготавливают из бронзы с добавлением никеля, кремния, циркония или хрома;
• Для работы при температуре до 300 градусов, сварки цветных сплавов, низколегированных сталей применяются сплавы МС (легированные серебром) и МК;
• Для работы при малых (до 200 градусов по Цельсию) температурах подходят сплавы бронзы с хромом и кадмием.

Быстрее всего изнашиваются электроды конической и цилиндрической формы, медленнее всего – плоские и широкие, применяемые в машинах для рельефной сварки.

Технология контактной сварки

Технология контактной сварки включает в себя нагрев стыковочной кромки деталей в сочетании с механическим давлением. Для нагрева на электроды подается ток – непрерывно или импульсами.

Меры предосторожности

При работе с контактными сварочными аппаратами опасность представляет как раскаленный металл в области шва, так и движущиеся части, соприкосновение с которыми – прямая дорога к травмам. Опасно и напряжение, подаваемое на первичную обмотку трансформатора – оно составляет 220 или 380 В. Поэтому нельзя работать на машинах, у которых не заземлен корпус, плохо изолированы провода, или неисправна система жидкостного охлаждения. Категорически запрещено переключать ступени первичной обмотки, если аппарат не отключен от сети.

Все сварочные работы необходимо производить в защитных очках, во избежание попадания в глаза капель раскаленного металла. Для защиты от ожогов нужно носить спецодежду, брезентовые рукавицы и головной убор.

При контактной сварке обрабатываемая поверхность выделяет ядовитые пары – особенно, если детали имеют свинцовое или иное антикоррозионное покрытие. Требования техники безопасности предписывают, чтобы рабочее место было оборудовано вытяжкой – это предотвратит попадание паров металла, масел, угарного газа в дыхательные пути.

Подготовка поверхностей

Перед сваркой необходимо подготовить соединяемые поверхности. Подготовка заключается прежде всего в их зачистке от коррозии, грязи, машинного масла и других нежелательных наслоений. Для этого подойдет напильник, или насадка на дрель в виде щетки. Если места сваривания имеют неровности, их нужно выровнять и подогнать друг к другу. Особенно это важно для стыковой контактной сварки, где любой зазор может испортить шов, сделав его непрочным. При подгонке отрезков трубы для их выравнивания применяется фреза.

Дефекты сварки и контроль качества

Дефекты, возникающие в процессе контактной сварки, бывают двух типов:

• Бракованные сварные узлы. Причин тому может быть несколько: чрезмерный нагрев стыковочной области, избыточное механическое давление, сбои в работе самого аппарата. Размеры сварной точки контролируют с помощью специальных шаблонов и измерительных приборов;
• Брак сварного шва. Такое случается, если область стыковки деталей слишком узкая, или наоборот – широкая, если она содержит неровности, заусенцы, зазоры. Подобные дефекты можно определить путем визуального осмотра – невооруженным глазом, через лупу, с помощью проверки щупом или пробником. В случае необходимости шов просвечивают рентгеном.

Профилактика брака – грамотная работа не только во время сварки, но и перед ней, что включает выравнивание и зачистку контактной кромки.

Обозначение контактной сварки на чертеже

Обозначение на чертеже видимого сварного шва, вне зависимости от способа сварки, выполняется сплошной основной линией, невидимого – штриховой линией. Видимая сварная точка отмечается знаком «+», выполненным сплошными основными линиями, невидимая – не отмечается никак. От изображения шва или точки, если они видимы, проводят выносную линию, которая заканчивается односторонней стрелкой.

Контактная сварка. Виды контактной сварки.

Контактная электрическая сварка — это процесс получения неразъемного соединения в результате нагрева металлических деталей протекающим по ним электрическим током, который предусматривает сжатие деталей с последующим расплавлением зоны сварки и охлаждением.

Установки для контактной сварки имеют две основные части: электрическую и механическую. Электрическая часть состоит из сварочного трансформатора специальной конструкции, токопроводящих частей и устройств для коммутации сварочного тока. Механическая часть установки является устройством для импульсного сжатия деталей во время прохождения импульса электрического тока.

Этот вид соединения деталей объединяет несколько способов сварки, для которых характерны надежность сварных соединений, высокий уровень автоматизации и механизации, высокая производительность процесса, культура производства и экологичность.

Различают три вида контактной сварки: стыковую, точечную и шовную (рис. 1.1). От сварочного трансформатора Т ток к соединяемым деталям 2 подводится посредством водоохлаждаемых электродов 1. В месте сварки 3 происходит сваривание деталей за счет выделяющейся джоулевой теплоты. Количество энергии Q (Дж), выделяющейся между электродами, можно определить по формуле

где Rк — контактное сопротивление между деталями, Ом; т — время прохождения тока, с; Rд — сопротивление детали от электрода до места сварки, Ом; I — сварочный ток, А.

Необходимая для сварки энергия при малых значениях сопротивления в точке контакта свариваемых деталей может быть получена только при больших значениях токов (сотни и тысячи ампер), протекающих через сопротивление контакта Rк в течение малого времени (единицы секунд). Для повышения КПД контактной сварки необходимо, чтобы при размещении сварочных установок источники питания были максимально приближены к месту сварки. Напряжение на электродах сварочных машин колеблется от 1 до 16 В.

Соединение металла происходит в месте контакта свариваемых деталей по плоскости их соприкосновения. В данном месте сопротивление будет наибольшим. Поверхность металла не является идеально гладкой, поэтому свариваемые детали при их сжатии соприкасаются лишь в отдельных точках, через которые проходит электрический ток. Ввиду того что площадь точек очень мала, в них возникает большое сопротивление прохождению тока, что обеспечивает сильный местный нагрев металла. Повышение температуры в месте сварки вызывает рост сопротивления, что ускоряет выделение теплоты и нагрев металла до температуры сваривания. При нагреве металлических деталей до пластического состояния и их сжатии происходит сваривание. Остывание металла в точке сварки после отключения тока происходит быстро, за счет теплопроводности свариваемых деталей и их большой площади.

Рис. 1.1. Виды контактной сварки: а — стыковая; б — точечная; в — шовная; 1 — электроды; 2 — детали; 3 — место сварки; Fсж — сила сжатия; R — сопротивление электродов; R — сопротивление деталей; RK — сопротивление контакта; Т — сварочный трансформатор

При контактной сварке нагрев зависит от времени прохождения тока. Нагревать детали можно очень быстро, используя токи большой силы, и наоборот. Режимы сварки с применением токов большой силы при минимальном времени нагрева называют жесткими. Они применяются при сварке легированных сталей и легкоплавких цветных металлов, например алюминия и его сплавов, и имеют следующие параметры: плотность тока сварки j = 160-400 А/мм2; усилие сжатия Р = 0,4-1,2 ГПа; время сварки tсв = 0,1-1,0 с.

Режим с длительным прохождением тока и постепенным нагревом называют мягким. Он применяется при сварке обычных углеродистых сталей, менее чувствительных к нагреву при сварке, и имеет следующие параметры: j = 80-160 А/мм2; Р = 0,15-0,4 ГПа; tсв = 0,5-3 с.

1.2. Стыковая сварка

Стыковая сварка — способ контактной сварки, при котором детали соединяются по всей площади их касания. Различают два способа стыковой сварки — сопротивлением и оплавлением.

При сварке сопротивлением (рис. 1.1, а) свариваемые детали 2 укрепляют в токоподводах и сжимают с усилием Fcж. При пропускании по ним тока происходит нагрев деталей в стыке 3 до температуры, близкой к температуре плавления металла — (0,8-0,9)Тпл. Затем резко увеличивают усилие сжатия (осадка деталей), в результате чего в твердой фазе образуется сварное соединение.

Сварку оплавлением подразделяют тоже на два способа: на сварку непрерывным оплавлением и оплавлением с подогревом.

В процессе сварки непрерывным оплавлением детали сближаются при включенном сварочном трансформаторе, и при сжатии возникает их контакт. Стык при этом разогревается за счет протекания тока. Затем силу сжатия уменьшают, вследствие чего увеличивается контактное сопротивление и снижается сварочный ток. При снижении давления сплошность соприкосновения деталей заменяется соприкосновением в отдельных точках. Эффективность нагрева в этих точках повышается, и выступающие участки оплавляются.

Оплавление торцов свариваемых деталей продолжается до образования прослойки жидкого металла. После этого возникает сплошное металлическое соединение свариваемого стыка за счет приложения небольшого усилия осадки. Лишний расплавленный металл, называемый гратом, выдавливается из зазора между свариваемыми деталями.

При сварке оплавлением с подогревом детали предварительно подогреваются методом кратковременных замыканий их торцов, а затем оплавляются. Сварка с оплавлением стыка деталей по сравнению со сваркой без оплавления имеет ряд преимуществ: более прочный шов, не требующий большой механической обработки; меньшая мощность сварочной установки; меньший удельный расход электроэнергии; возможность сваривания разнородных металлов.

Конструкция и сварочный контур машин стыковой сварки приведены на рис. 1.2. Установки для стыковой сварки подразделяют по способу сварки (без оплавления стыка и с его оплавлением), назначению (универсальные и специализированные) и способу установки (стационарные и переносные). Они различаются мощностью, типом зажимных устройств и механизмом подачи свариваемых деталей.

По способу осадки деталей сварочные машины делят на три группы. Первая группа машин снабжается рычажно-эксцентриковым механизмом подачи и осадки, а также устройством для отжига металла зоны сварки непосредственно в зажимах машины.

Рис. 1.2. Конструкция (а) и сварочный контур (б) машины стыковой сварки: 1 — источник тока; 2 — станина; 3 — токоподводы; 4 — неподвижная плита; 5 — губки; 6, 7 — зажимные устройства; 8 — подвижная плита; 9 — привод подачи; 10 — направляющие; 11 — аппаратура управления; Fсж — сила сжатия деталей; Foc — сила осадки деталей

Машины второй группы предназначены для сварки оплавлением и оплавлением с подогревом деталей из сталей и цветных сплавов. Их также используют и для сварки сопротивлением, для чего предусмотрен отдельный пружинный привод осадки.

Сварочные машины первых двух групп имеют ручной рычажный привод подачи и осадки. Сварочный ток выключается в конце осадки.

Третья группа машин производит сварку непрерывным оплавлением в автоматическом и полуавтоматическом цикле с предварительным подогревом концов свариваемых деталей. Машины имеют электромеханический привод, который обеспечивает непрерывное оплавление и осадку Foe. Зажимные устройства деталей имеют пневмогидравличе- ский привод, а устройство подачи и осадки — гидравлический.

Универсальные сварочные машины используются для сварки различных деталей, а специализированные — для сварки однотипных деталей.

1.3. Точечная сварка

При точечной сварке соединяемые детали помещают между двумя электродами, закрепленными в электрододержателях (рис. 1.1, б). При помощи нажимного механизма электроды плотно сжимают свариваемые детали. После чего на электроды подается напряжение, и проходящий через детали ток нагревает место сварки до температуры плавления. При достаточном сжатии в месте сварки образуется неразъемное сварное соединение. Диаметр сварной точки равен диаметру медных электродов. В центре сварочной точки температура немного выше температуры плавления свариваемого металла.

Время, достаточное для сварки одной точки, определяется толщиной свариваемых деталей, физическими свойствами свариваемого материала, мощностью сварочного устройства и степенью сжатия деталей. Оно колеблется от тысячных долей секунды (при сварке тонких листов цветных металлов) до нескольких секунд (толстые стальные детали). Цикл точечной сварки показан на рис. 1.3.

Установки точечной сварки различаются по способу подвода тока. Наиболее широко распространена одноточечная двусторонняя (нормальная) сварка (см. рис. 1.4, a-в). Оба электрода имеют рабочую поверхность, обеспечивающую достаточную плотность тока для точечного разогрева места сварки деталей.

Рис. 1.3. Цикл точечной сварки: 1 — сжатие деталей электродами (Р); 2 — удержание электродов в сжатом состоянии и повышение давления в конце импульса тока; 3 — снятие давления; 4 — включение тока; 5 — выключение тока; I — импульс тока

При отсутствии возможности осуществления одноточечной сварки применяют точечную сварку с косвенным токоподводом. При этом с одной стороны ток подводится электродом с нормальной контактной поверхностью, а с другой — электродом с большей контактной поверхностью (рис. 1.4, г). Для уменьшения местных остаточных деформаций от сварки применяются дополнительные приемы, показанные на рис. 1.4, д, е.

Для сварки тонколистовых изделий применяют одностороннюю многоточечную сварку (рис. 1.4, ж). Одновременная сварка двух точек при двустороннем токоподводе от спаренного трансформатора (рис. 1.4, д) позволяет сваривать металлические изделия большой толщины, обеспечивая высокое качество сварного соединения.

На производстве применяется много конструкций машин для точечной сварки. Они отличаются устройством механизмов для сжатия электродов, которые подразделяются на педальные, электрические и пневматические. Машины точечной сварки бывают стационарные универсальные, переносные универсальные, стационарные специализированные (многоточечные) и прессы для рельефной сварки деталей.

При точечной сварке громоздких изделий или при сварке в труднодоступных местах применяют переносные сварочные клещи и сварочные пистолеты.

Установки для многоточечной сварки последовательно сваривают несколько точек за одну операцию, обеспечивая тем самым высокую производительность процесса сварки. Существует два типа многоточечных сварных машин.

Рис. 1.4. Принципиальные схемы основных способов точечной сварки: а—в — одноточечная двусторонняя сварка; г — сварка с косвенным токопод- водом; д, е — дополнительные приемы сварки; ж — односторонняя многоточечная сварка; з — одновременная сварка двух точек при двустороннем токо- подводе от спаренного трансформатора; Р — усилие сжатия; Рк — косвенное (дополнительное) усилие сжатия

В машинах первого типа на свариваемые листы одновременно опускают только два электрода, через которые в данный момент пропускают сварочный ток. В машинах второго типа на листы опускаются одновременно все электроды, ток же проходит последовательно через каждую отдельную пару электродов, осуществляя сварку деталей.

Конструкции сварочных машин специального назначения бывают двух- и многоэлектродными. Такие машины предусматривают специальные поворотные столы, устройства подачи деталей и механизмы их вращения. Многоэлектродные машины различаются способами зажатия электродов и подачи тока: с последовательным зажатием электродов через гидрораспределитель и подачей тока токораспределителем; с одновременным зажатием электродов при последовательном включении трансформатора в сварочной цепи с токораспределителем или с одновременным или групповым включением нескольких трансформаторов с первичной стороны. Многотрансформаторные машины применяются в робототехнических устройствах, снабженных микропроцессорами. Машины с поворотными столами применяются при совмещении операций сборки и сварки, чаще на конвейерах.

Электроды, применяемые в точечных машинах, устанавливают в электрододержатели, которые крепятся в хоботах сварочной машины. Электрододержатели изготовляют из латуни. В них делают каналы для охлаждающей воды. Машины имеют сменные электроды, изготавливаемые из холоднотянутой красной меди или из специального хромо- цинко-медного сплава, обеспечивающих их надежную работу.

1.4. Шовная сварка

Шовная сварка — способ контактной сварки, при котором детали соединяются с помощью вращающихся роликов за счет пропускания через место сварки электрического тока (рис. 1.5). Установки шовной сварки отличаются от стационарных точечных сварочных машин типом электродов (ролики с механическим приводом). Машины для шовной сварки имеют два токопроводящих ролика, из которых один ведущий, а другой вращается за счет трения при передвижении свариваемых листов. По принципу действия шовная сварка подобна точечной сварке обычного типа.

Процесс шовной сварки может иметь следующие режимы:

1) непрерывное движение роликов с непрерывной подачей тока;

2) непрерывное движение роликов при прерывистой подаче тока;

3) прерывистое движение роликов с прерывистой подачей тока.

Первый режим применяется при сварке листов общей толщиной

до 1,5 мм. При большей толщине сваренные листы могут расслоиться. Более того, при непрерывной подаче тока может происходить значительное коробление свариваемых листов. Наиболее распространен второй режим: швы получаются с малым короблением листов и наименьшим расходом электроэнергии.

Рис. 1.5. Схема шовной сварки: 1 — сварочный трансформатор; 2 — контактные ролики; 3 — прижимное устройство; 4 — свариваемые детали

Рис. 1.6. Схема расположения роликов и свариваемых деталей при различных способах шовной сварки

Применение шовной сварки наиболее целесообразно при изготовлении тонкостенных сосудов, сварных металлических труб и других подобных изделий. Расположение роликов и свариваемых деталей при выполнении различных способов шовной сварки показано на рис. 1.6.

1.5. Электрооборудование, применяемое при контактной сварке

Электрическая контактная сварка характеризуется высокой производительностью, а во многих случаях является единственно возможным и экономически целесообразным способом соединения металлических деталей.

Машины контактной сварки, выпускаемые отечественной промышленностью, подразделяют на машины общего назначения и высокопроизводительные специализированные машины, предназначенные для сварки конкретных изделий.

В установках контактной сварки общего назначения применяются сварочные трансформаторы с витыми сердечниками и обмотками, залитыми эпоксидным компаундом, а также аппаратура управления на логических элементах с интегральными схемами. В качестве прерывателей тока применяют тиристоры. Пневматическая и гидравлическая аппаратура отличается высокой производительностью и надежностью.

По роду тока, преобразования или накопления энергии различают следующие типы машин:

а) однофазного переменного тока промышленной или пониженной частоты;

б) постоянного тока (с выпрямлением тока во вторичном контуре);

в) трехфазного тока, низкочастотные с тиристорным преобразователем;

г) с накоплением энергии (в конденсаторах, электромагнитных системах, вращающихся массах).

Установки контактной сварки с выпрямлением тока на стороне низкого напряжения силового трансформатора имеют ряд технологических преимуществ при сварке крупногабаритных листовых конструкций из алюминиевых сплавов, титана, жаропрочных и нержавеющих сталей. По сравнению с низкочастотными машинами они более универсальны, экономичны и надежны в работе. Применение постоянного тока в шовных машинах позволяет значительно повысить скорость сварки без снижения качества сварного соединения, а в многоэлектродных машинах поочередное или групповое питание электродов можно осуществлять от одного источника тока.

Рис. 1.7. Структурные схемы электрической части основных типов машин контактной сварки: 1 — деталь; 2 — вторичный контур; 3 — трансформатор; 4 — переключатель; 5 — контактор; 6 — выпрямитель; 7 — коммутатор; 8 — накопитель энергии; 9 — трансформатор; 10 — аппаратура управления

Схема электрической силовой части машин контактной сварки обеспечивает получение необходимого сварочного тока от 2 до 10 кА от питающей сети 380 или 220 В при мощности источников питания от 75 до 750 кВ • А и более.

Структурная схема электрической части машин контактной сварки показана на рис. 1.7. Для подвода сварочного тока к детали 1 служит вторичный контур 2. Вид формы кривой и значение силы сварочного тока получаются путем преобразования или накопления электрической энергии от сети промышленной частоты с помощью трансформаторов 3, 9, выпрямителей 6 или накопителей энергии 8 (например, батареи конденсаторов). Силовые преобразователи (трансформаторы, выпрямители) включают в сеть или подсоединяют к накопителю энергии 8 с помощью контакта 5-6, а необходимое чередование полярности тока в сварочном трансформаторе обеспечивается коммутатором 7. Сварочный трансформатор 3 обеспечивает получение больших значений тока при низком напряжении. Регулировка сварочного тока производится ступенчатым изменением вторичного напряжения трансформатора 3 путем переключения числа ступеней его первичной обмотки переключателем 4. Регулирование сварочного тока осуществляется аппаратурой управления 10 путем изменения момента включения вентилей контактора 5 (выпрямители 6) относительно фазы напряжения сети в каждой полуволне. Аппаратура управления обеспечивает заданную последовательность и продолжительность всех или части операций сварочного цикла.

В однофазных машинах переменного тока (рис. 1.8, а) сварочный трансформатор Т включается в электрическую сеть рубильником через предохранители 2 и переключателем ступеней ПС посредством контактора-прерывателя Пр. Момент включения переключателя-прерывателя Пр определяется аппаратурой управления АУ, причем ток во вторичной обмотке сварочного трансформатора имеет синусоидальную или близкую к ней форму (рис. 38, б, в), а при наличии специальных модуляторов тока можно получить импульс тока с плавным изменением амплитуды (рис. 38, г), что существенно улучшает качество сварного соединения.

Машины контактной сварки имеют коэффициент мощности от 0,5 до 0,6. Повышение энергетических показателей однофазных машин при тех же значениях тока и размерах сварочного контура возможно путем понижения частоты вторичного напряжения сварочного трансформатора установки.

Рис. 1.8. Электрическая схема силовой части машины переменного тока (а) и форма импульсов сварочного тока I2 (б-г) : АУ — аппаратура управления; Т — трансформатор; ПС — переключатель ступеней; Пр — контактор- прерыватель; 1 — электрическая сеть; 2 — предохранители

В применяемых сварочных машинах постоянного тока (трехфазные с выпрямителем тока во вторичном контуре) (рис. 1.9) первичную обмотку включают по схеме «треугольник», а к соединенной по схеме «звезда» вторичной обмотке через вентили 1-3 (рис. 1.9, а) подключают вторичный контур. Общая электрическая схема сварочной машины представляет собой трехфазный выпрямитель. В таких машинах проблемой является выпрямление очень больших сварочных токов.

Управление машиной — включение и отключение трехфазного понижающего трансформатора Т и регулирование тока — осуществляется тиристорами, включенными последовательно с первичными обмотками. При мгновенной коммутации ток через тиристор VSi и связанную с ним первичную обмотку трансформатора проходит в течение одной трети периода (я/3), когда напряжение в данной фазе больше, чем в двух других (в точке К рис. 1.9, б). В эту треть периода ток через два других тиристора проходить не может, поскольку потенциал их анодов ниже общего потенциала катода. В следующую треть периода ток будет пропускать второй вентиль VS2 и т. д. Переход тока от одного вентиля к другому (рис. 1.9, в) происходит в момент пересечения положительных полусину- соид напряжения (точки К, L, М на диаграмме рис. 1.9, б). Аналогично коммутация тока проходит и в сварочной цепи (рис. 1.9, г, д). Несмотря на униполярное протекание тока в первичной обмотке (рис. 1.9, в),

магнитные потоки в стержнях трехфазной магнитной системы (рис. 1.9, е) не имеют постоянной составляющей (потока вынужденного намагничивания, который возникает при отсутствии вентилей в первичной обмотке), поскольку алгебраическая сумма магнитных потоков в трехстержневой магнитной системе равна нулю.

Рис. 1.9. Схемы выпрямителей сварочных машин постоянного тока: а — электрическая схема трехфазного выпрямителя; б—д — диаграммы токов и напряжений, наблюдаемых во время коммутаций в сварочной цепи; е — направления магнитных потоков в стержнях магнитной системы

Размагничивание того или иного стержня происходит намагничивающими силами обмоток, расположенных на двух других стержнях. Вследствие соединения первичных обмоток по схеме «треугольник» и наличия вентилей не только в первичной, но и во вторичной цепи сумма ампер-витков, расположенных на одном стержне обмоток, в любой момент времени практически равна нулю.

Преимуществами сварочных машин постоянного тока являются: равномерная загрузка фаз, широкие возможности регулирования формы и длительности импульса тока, а также получение многоимпульсного режима; меньшая потребляемая мощность по сравнению с однофазными машинами, особенно при больших вылетах и при сварке материалов с малым удельным сопротивлением; отсутствие влияния вносимых в сварочный контур ферромагнитных масс на значения сварочного тока.

В низкочастотных сварочных машинах используется преобразование трехфазного тока промышленной частоты в импульсы тока низкой частоты (5-20 Гц). Это достигается кратковременным включением силового игнитронного выпрямителя в первичную обмотку сварочного трансформатора Т машины (рис. 1.10). Преимуществами таких машин являются: благоприятная форма импульса сварочного тока — его плавное нарастание и спад; равномерная нагрузка трехфазной сети при пониженной потребляемой мощности вследствие пониженной индуктивности контура; повышенный коэффициент мощности по сравнению с однофазными машинами.

Рис. 1.10. Схема преобразователя однополупериодной низкочастотной машины: Т — сварочный трансформатор; ПП — пакетный переключатель

В машинах контактной сварки с накоплением энергии во время паузы происходит медленное накопление энергии в накопителе с потреблением небольшой мощности из сети и кратковременное использование ее во время процесса сварки.

Для обеспечения заданной производительности контактных сварочных машин и высокого качества сварки необходимо строго соблюдать определенное время протекания сварочного тока для каждого цикла сварки. Это достигается с помощью соответствующих элементов схем управления сварочных установок: выключателей сварочного тока, регуляторов времени. Выключатели сварочного тока выпускаются нескольких типов: механические выключатели, асинхронные электромагнитные контакторы, синхронизированные электромагнитные контакторы, игнитронные выключатели и др. Механический выключатель тока имеет систему подвижных и неподвижных контактов, которые включаются в первичную цепь трансформатора сварочного тока. Механизм привода контактов связан с устройством зажатия свариваемых изделий. При малой скорости коммутации контакты механического выключателя подгорают и требуют частой замены, что ограничивает их применение в маломощных машинах контактной сварки.

Применяющиеся в сварочных машинах асинхронные электромагнитные пускатели имеют ограниченный срок службы контактов, поскольку они разрывают рабочий ток в произвольной точке синусоиды.

Время протекания сварочного тока обеспечивается специальными регуляторами времени, которые подразделяются на электромеханические, электропневматические и электронные.

При электродвигателъном приводе контактных машин обычно применяются электромеханические регуляторы времени, рабочими органами которых являются кулачки, воздействующие при вращении вала электродвигателя своими выступами на механические выключатели тока.

В контактных сварочных машинах с пневматическим механизмом сжатия применяются электропневматические регуляторы времени. Схема электронного регулятора времени приведена на рис. 1.11. Цепь управления электромагнитным контактором КЦ сварочного трансформатора Т1 приводится в действие замыканием контактов ключа К, а его отключение осуществляется автоматически электронной схемой через определенный промежуток времени. До замыкания контактов ключа К ток от зажима сети протекает через регулируемое сопротивление R — сетку лампы Л, нормально замкнутые контакты реле Э и катушку контактора КТ к полюсу 2 сети. Шунтирующий сопротивление конденсатор заряжается при протекании тока через лампу Л.

Рис. 1.11. Схема электронного регулятора времени: 1 — первый полюс сети;

2 — второй полюс сети; КЦ — электромагнитный контактор; Т1 — сварочный трансформатор; Т2 — трансформатор регулятора времени; К — ключ; Л — лампа; Э — замкнуты контакт реле; КТ — катушка контактора; R — регулируемое сопротивление; С — конденсатор

Поскольку сеточный ток мал, включения контакта КТ не происходит. Сеточный ток на лампу прекращается при нажатии ключа К, при этом сетка оказывается соединенной с ее внешней частью через отрицательно заряженный конденсатор и катушку реле.

Контактные сварочные установки являются массовыми потребителями электроэнергии, поэтому их рациональное использование является важным направлением экономии электроэнергии. Наилучшие результаты дают следующие мероприятия: совершенствование технологии сварки, включающее подготовку деталей под сварку; ускорение компоновки деталей, оптимизация цикла сжатия деталей, ограничение холостого хода источников питания, периодическая ревизия контактных соединений в цепи сварочного тока; установление норм расхода электроэнергии на сварочные работы.

Резюмируем вышесказанное. Контактная сварка в машиностроении является одним из востребованных способов соединения деталей, поскольку обеспечивает высокую скорость сварки, необходимое качество сварного соединения и может быть легко автоматизирована. Одно из преимуществ контактной сварки — минимальные тепловые потери.

Режимы контактной сварки, способы ведения и свариваемость материалов

Сущность метода контактной сварки состоит в том, что скрепляемые поверхности одновременно нагреваются до пластичного состояния и подвергаются механической деформации. Поэтому основных блоков в сварочном аппарате два:

1. Механический, включающий в себя:

• сами электроды (в машинах точечной сварки они выполняются в виде зажимных клещей, в машинах шовной сварки – в виде роликов);
• привод сжатия;
• привод вращения (для роликовых электродов);
• привод зажатия и осадки (для стыковой сварки).

2. Электрический. Данный блок состоит из:

• сварочного силового трансформатора;
• регулятора выходного напряжения, который переключает число витков в первичной обмотке трансформатора;
• вторичного контура, через который ток подводится к деталям;
• прерывателя первичной цепи для включения и выключения тока;
• регулятора цикла – устройства, задающего последовательность сварочных операций, их длительность, и регулирующего другие необходимые параметры.

• Пневмогидравлический – содержит фильтры, устройства для смазки движущихся частей, систему, подводящую воздух к приводу сжатия (штуцера, воздушные клапаны, вентили) и систему регулировки давления;
• Блок водяного охлаждения аппарата.

Принцип работы заключается в том, что область контактной сварки сжимается или прокатывается между двумя медными электродами, к которым подведен ток малого напряжения и большой силы. В некоторых аппаратах сила тока может достигать десятков тысяч ампер. Напряжение во вторичной обмотке низкое, и составляет менее 15 В. Сила сжатия между электродами варьируется от сотой доли ньютона до 100 килоньютонов.

Основными преимуществами этого метода являются:

• быстрота – обработка одного точечного или стыкового соединения занимает доли секунды;
• экономичность – не требуется кислород, защитный газ, присадка, почти не расходуются вода и воздух, медленно изнашиваются электроды;
• простота – возможность получить прочный и надежный шов при малом числе контролируемых параметров, что под силу даже неопытным сварщикам;
• безопасность – воздух не загрязняется вредным дымом, риск возгорания сведен к минимуму;
• возможность легко автоматизировать процесс и поставить его на поток.

К недостаткам способа относят:

• дорогостоящее оборудование;
• необходимость применения тока большой силы (свыше 1000 А);
• сложную технологию многоточечной сварки или сварки нескольких швов одновременно.

Кроме того, этот метод не всегда подходит для соединения поверхностей из разных металлов или сплавов, а также для металлов с малым переходным сопротивлением (таких, как медь).

Принцип работы оборудования

Для проведения контактного сваривания могут применяться разные аппараты. В зависимости от условий оборудование может быть подвесным, стационарным или переносным. Часто приборы имеют узкую специализацию, но в продаже встречаются универсальные устройства.

Контактная сварка нержавеющей стали и других видов металла требует от сварщика определенной подготовки, специальных навыков, поэтому ее часто используют на производствах. Особой популярностью пользуется электросварка, а вот ручные методы применяются намного реже, данные аппараты обычно встречаются в автомастерских и на строительных площадках.

Стоит отметить! Каждый сварщик обязательно должен знать какое действие электрического тока используется при контактной сварке. Как было указано выше, оно не должно быть меньше 1000 Ампер, желательно больше. Этот показатель обеспечивает высокую скорость и производительность сварочного процесса.

Устройство контактной сварки состоит из следующих важных компонентов:

1. Механические элементы. Они помимо электродов включают компоненты для сжатия свариваемых частей, роликов. На стационарных приборах для создания требуемого давления, проката металлических заготовок применяется гидравлика.
2. В основе электрической части лежит трансформатор сварочного типа. Также в ее состав входят прерыватели цепи и другие необходимые компоненты, которые подают ток к сварной зоне, создают требуемое напряжение в режиме переменного или постоянного тока.
3. В сложном оборудовании предусмотрено много электроники, которая позволяет применять разные режимы контактной технологии. Также при помощи него можно регулировать ток контактной сварки и другие важные операции.

Виды контактной сварки

Существует несколько видов контактной сварки – точечная, рельефная, шовная и стыковая, каждый из которых имеет свою область применения.

Точечная сварка

Точечная контактная сварка – наиболее популярный метод, который применяется как на производстве, так и в домашних условиях, для соединения небольших деталей или металлических листов толщиной менее 4-5 мм. При этом методе скрепляемые поверхности располагают немного внахлест, зажав их между двумя конусообразными медными электродами. Металл размягчается лишь непосредственно в месте соприкосновения с электродами, образуя сварную точку, диаметр которой составляет несколько миллиметров.

Точечная контактная сварка – наиболее популярный метод

Точечная сварка бывает одно- и двусторонней, причем прочность соединения у одностороннего способа ниже, однако он дает возможность создавать сразу несколько сварных точек. По такому принципу работают многоточечные аппараты.

Есть два режима для обработки металла таким способом: мягкий и жесткий. Мягкий режим удобен для соединения изделий из закаленной стали. При нем через обрабатываемые детали пропускается электрический импульс относительно малой силы тока и большой продолжительности (от 0,5 секунды до нескольких секунд). Нагрев при этом более плавный, а мощность – ниже. Такой аппарат удобно использовать на дому.

Технология

Что это такое? В соответствии с ГОСТ 19521-74 «Сварка металлов. Классификация» контактная сварка — это разновидность сварки термомеханического класса, к которому стандарт относит все виды сварки, осуществляемые совместным воздействием:

• тепловой энергии, используемой для нагрева сварочной зоны в целях обеспечения необходимой пластичности материалов соединяемых заготовок;
• приложенного давления, которое при сдавливании нагретых участков объединяет соединяемые части в монолитную структуру.

Термомеханическую сварку, называемую также термопрессовой, классифицируют по типу источника теплоты, используемой для локального нагрева зоны сварки. Наиболее распространенным видом термомеханической сварки является электроконтактная сварка, для которой источником энергии служит электрический ток, проходящий через поверхность соприкосновения соединяемых деталей. По сравнению с электродуговой сваркой, также использующей нагрев электротоком, электроконтактная сварка имеет следующие отличительные признаки:

1. Электродуговая сварка относится к сварке плавлением. Кромки свариваемых заготовок при прохождении электрического тока нагреваются до расплавленного состояния, после чего жидкий металл самопроизвольно сливается в сварочную ванну. При этом сдавливание свариваемых деталей не производится.
2. Электроконтактная сварка, которую обычно просто называют контактной сваркой, является сваркой давлением. Для ее реализации при формировании сварного шва требуется обязательное сближение способом сдавливания элементов, подлежащих свариванию. Зажим обеспечивается либо самими электродами, подводящими электроток, либо специальными приспособлениями.

Машины для контактной сварки

Сварочные аппараты разделяют на группы по следующим критериям:

• Назначение: узкоспециальные машины, рассчитанные на работу с большими партиями однотипных деталей, или универсальные, которые обрабатывают малое количество заготовок, но легко поддаются перенастройке;
• Тип механического блока, осуществляющего сжатие и усадку деталей. По этому признаку аппараты делятся на гидравлические, пневматические, пневмогидравлические, механические и другие;
• По мобильности – передвижные, переносные, стационарные;
• По способу сварки;
• По типу блока питания: машины с выпрямителем или машины, работающие от переменного тока (однофазного, трехфазного).

Машины

Контактная сварка является достаточно универсальным способом создания неразъемных соединений металлических изделий. С ее помощью можно даже осуществлять наплавку металла электродной проволоки на детали ответственных агрегатов, используя импульсные электрические разряды. Основным признаком классификации оборудования для контактной сварки является разновидность выполняемых соединений, согласно которой контактные агрегаты подразделяют следующим образом:

• для точечной КС;
• для шовно-стыковой сварки (в основном тонкостенных труб);
• для стыковой сварки;
• для шовной и
• рельефной КС.

Машины для КС должны выполнять следующие функции:

• обеспечения требуемого давления прижатия свариваемых заготовок;
• формирования тока достаточной силы, необходимой для реализации данного вида КС;
• точного дозирования времени воздействия электрода на заготовки.

Для реализации этих требований установки для КС оснащаются двумя взаимосвязанными функциональными системами:

• электрической, «ответственной» за протекание тока необходимой силы, частоты и амплитуды, заданной длительности протекания;
• механической, составленной из конструктивных элементов, формирующих условия сжатия, перемещения, осадки свариваемых деталей.

Машины КС являются высокотехнологичным оборудованием заводского исполнения. К ним прилагаются пошаговые технические инструкции с подробным описанием выполняемых приемов сварки в зависимости от того, какой тип заготовок подлежит сварке. В настоящее время многим домашним умельцам удается собирать своими руками устройства для выполнения КС в бытовых условиях.

Логика мастеров проста – для выполнения разовых технических задач проще собственноручно создать несложный аппарат, используя автомобильный «б/у-шный» аккумулятор или трансформатор микроволновки, чем тратиться на приобретение профессионального дорогостоящего оборудования.

Широкую популярность приобрели инверторные споттеры (от англ. spot – точка, пятно, место), используемые для односторонней точечной КС в рихтовочных автомобильных работах.

Расходные материалы

Наибольшему износу в сварочных аппаратах подвергаются электроды, которые постоянно испытывают механические и термические нагрузки. Изготавливаются они из чистой меди, либо из медных сплавов с алюминием, цинком, кадмием и другими металлами, повышающими прочность и упругость изделия. Подобные сплавы делятся на несколько типов:

• Для работы при высокой температуре (около 500 градусов по Цельсию) и непрерывной подаче тока – такие электроды изготавливают из бронзы с добавлением никеля, кремния, циркония или хрома;
• Для работы при температуре до 300 градусов, сварки цветных сплавов, низколегированных сталей применяются сплавы МС (легированные серебром) и МК;
• Для работы при малых (до 200 градусов по Цельсию) температурах подходят сплавы бронзы с хромом и кадмием.

Быстрее всего изнашиваются электроды конической и цилиндрической формы, медленнее всего – плоские и широкие, применяемые в машинах для рельефной сварки.

Рельефная

Рельефная сварка представляет собой разновидность контактной сварки, в которой первоначальный контакт стыкуемых поверхностей осуществляется по предварительно сформированным выступам – рельефам. Рельефы заранее формируют штамповкой, прокаткой или другим способом. Допускается наличие рельефных выступов на обеих деталях.

На рис. ниже показаны схемы рельефной КС:

• схема (а) – для соединения плоских деталей;
• схема (б) – для сварки плоской и объемной деталей.

На схемах обозначены следующие позиции:

• поз. 1 – электрод верхний;
• поз. 2 – плоская деталь со штампованным рельефом;
• поз. 3 – гладкая деталь, не имеющая рельефов;
• поз. 4 – электрод нижний;
• поз. 5 – объемная деталь с рельефом.

При прохождении тока через места соприкосновения рельефной поверхности деталей поз. 2 (схема а) или поз. 5 (схема б) с гладкой деталью (поз. 3) рельефы начинают плавиться. При воздействии давления рельефы деформируются, создавая плотный контакт по всей номинальной поверхности расплющенной детали.

По своей сути рельефная сварка это аналог точечной КС, главное отличие между ними состоит в следующем –
контакт деталей в рельефной сварке зависит от формы из поверхности, тогда как в точечной сварке степень контактирования определяется формой рабочей части электродов.
Рельефная КС применяется в производстве автомобилей для фиксации объемных деталей (крепежа, кронштейнов, скоб) на плоских листовых изделиях (крышке капота, дверках и т.п.). В приборостроении рельефную КС используют для приварки проволоки к деталям малой толщины.

Технология контактной сварки

Технология контактной сварки включает в себя нагрев стыковочной кромки деталей в сочетании с механическим давлением. Для нагрева на электроды подается ток – непрерывно или импульсами.

Меры предосторожности

При работе с контактными сварочными аппаратами опасность представляет как раскаленный металл в области шва, так и движущиеся части, соприкосновение с которыми – прямая дорога к травмам. Опасно и напряжение, подаваемое на первичную обмотку трансформатора – оно составляет 220 или 380 В. Поэтому нельзя работать на машинах, у которых не заземлен корпус, плохо изолированы провода, или неисправна система жидкостного охлаждения. Категорически запрещено переключать ступени первичной обмотки, если аппарат не отключен от сети.

Все сварочные работы необходимо производить в защитных очках, во избежание попадания в глаза капель раскаленного металла. Для защиты от ожогов нужно носить спецодежду, брезентовые рукавицы и головной убор.

При контактной сварке обрабатываемая поверхность выделяет ядовитые пары – особенно, если детали имеют свинцовое или иное антикоррозионное покрытие. Требования техники безопасности предписывают, чтобы рабочее место было оборудовано вытяжкой – это предотвратит попадание паров металла, масел, угарного газа в дыхательные пути.

Подготовка поверхностей

Перед сваркой необходимо подготовить соединяемые поверхности. Подготовка заключается прежде всего в их зачистке от коррозии, грязи, машинного масла и других нежелательных наслоений. Для этого подойдет напильник, или насадка на дрель в виде щетки. Если места сваривания имеют неровности, их нужно выровнять и подогнать друг к другу. Особенно это важно для стыковой контактной сварки, где любой зазор может испортить шов, сделав его непрочным. При подгонке отрезков трубы для их выравнивания применяется фреза.

Стыковая

Стыковой сваркой называется способ КС, характеризующийся соединением свариваемых изделий по всей площади их контакта. По стыковой методике свариваются изделия стержневого типа, прутки, проволока, полосы, трубы, прокат сложного профиля.

На рис. ниже приведена схема контактной стыковой сварки.

В производственной практике применяются два вида стыковой КС:

1. Стыковая сварка сопротивлением, выполняемая в следующей последовательности:

• заготовки плотно прижимаются друг к другу свариваемыми поверхностями;
• через сжатые заготовки пропускается электрический ток;
• после разогрева стыкуемых поверхностей до возникновения пластического состояния детали осаживаются с одновременным отключением подачи тока.

Сварку сопротивлением используют для деталей небольшого размера (площадью сечения не более 200 кв. мм) и простым сечением в форме круга или квадрата.

1. Стыковая сварка оплавлением, при выполнении которой свариваемые детали сближаются при включенном источнике сварочного тока. В этом случае соприкосновение поверхностей происходит через микроконтакты, суммарная площадь которых по факту много меньше номинальной расчетной площади сопряжения стыков. Из-за этого сила тока, проходящего через микроконтакты, достаточно велика, чтобы практически мгновенно оплавлять металл микроконтактов с созданием жидких перемычек. Нагрев стыков заготовок сопровождается непрерывным образованием и разрушением контактов-перемычек, в результате чего на стыках возникают сплошные слои расплавленного металла. После осадки с повышенной скоростью сближения торцы деталей смыкаются, а основная часть жидкого металла выдавливается из сварочной зоны и после остывания и кристаллизации образует утолщение, называемое гратом.

Сварку оплавлением используют для деталей площадью сечения до 100 000 кв. мм различной конфигурации сечения.

Дефекты сварки и контроль качества

Дефекты, возникающие в процессе контактной сварки, бывают двух типов:

• Бракованные сварные узлы. Причин тому может быть несколько: чрезмерный нагрев стыковочной области, избыточное механическое давление, сбои в работе самого аппарата. Размеры сварной точки контролируют с помощью специальных шаблонов и измерительных приборов;
• Брак сварного шва. Такое случается, если область стыковки деталей слишком узкая, или наоборот – широкая, если она содержит неровности, заусенцы, зазоры. Подобные дефекты можно определить путем визуального осмотра – невооруженным глазом, через лупу, с помощью проверки щупом или пробником. В случае необходимости шов просвечивают рентгеном.

Профилактика брака – грамотная работа не только во время сварки, но и перед ней, что включает выравнивание и зачистку контактной кромки.

Дефекты КС

Дефекты КС подразделяются на внешние и внутренние.

К внешним дефектам относят следующие недостатки и погрешности:

• трещины, приводящие к отрыву основного металла от сварной точки;
• пережоги и прожоги, внешними признаками которых являются глубокие вмятины, участки цветов побежалости, сквозные свищи;
• выплески металла, представляющие собой выбрасывание части расплава из зоны сварки;
• вырывы точек;
• потемнения сварных точек;
• глубокие вмятины от электродов, неправильная форма вмятины;
• гофрированные участки поверхности сваренных деталей;
• выдавливание металла на поверхность точки или шва.

К внутренним дефектам КС относят следующие:

• непровары, характеризующиеся отсутствием литого ядра в зоне сварной точки либо его малым размером. В итоге детали в этом месте соединены непрочно, что приведет к разрушению изделия при его использовании (для точечного соединения) или к нарушению герметичности в случае шовного соединения;
• внутренние выплески, поры и раковины

На рис. ниже показаны типовые дефекты КС и причины, их вызывающие

Обозначение контактной сварки на чертеже

Обозначение на чертеже видимого сварного шва, вне зависимости от способа сварки, выполняется сплошной основной линией, невидимого – штриховой линией. Видимая сварная точка о, выполненным сплошными основными линиями, невидимая – не отмечается никак. От изображения шва или точки, если они видимы, проводят выносную линию, которая заканчивается односторонней стрелкой.

Обозначение на чертеже сварного шва контактной сварки

Шовная

Шовной сваркой называют способ образования сварного шва из ряда сварных точек, последовательно перекрывающих друг друга. На рис. ниже показана схема шовной сварки, согласно которой поджатие свариваемых деталей (поз. 1), их перемещение и подведение тока к месту контакта деталей осуществляется вращающимися роликовыми электродами (поз. 2).

По аналогии с точечной сваркой детали собираются внахлест и нагреваются кратковременными импульсами электрического тока. Результатом каждого импульса является сварная точка. Для получения плотного либо герметичного шва выбирается соответствующий режим паузы между импульсами тока и необходимая скорость вращения роликовых электродов.

Шовная сварка, называемая также роликовой сваркой, рекомендуется для изготовления герметичных емкостей типа бочек или баков. Оптимальная толщина листов для шовной сварки составляет 0,2-3,0 мм.

Техника безопасности при работах

При эксплуатации агрегатов точечного типа нужно соблюдать правила техники безопасности:

• не должно быть повреждений изоляции электрических кабелей, оголенных контактов;
• агрегат следует заземлить;
• при подсоединении к электросети оборудования контакты должны соответствовать номинальным значениям;
• необходимо использовать дифавтоматы;
• настройка и обслуживание аппарата в процессе эксплуатации осуществляется только после отсоединения от электросети.

Рекомендуем к прочтению Как сделать точечную сварку для АКБ 18650

Проведение сварочных работ связано с повышенной опасностью для сварщика.

Сварщик должен быть в плотной робе, специальной маске или очках, диэлектрических перчатках. При этом надежно изолируется рукоять клещей. Работать в помещении нужно в респираторе, должна присутствовать вытяжка.

Контроль качества готовых сварных соединений

Оценку качества сварных узлов, полученных различными способами КС, проводят с целью определения их соответствия техническим требованиям, предъявляемым к производимым изделиям. Для выявления дефектов КС используются методы разрушающего и неразрушающего контроля.

К основным методам неразрушающего контроля относят следующие:

1. Внешний осмотр сварного контактного соединения. Особенностью этого метода применительно к КС является осложнение контроля качества из-за плотного прижатия деталей друг к другу, скрывающего некоторые недостатки соединения.

При оценке результатов сварки при внешнем осмотре партии однотипных изделий рекомендуется иметь образец-эталон сварного узла.

1. Пневматические испытания для проверки герметичности швов, выполненных шовной сваркой. Готовое изделие заполняется сжатым воздухом небольшого давления и погружается в воду, чтобы выходящие пузырьки воздуха указали возможные места нарушения герметичности.
2. Рентгеновское просвечивание, используемое для контроля ответственных изделий, работающих в условиях динамических нагрузок (оси, тяги и т.п.).
3. Ультразвуковой контроль или УЗК, получивший широкое распространение благодаря промышленному выпуску простых в употреблении компактных приборов УЗК.

На рис. ниже показан рабочий момент УЗК с использованием ультразвукового дефектоскопа А1212 Мастер для поиска трещин, непроваров и других внутренних дефектов.

Методики разрушающего контроля основываются на отборе части изготовленной продукции (так называемые технологические пробы) и выполнении разрезов деталей по шву для определения дефектов. К основным методам разрушающего контроля относятся:

• механические испытания, в ходе которых сварные соединения испытываются на прочность и пластичность;
• металлографические испытания, в ходе которых определяют глубину проплавления металла, выявляются раковины, трещины, непровар и другие внутренние дефекты.

Оборудование для сварки

Для точечной сварки своими рукамивам понадобится оборудование. Можно использовать аппарат, работающий на постоянном или переменном токе, аппарат конденсаторного типа или оборудование, работающее на низкой частоте. Все эти типы отличаются силовым электрическим контуром и формой сварочного тока. Также у каждого типа есть свои плюсы и минусы, не слушайте тех, кто говорит вам о превосходстве того или иного оборудования. Мы в своей практике используем аппарат, работающий на переменном токе, это самый распространенный вариант. Вы можете выбрать и другой тип оборудования.

Обратите внимание на современную сварку TIG LORCH, она очень технологична.

Промышленное применение точечной и шовной сварки

Из-за высокой производительности и качества сварных соединений, эти способы сварки являются одними из наиболее перспективных, в первую очередь, в условиях массового производства. Среди механизированных способов сварки контактная уверенно занимает первое место. Наиболее широкое применение эта сварка нашла в автомобилестроении. Не меньшее применение она находит и вагоностроении, при соединении обшивки вагона с рамой.

Другими областями массового применения являются производство комбайнов и тракторов, бытовых приборов, электроники, спортинвентаря и в строительстве при изготовлении строительных панелей, каркасов. Отдельное место точечная и шовная сварка занимает при изготовлении металлоконструкций ответственного назначения, например, при производстве современных авиалайнеров.

В приборостроении при помощи этого вида сварки изготавливают чувствительные элементы, корпуса приборов, реле. В электронике при изготовлении выводов интегральных схем, проводников, электронно-оптических систем.

Рельефную сварку используют при изготовлении арматуры железобетона, сеток, решёток, соединений крепёжных деталей и штуцеров, шипов с листами, тормозных колодок автомобилей, сепараторов шарикоподшипников и т.д.

При помощи шовной контактной сварки можно получить прочные соединения, работающие при высоком давлении и в условиях глубокого вакуума, к примеру, топливные баки автомобилей и сельхозтехники, барабаны стиральных машин, корпуса холодильников и различных ёмкостей (огнетушителей, бидонов, сифонов и др.). При этом, скорость сварки герметичных швов достигает 10-15 м/мин.

Вероятные дефекты контактной точечной сварки

При наличии опыта и надлежащего оборудования сложно будет точечную сварку сделать плохо. Тем не менее, на практике встречаются случаи, когда работа выполнены с дефектами. В большинстве своем они образуются не в месте соединения заготовок, а по металлу.

Они бывают разного рода. Прежде всего, наблюдаются дефекты с формированием литого ядра: оно может быть слишком большим или маленьким, смещаться в сторону относительно центра стыка. Реже шов получается не сплошным. Любители, не имеющие достаточного опыта, могут настроить аппарат неверно, что в итоге оборачивается избыточной деформацией или же слабой провариваемостью металла.

Наиболее чувствительным дефектом является плохо проваренное ядро или же его полное отсутствие. Как показывает практика, такие конструкции долго не служат. Они не способны противостоять нагрузкам и вскоре просто ломаются в месте стыка. Дефект может дать о себе знать в самых разных условиях. Например, при увеличении интенсивности эксплуатации, после сильного нагрева (охлаждения) или после резкого перепада температуры.

Дополнительные элементы

Базовая комплектация оборудования для сварки контактным способом представлена исполнительными механизмами электрической и механической систем, обеспечивающими работу сварочной техники в штатных режимах. В качестве дополнительных элементов в комплектации сварочной техники могут присутствовать детали и механизмы, предназначенные для расширения функциональных возможностей данного агрегата, а также для облегчения работы сварщика-оператора. Наиболее востребованными являются:

Оборудование для контактной сварки

Контактная сварка представляет собой процесс образования неразъемного соединения в результате нагрева металла протекающим через детали электрическим током за счет повышенного электросопротивления этой зоны прохождению тока из-за уменьшения площади контакта (объясняемого наличием неровностей на поверхности), возникновения вследствие этого больших плотностей тока, наличия на поверхности изделий оксидов и загрязнений с малой электропроводностью и пластической деформации зоны соединения.

Способ контактной сварки впервые демонстрировался в 1867 г. на Парижской выставке: электроток пропускали через два металлических предмета, плотно прижатых друг к другу и имевших контакт в нескольких точках.

Контактная сварка делится на стыковую, точечную, шовную (рис. 2) и объединяет большую группу способов, многие из которых широко применяют в промышленности. Основные отличительные особенности этих методов — надежность соединений, высокий уровень механизации и автоматизации, высокая производительность процесса и культура производства. Около 30 % всех сварных соединений выполняют контактной сваркой.

Рис. 2. Схемы контактной сварки: 1 — детали; Fс_в — усилие сжатия при сварке

Способы контактной сварки весьма разнообразны, их можно классифицировать по ряду признаков:

• по методу получения соединения, определяемого фазовым состоянием металла в зоне сварки (соединение в твердой или жидкой фазе);
• конструкции соединений (нахлесточное или стыковое);
• технологическому способу получения соединений (например, стыковая сварка сопротивлением и оплавлением, точечная, шовная и рельефная);
• виду атмосферы (сварка на воздухе или в защитной среде);
• способу подвода тока и форме импульса тока (контактный и индукционный подвод, сварка переменным током различной частоты, постоянный ток или монополярный импульс);
• количеству одновременно выполняемых соединений (одноточечная и многоточечная сварка, одиночный и непрерывный рельеф и т д );
• характеру перемещения деталей или электродов во время пропускания импульса тока (сварка неподвижных или подвижных деталей, например непрерывная и шаговая шовная сварка)

Кроме того, различают область контактной микросварки, относящуюся к соединению указанными способами миниатюрных деталей малой толщины (до нескольких микрометров) и малых сечений.

Машины средней и большой мощности устанавливают стационарно, а детали перемещают во вторичном их контуре. При сварке тонкостенных деталей сложной конфигурации или крупногабаритных целесообразно перемещать не деталь, а саму машину (клещи) относительно детали (рис. 3). Сварочный трансформатор либо выносят отдельно и закрепляют стационарно, либо встраивают в сами клещи.

Рис. 3. Клещи подвесной точечной машины: 1 — электроды; 2 — консоли; 3 — силовой гидроцилиндр

Стационарные машины универсального назначения чаще всего имеют прямолинейный ход электродов. Обычно перемещается в вертикальном направлении верхний электрод. Изготавливают машины с горизонтальной и наклонной осью электродов. Машины малой мощности и передвижные обычно имеют радиальный ход одного из электродов или роликов. В таких машинах привод сжатия деталей устанавливают за осью качания подвижной консоли.

Сварочный ток подводится обычно с обеих сторон деталей. Это позволяет соединять детали в широком диапазоне толщины, металла, формы и размеров. За один цикл получается одна точка. В машинах некоторых типов применяют односторонний подход тока и за один цикл выполняются сразу две точки или два шва, уменьшаются остаточные деформации, появляется возможность сваривать детали с ограниченным (односторонним) доступом к месту сварки.

В массовом производстве часто применяют многоточечные и многошовные машины.

Машины для шовной сварки выполняют продольные или поперечные швы. На универсальных машинах возможно выполнять оба вида швов

1. Основные узлы машин контактной сварки. Привод сжатия свариваемых деталей.

Привод сжатия в машинах контактной сварки обеспечивает сдавливание деталей с заданной силой и длительностью, а также подъем и опускание электродов.

Форма применяемых графиков усилия сжатия различна (рис. 4). Они могут быть с постоянным усилием (а-г), с переменным усилием, например с проковкой (д), с предварительным обжатием точки (е), со ступенчатым (ж) и плавным ростом F^ (з) . Выбор того или иного графика зависит от толщины и металла деталей, требований, предъявляемых к качеству соединения.

Привод точечных машин должен реализовывать два вида перемещения электродов: рабочий и дополнительный ход. Рабочий ход происходит во время паузы между точками и позволяет беспрепятственно передвигать детали (или машину) на шаг точек. Дополнительный (увеличенный) ход служит для зачистки рабочей поверхности электродов, первоначального ввода деталей в рабочее пространство машины, перемещения деталей с высокими ребрами жесткости поперек шва и т. п. Если основной привод не имеет большого рабочего хода, то применяют дополнительный электровинтовой привод.

Рис. 4. Циклы точечной сварки: а — с постоянным усилием и одним импульсом тока; б — то же со сварочным и дополнительным импульсом тока; в — то же со сварочным и двумя дополнительными импульсами; г — то же с модулированным импульсом тока; д — с переменным усилием (проковкой); е — с предварительным обжатием и проковкой; ж — со ступенчатым увеличением F_св и проковкой; з — с плавным увеличением F_св и проковкой; F_св, F_св1, F_св2 — усилие на электродах при сварке; F_обж — усилие обжатия на электродах; F_к — усилие проковки на электродах; I — ток сварки; I_доп — ток дополнительного импульса; t_св — время сварки; t_к, t′_к — время проковки; t_доп — время дополнительной подачи тока; t_и — время перерыва в подаче тока; t_сп — время нагрева деталей; ^._п — время медленного уменьшения тока после сварки

Привод сжатия шовных машин обычно проще, чем привод точечных. Ковочное усилие применяют сравнительно редко, а предварительное обжатие точек не делают Кроме того, необходимость в двойном ходе роликов часто отпадает, так как привод имеет увеличенный рабочий ход.

Привод сжатия должен быть таким, чтобы по возможности снизить увеличение F_св из-за теплового расширения свариваемого металла. Поэтому стремятся уменьшить трение, например использовать пневмодиафрагмы или пневмоцилиндры с пружиной между штоком поршня и ползуном, роликовые направляющие. Иногда, напротив, резко ограничивают тепловое расширение металла по оси электродов (ползун заклинивается) . На значение F_св влияет также масса подвижных частей.

Необходимый график сварочного усилия можно получить, применив тот или иной тип привода.

Педально-грузовой привод (рис. 5, а) — наиболее простой и надежный, с помощью него можно получить простейшие графики циклов с постоянным усилием (например, изображенные на рис. 4, а — г).

Перемещением груза 1 по штанге 2 можно плавно менять F_св на электродах. Опускание, сжатие и подъем осуществляют нажатием педали через систему рычагов. Чем больше F_св, тем больше усилие на педали и сильнее утомляемость сварщика. Такой привод применяют в машинах мощностью до 10 кВА и с усилием от нескольких ньютонов до 1000 Н (в небольших конденсаторных машинах, монтажных столах для микросварки)

Пружинный привод (рис. 5, б, в). Сварочное усилие прикладывается при нажатии на педаль 3 (рис. 5, б) и сжатии пружины 1 . Его регулируют изменением предварительного сжатия пружины гайкой 2 Применение педально-пружинного привода целесообразно на небольших машинах переменного тока мощностью до 25 кВ • А и усилием до 3 кН. Электромагнитное сжатие пружины (рис. 5, в) освобождает сварщика от необходимости сильно нажимать на педаль Такой привод позволяет резко повысить темп сварки Пружина сжимается при выталкивании сердечника 3 из катушки 4. Как и педально-грузовой, пружинный привод обеспечивает лишь график с постоянным усилием.

Рис. 5. Типы механизмов сжатия контактных сварочных машин

Пневматический привод (рис. 5, г) наиболее распространен в стационарных машинах средней и большой мощности (до 1000 кВ • А) при усилии 1,5. . .200 кН. Быстродействующий, легко управляемый, он используется в сочетании с синхронными прерывателями тока. Пневматический привод универсален. В зависимости от конструкции пневмоцилиндра, камер, их числа, вида, пневмо- и электроаппаратуры можно создать почти любой график усилия. Работу пневмопривода обычно автоматизируют и синхронизируют с работой прерывателя (может быть автоматизирован также дополнительный ход электродов).

На рис. 6 показана схема работы пневмопривода точечной машины с трехкамерным силовым цилиндром, с помощью которого можно получить графики, приведенные на рис. 4.

Верхняя камера К₁ силового цилиндра 6 в ходе работы машины постоянно заполнена через трехходовой кран 9 воздухом из сети. Поэтому верхний поршень 5 находится в крайнем нижнем положении, т. е. «висит» на гайке регулировки рабочего хода 7. Средняя камера К₂ — рабочая. При включении электропневматического клапана А воздух под рабочим давлением Р_раб опускает нижний поршень 4 и через пружину 3 ползун 1 сдавливает детали. Значение F^ зависит не только от Р_раб, но и от противодавления Р_пр в камере К₃ .

Рис. 6. Пневмопривод машины МТПУ-300: а — принципиальная схема; б — включение (+) и выключение (-) электро- пневматических клапанов А и Б; в — конструкция цилиндра; 1 — ползун; 2 — направляющие качения; 3 — пружина; 4 — нижний поршень; 5 — верхний поршень; 6 — корпус цилиндра; 7 — гайка; 8 — дроссель; 9 — трехходовой кран; 10 — быстродействующий клапан; 11 — электропневматический клапан; 12 — редуктор с манометром

Чем больше Р_пр тем меньше F_св. При одновременной работе клапанов А и Б F_св имеет малое и постоянное значение.

Если клапан противодавления Б выключить при включенном клапане А, то воздух из нижней камеры выйдет в атмосферу и усилие сжатия возрастет. Так получают график цикла с проковкой. Эффект проковки повышается при быстром стравливании воздуха, поэтому применяют специальный клапан 10 с повышенным сечением выхлопных каналов. Несложно получить и предварительное обжатие зоны сварки.

Для подъема электрода при рабочем ходе выключают клапан А и включают клапан Б. Величина хода равна расстоянию между поршнями и регулируется гайкой 7. При стравливании воздуха из верхней камеры под действием Р_пр оба поршня перемещаются вверх до предела Происходит дополнительный ход электродов.

В быстроходных точечных машинах, например типа МТ-1615, в приводе сжатия вместо нижнего поршня применяют «плавающую» резиновую диафрагму (рис. 7), которая обеспечивает точность приложения усилия сжатия и меньшую инерционность привода.

Рис. 7. Трехдиафрагменный привод электродов машины контактной сварки: а — принципиальная пневмосхема; б — включение и выключение клапанов подачи воздуха в полости пневмокамер.

Если через определенный регулируемый отрезок времени включить клапан Б и параллельный ему Д (с увеличенным проходным сечением), то воздух из поддиафрагменной полости К₄ быстро выйдет в атмосферу Сварочное усилие возрастет до конечного значения F_св2 и будет определяться суммой усилий от давлений Р₀ и Р₁.

Ковочное усилие получается при срабатывании нижних клапанов В и Г. Значение F_к обусловлено суммой усилий от Р₀, Р₁ и Р₂ . Аналогично ковочному устанавливают усилие предварительного обжатия Если клапаны Г и В не включают, сварка ведется на усилии F_св2 без обжатия и проковки. Если не включают клапаны Б, Д, Г и В, то сварка проходит с постоянным усилием F_св1 (штриховые линии на графике)

Гидравлический привод (см. рис. 5, г) применяют главным образом в передвижных контактных машинах типа клещей для точечной и шовной сварки, а также в многоточечных машинах.

Использование в качестве рабочей жидкости масла или воды под большим давлением (5. . .10 МПа) позволяет резко уменьшить площадь цилиндров и массу привода. Такие давления создают различными гидронасосами, а также пневмогидравлическими мультипликаторами, которые получили значительное распространение в подвесных клещах (рис. 8) .

Для сжатия деталей воздух из сети через редуктор 7, ресивер 8, лубрикатор 6, электропневматический клапан 5 и дроссель 9 подается в верхнюю камеру мультипликатора 4. Поршень 3 опускается, и его плунжер 1 создает давление масла, превышающее воздушное во столько раз, во сколько площадь плунжера меньше площади поршня (обычно в 20 раз) . По бронированному шлангу масло попадает в силовой гидроцилиндр клещей. При обратном ходе клапан 5 выпускает воздух из мультипликатора в атмосферу, а возвратная пружина мультипликатоpa 2 и пружина клещей вытесняют масло обратно. Усилие в мощных клещах может достигать 8 кН, рабочий ход 30 мм.

Рис. 8. Схема пневмогидравлического привода

Гидроцилиндр многоточечной машины — типичный силовой цилиндр с возвратной пружиной. При давлении масла 10 МПа и диаметре поршня всего 25 мм он развивает усилие около 5 кН, рабочий ход может быть свыше 50 мм.

Электромагнитный привод (см. рис. 5, д, и рис. 9) позволяет получить практически любой график усилия (см. рис. 4).

На корпусе машины неподвижно укреплена катушка 1 (статор), на подвижном штоке — ферромагнитный диск 2 (якорь). Возникающее при подключении катушки магнитное поле притягивает якорь. Сварочное усилие становится больше начального. Катушка питается либо от самостоятельного источника электроэнергии 4 (по заранее заданной программе), либо от первичной цепи сварочного трансформатора 5. В последнем случае при увеличении силы тока плавно возрастает сварочное усилие. Чем больше меняется сила тока, тем круче кривая сварочного усилия.

Рис. 9. Электромагнитный привод сжатия

Начальное усилие может быть задано любым из ранее рассмотренных систем, например грузом 3. Однако наиболее универсально сочетание электромагнитного привода с пневмоприводом В этом случае можно получить не только начальное усилие F_св1 (см. рис. 4, ж), но и усилия предварительного обжатия Fобж и проковки F_к. Электромагнитный привод находит применение в небольших машинах точечной сварки, где требуется тонкая регулировка формы F_св с плавным, но быстрым его нарастанием.

Дилатометрический привод (см. рис. 5, е), объединенный с пневматическим, также обеспечивает любой график возрастания усилия (см. рис. 4). Принцип основан на использовании эффекта теплового расширения нагреваемого металла как средства для дополнительного сдавливания зоны сварки. Специальным заклинивающим устройством 1 (см. рис. 5, е) ограничивают тепловое расширение металла по оси электродов. Для этого предотвращают движение ползуна 2 вверх, жестко соединяя его с корпусом. Головка заклинивается после сжатия деталей и приложения F_св1. При кристаллизации ядра можно приложить ковочное усилие или через некоторое время просто расклинить систему.

Эффективность работы такого привода в значительной степени зависит от жесткости консолей и корпуса машины Наиболее удобны для его использования машины с увеличенной жесткостью консолей и корпуса (например, машины для рельефной сварки), а также установки портального типа.

Привод вращения роликов. Привод вращения должен обеспечивать надежное и регулируемое перемещение свариваемых деталей на шаг точек.

В зависимости от назначения, мощности и типа машины вращение роликов может быть непрерывным и прерывистым Приводным роликом может быть как верхний, так и нижний или сразу оба Привод непрерывного вращения обычно представляет собой электроредукторную систему со сменными шестернями и карданным валом Вал соединен с нижней консолью непосредственно или с верхней консолью — через конические шестерни. При необходимости регулирования скорости применяют вариатор, двигатель постоянного тока или муфту скольжения.

Рис. 10. Привод непрерывного вращения верхнего ролика универсальной машины МШ-2001: а — схема; б — конструкция.

На рис. 10 показан привод вращения верхнего ролика. Вращение от асинхронного двигателя 8 (рис. 10, а) через электро- управляемую муфту скольжения 7, планетарный редуктор 6 и карданный вал 5 передается на конические шестерни 4 (рис. 10, б). Затем через пару цилиндрических шестерен 3 и 2 крутящий момент передается верхнему ролику 1 .

Для прерывистого (шагового) вращения роликов применяют пневматические шаговые устройства и магнитные муфты. Одна из конструкций пневматического шагового привода вращения верхнего ролика (машины типа МШШТ-600) показана на рис. 11. Привод состоит из пневматического цилиндра 5, храпового механизма 3 и зубчатого редуктора 2. При срабатывании соответствующего электропневматического клапана воздух подается в нижнюю камеру цилиндра и выходит из верхней Поршень 6 перемещается вверх, с помощью собачки поворачивает храповое колесо 7 и через редуктор 2 — приводной ролик 1 .

Рис. 11. Храповой механизм вращения ролика с пневмоприводом

При подаче воздуха в верхнюю камеру поршень опускается и вторая собачка поворачивает колесо еще на один шаг. Шаг регулируют изменением хода поршня при помощи гайки 4. Привод рассчитан на движение с шагом 2. . . 40 мм. При включении импульса сварочного тока через шаг перемещение увеличивается в 2 раза Пневмопривод позволяет получить большие крутящие моменты, однако частое стравливание воздуха создает шум, а поступательное движение поршня — вибрацию сварочной головки.

В некоторых специализированных машинах привод вращения роликов отсутствует. В этом случае сварочная головка с роликом или стол с изделием перемещается на шаг точек обычным винтовым механизмом с приводом от электродвигателя

2. Поддерживающие и перемещающие приспособления

Эти устройства предназначены для установки узла в определенное положение по отношению к электродам и другим токоведущим элементам (роликам, плитам и т. д. ). В ряде случаев эти же устройства служат для перемещения изделия в процессе сварки.

Немеханизированные поддерживающие устройства представляют собой различного рода опоры, тележки, рольганги, подвески и другие приспособления. Нашли применение устройства, перемещающие детали на воздушной подушке.

Механизированные устройства имеют привод для перемещения узлов.

На рис. 12 приведены конструкции относительно простых поддерживающих приспособлений, применяемых при шовной и точечной сварке. Основная часть этих устройств — опорные ролики, установленные на раме и имеющие возможность перемещаться в вертикальном направлении для выравнивания изделия. Рабочую.

Рис. 12. Способы поддержания узла при шовной сварке: 1 — рычаг; 2 — рама; 3 — деталь; 4 — опорные ролики; 5 — механизм подъема; 6 — машина шовной сварки.

поверхность роликов обычно выполняют из мягких изоляционных материалов. Изделия перемещают с помощью роликов машины, а при точечной сварке — вручную.

Для ввода изделия в рабочее пространство машины и его перемещения опорные узлы часто устанавливаются на тележках.

При сварке крупногабаритных изделий сложной формы применяют немеханизированные подвесные приспособления, представляющие собой захваты, укрепленные на кран-балке

3. Стыковая сварка

Это способ контактной сварки, при котором детали соединяются по всей площади их касания. Наибольшее распространение среди способов стыковой сварки получили стыковая сварка сопротивлением и оплавлением При сварке сопротивлением (рис. 13, а) детали 1 укрепляют в токоподводах 2, 5 и сжимают с усилием F. Подача напряжения на первичную обмотку сварочного трансформатора вызывает появление тока I во вторичном контуре 3 и нагрев деталей в стыке 4 до температуры, близкой к температуре плавления металла (0,8. . . 0,9) Т_пл . Затем резко увеличивают усилие (выполняют осадку деталей), в результате чего в твердой фазе образуется сварное соединение.

Рис. 13. Схемы основных методов контактной стыковой сварки: а — сварка сопротивлением; б — непрерывная сварка; в — сварка с подогревом токами высокой частоты.

Сварку оплавлением подразделяют на сварку непрерывным оплавлением и оплавлением с подогревом. При сварке непрерывным оплавлением детали сближают с определенной скоростью при включенном сварочном трансформаторе. Оплавление деталей происходит в результате непрерывного образования и разрушения контактов-перемычек между их торцами и сопровождается интенсивным выбросом частиц расплавленного металла и укорочением деталей При оплавлении на торце формируется сплошной слой жидкого металла, который при осадке вместе с загрязнениями (оксидными пленками) выдавливается из стыка в виде грата. При сварке оплавлением с подогревом детали предварительно подогреваются методом сопротивления (аналогично сварке сопротивлением) в процессе кратковременных замыканий их торцов, а затем оплавляются.

Стыковая сварка токами высокой частоты (от нескольких тысяч герц) во многом аналогична стыковой сварке (рис. 13, в). В этом случае детали нагреваются индуктором 6, связанным с электрическим генератором 7, за счет вихревых токов, возникающих в детали 1 при действии переменного магнитного поля. Радиочастотная сварка (рис. 13, б) характеризуется постепенным прогревом зоны сварки при движении заготовки внутри индуктора Вследствие проявления эффекта близости нагревается весьма узкая область металла. На стыке деталей часто наблюдается оплавление металла, который выдавливается усилием сжимающих деталь роликов 8. Радиочастотную сварку обычно применяют при изготовлении труб и профилей из сталей и цветных металлов. Широкое распространение получила стыковая сварка пластмассовых изделий.

Стыковую сварку применяют для изготовления деталей замкнутой конфигурации (ободьев колес, шпангоутов, цепей), сложных деталей из простых заготовок, для приваривания режущей части инструмента из быстрорежущей стали к державке из углеродистой стали.

Для сварки сопротивлением применяются машины серии МСС, для сварки сопротивлением и оплавлением — МСО, для сварки оплавлением — К-19ОПК-К-724, К1000, К920, К900 и др. Для автоматической сварки стыков труб магистральных трубопроводов в полевых условиях выпускаются комплексы оборудования (например, СТЫК-04).

Классификация машин для стыковой сварки. Машины для стыковой сварки классифицируются:

• по способу нагрева деталей — для сварки сопротивлением, непрерывным оплавлением, оплавлением с подогревом и импульсным оплавлением;
• приводу подачи — с рычажным, пружинным, электрическим, пневматическим, гидравлическим, пневмогидравлическим и комбинированным механизмом перемещения деталей при сварке;
• зажимным устройствам — с рычажным, эксцентриковым, винтовым, электрическим, пневматическим, гидравлическим, пневмо- гидравлическим и комбинированным механизмом зажатия деталей;
• роду тока — переменного тока промышленной частоты (однофазные), конденсаторные машины, низкочастотные машины (трехфазные) и машины постоянного тока (трехфазные с выпрямлением тока в сварочном контуре);
• степени автоматизации процесса сварки — неавтоматические (с ручным приводом), полуавтоматические (подогрев ведется неавтоматически, оплавление и осадка — автоматически) и автоматические;
• назначению — универсальные и специализированные;
• способу установки — стационарные и передвижные.

В настоящее время наиболее широко распространены автоматические машины, в которых автоматизирован только сварочный процесс (подогрев, оплавление и осадка) Машины-автоматы применяют в массовом производстве небольшого ряда изделий: цепей, заготовок клапанов, инструмента и др.

Универсальные машины используют для сварки различных деталей в мелкосерийном и индивидуальном производстве, а специализированные — для сварки однотипных деталей в условиях крупносерийного и массового производства.

Основные узлы машин. Машины для стыковой сварки имеют следующие основные узлы и элементы (рис. 14): станину 2, неподвижную плиту 4, подвижную плиту 8, которая перемещается по направляющим 9 приводам подачи 10, зажимные устройства 6 и 7, трансформатор 1, токоподводы 3, губки 5 и аппаратуру управления 11

В качестве источника энергии в стыковых машинах наиболее широко применяют однофазные трансформаторы промышленной частоты. Они преобразуют электрическую энергию сети стандартного напряжения в энергию низкого напряжения (0,2. . . 25 В) с большим током (1. . . 300 кА). Для стыковой сварки деталей большого сечения (рельсов, толстостенных труб) иногда применяют ток пониженной частоты (10 Гц) .

Губки стыковых машин обеспечивают подвод тока к деталям и удерживают детали от проскальзывания при осадке. Форма губок зависит от формы свариваемых деталей (рис. 15). Для губок применяют сплавы на основе меди. Наибольшей стойкостью в условиях стыковой сварки обладают сплавы НБТ, Мц2 и Мц3. Нетокоподводящие губки часто делают стальными, иногда с насечкой для увеличения коэффициента трения.

Иногда в губках имеются специальные каналы для охлаждения их водой.

Рис. 14. Конструктивная схема машины для стыковой сварки

Рис. 15. Губки стыковых машин

Конструкция станины должна выдерживать значительные усилия, возникающие при осадке, иначе нарушается соосность свариваемых деталей и возможно образование трещин в стыке. Станины изготовляют сварными или литыми, они имеют горизонтальный (чаще всего), наклонный или вертикальный стол.

На столе машины установлены неподвижный зажим и направляющие цилиндрической или прямоугольной формы, по которым перемещается подвижная плита с укрепленным на ней подвижным зажимом. Она также может вращаться около регулируемых опор по дуге большого радиуса, близкой к прямой.

В мощных машинах (например, МСГ-500 (рис. 16)) подвижная плита (зажим) крепится непосредственно к круглым штангам 1, установленным в направляющих втулках 4, закрепленных на жесткой коробчатой станине 6. Неподвижный зажим 3 крепится к станине через изолятор 5. Трансформатор 7 соединяется с нижними губками гибкими шинами 2. Один из зажимов (обычно неподвижный) электрически изолирован от стола и станины.

Рис. 16. Машина стыковой сварки МСГ-500

Привод подачи стыковых машин при сварке сопротивлением обеспечивает сжатие деталей и их деформацию при осадке; при сварке оплавлением — плавное сближение деталей по определенному закону при оплавлении и быстрое сближение и деформацию деталей при осадке. При использовании прерывистого подогрева сопротивлением привод осуществляет возвратно-поступательное движение, а также сжатие и некоторую деформацию деталей при отдельных замыканиях сварочной цепи.

Самый простой привод — рычажный — состоит из системы коленчатых рычагов, позволяющих получить усилие осадки, в десятки раз превышающее усилие, прилагаемое сварщиком. Его применяют в неавтоматических машинах мощностью до 100 кВ • А. Схема одного из вариантов рычажного привода приведена на рис. 17, а. Сварщик вращает коленчатый рычаг 4 вокруг неподвижной оси 3, при этом регулируемая по длине тяга 2 перемещает подвижную плиту 1 с зажимом. В машинах с ручным рычажным приводом усилие осадки не превышает 50 кН.

Пружинный привод обычно применяют в машинах небольшой мощности для сварки сопротивлением В машинах мощностью 3…5 кВ • А такой привод (рис. 37, б) развивает усилие 0,75… 1 кН. При повороте рычага 4 эксцентрик 1 перемещает подвижный зажим 2 вправо, сжимая пружины 5. Исходное положение зажима при сжатых пружинах фиксируется защелкой 3. После зажатия свариваемых деталей освобождают защелку и включают сварочный ток. Под воздействием пружин детали сжимаются и по мере нагрева током деформируются.

Рис. 17. Рычажный и пружинный приводы подачи стыковых машин

Электропривод применяют в автоматических и полуавтоматических машинах для перемещения подвижного зажима при оплавлении и осадке. В машинах, предназначенных для сварки однотипных деталей, когда не требуется часто изменять режим сварки, широко используют кулачковый механизм перемещения зажима.

Многие стыковые машины имеют комбинированный привод — электрический при оплавлении и пневматический, пневмогидравлический или гидравлический при осадке. В мощных машинах для сварки с предварительным подогревом применяют электропривод с винтовым механизмом перемещения подвижного зажима с усилием осадки до 200 кН.

Гидравлический привод подачи широко применяют в машинах средней и большой мощности. Он надежен в работе, обеспечивает широкие пределы регулирования скорости подачи и развивает практически любые усилия осадки (3000 кН и более). В машинах с гидравлическим приводом скорость перемещения подвижного зажима изменяется при помощи регулирования либо проходного сечения дросселя, через который протекает масло, либо следящего золотникового устройства.

В ряде машин использован пневматический привод с гидротормозом. Он обеспечивает большую скорость осадки и широкий диапазон регулирования скорости при оплавлении. Наряду с использованием пневмоцилиндров в таких приводах применяют диафрагменные камеры.

Зажимы обеспечивают точную установку деталей относительно друг друга, создают токоподвод к деталям от источника тока и исключают проскальзывание деталей при осадке. Детали в зажимах устанавливают с упорами и без упоров.

Конструкции зажимов очень разнообразны и определяются формой и размерами свариваемых деталей, необходимым усилием зажатия и характером производства. На машинах малой и средней мощности применяют ручные (эксцентриковые, винтовые или рычажные) и пневматические зажимы, на машинах большой мощности — пневмогидравлические, гидравлические и зажимы с электроприводом.

В эксцентриковом зажиме (рис. 18) зажатие детали происходит при повороте ручки 6. Эксцентрик 7, действуя на рычаг 3, поворачивает его вокруг оси 2 и зажимает детали между губками 8 и 9. Расстояние между губками регулируется винтами 1 и 5. Пружина 4 удерживает рычаг 3 в верхнем положении. Эксцентриковые зажимы развивают небольшое усилие зажатия, но отличаются быстродействием.

Рис. 18. Ручной эксцентриковый зажим стыковых машин

В машинах мощностью 100. . .200 кВ • А широко используют различные быстродействующие пневматические зажимы. Для уменьшения диаметра цилиндра обычно применяют рычажную систему (рис. 19) . Усилие от пневмоцилиндра 1 через шток 2 и рычаг 3, который вращается вокруг оси 4, передается на деталь 5. Усилие зажатия определяется давлением воздуха в пневмоцилиндрах, конструкцией рычагов и не зависит от размера деталей Усилие зажатия пневматических зажимов составляет 20. . .100 кН.

В мощных стыковых машинах применяют пневмогидравлические и гидравлические зажимы, обеспечивающие усилие зажатия 200 5000 кН.

Рис. 19. Пневматический зажим стыковых машин

Гидравлические зажимы применяют в мощных машинах с гидроприводом подачи, когда требуются очень большие усилия зажатия. В мощных машинах с электроприводом подачи иногда применяют винтовые зажимы с электрическим приводом.

Упорные приспособления воспринимают усилие осадки и предотвращают проскальзывание деталей в зажимах. При использовании упоров уменьшается износ губок. Конструкции упорных приспособлений определяются формой и размерами свариваемых деталей. Упоры устанавливают на плитах сварочной машины, а при сварке длинных деталей — на специальных направляющих. Типовое неподвижное упорное приспособление, применяемое на машинах мощностью 100. . .300 кВ • А, — это винт, который контрится гайкой.

На машинах для сварки коротких деталей упоры объединяют с зажимными приспособлениями. Обычно это упорные винты или заплечики в губках зажимного устройства.

Помимо упорных устройств, на стыковых машинах применяют различные центрирующие устройства, облегчающие совмещение осей свариваемых деталей, и опорные устройства, поддерживающие штанги упорных приспособлений и исключающие прогиб длинных и недостаточно жестких деталей.

Аппаратура управления обеспечивает определенную последовательность работы всех узлов машины. Системы управления предварительным подогревом подразделяют на три группы

1. Системы первой группы управляют длительностью импульсов тока при подогреве и пауз между ними, переход к оплавлению происходит самопроизвольно
2. Системы второй группы жестко задают длительность импульсов тока и пауз между ними, а также общую длительность подогрева. По истечении заданного времени подогрева осуществляется принудительный переход к оплавлению путем либо снижения скорости подачи, либо повышения напряжения сварочного трансформатора до значений, при которых обеспечивается устойчивое оплавление
3. . Системы третьей группы с обратными связями по энергии, мощности или температуре обеспечивают стабильное температурное поле в деталях, исключая влияние колебаний напряжения сети, сопротивления сварочного контура и других возмущающих факторов

В системах управления машин имеются блокирующие и защитные устройства, предотвращающие поломку узлов машины при несоблюдении заданной последовательности их работы. Например, исключается возможность включения сварочного трансформатора без зажатия деталей, работа привода подачи без включений трансформатора и т п.

В машинах для сварки сопротивлением процессом управляют:

• при помощи реле времени;
• по величине перемещения зажима при осадке (конечными выключателями или датчиками перемещения);
• по температуре нагрева деталей (фотопирометрами).

Стыковые машины общего и специального назначения. Стыковые машины общего назначения — делят на три группы:

1. автоматические малой мощности для сварки сопротивлением;
2. неавтоматические средней мощности с рычажным управлением для сварки оплавлением и сопротивлением;
3. автоматические для сварки оплавлением

Третья группа объединяет машины средней и большой мощности, различающиеся способом нагрева деталей:

• для сварки непрерывным оплавлением;
• для сварки оплавлением с подогревом;
• для сварки импульсным оплавлением.

Стыковая машина МС-0,75-2 (рис. 20) имеет подставку 1 с трансформатором 2, на котором размещена сварочная головка 7, состоящая из подвижной и неподвижной плит с рычажно-пружинными зажимами 3 и зажимами для термообработки 4. Подвижная плита при нагреве и осадке перемещается сменными пружинами. Малая пружина обеспечивает усилие до 6 Н, большая — до 32 Н.

Рис. 20. Машина МС-0,75-2 для стыковой сварки проволоки

Подвижная плита отводится в исходное положение эксцентриком и расположена на шариковых направляющих, обеспечивающих коэффициент трения 0,05. Машина имеет дисковые ножи для обрезки проволоки, осветитель 5 и лупу 6. Машины МС-0,75-2,

МС-3, МС-301 и МС-501 позволяют сваривать проволоку и прутки из низкоуглеродистой стали сечением 1, 9, 50 и 78 мм 2 соответственно.

Во вторую группу входят машины мощностью 25. ..100 кВ • А: МСР-25, МСР-50, МСР-75, МСР-100, МС-804-2,

МС-1202 и МС-1602. Машины имеют рычажный привод подачи. Они предназначены преимущественно для сварки непрерывным оплавлением и оплавлением с подогревом, но могут быть использованы также для сварки сопротивлением Машины МСР-25 и МС-804-2, наряду с рычажным, имеют пружинный привод подачи, облегчающий выполнение сварки сопротивлением Машины МСР-50, МСР-75 и МСР-100 снабжены рычажно-винтовыми зажимами, а машины МСР-25, МС-1202 и МС-1602 — эксцентриковыми. Машины МС-1202 и МС-1602 позволяют сваривать непрерывным оплавлением детали из низкоуглеродистой стали сечением, соответственно, до 300 и 600 мм 2 , а оплавлением с подогревом — до 700 и 1400 мм 2 .

Для автоматической сварки оплавлением деталей среднего сечения применяют машины СМ-50, МСМУ-150, МС-1604 и др. Машины СМ-50 и МСМУ-150 (рис. 21) имеют кулачковый электропривод подачи и пневматические зажимы и позволяют сваривать.

Рис. 21. Автоматическая стыковая машина МСМУ-150 для сварки непрерывным оплавлением

непрерывным оплавлением детали из низкоуглеродистой стали сечением до 600 и 1000 мм 2 соответственно. Машина МСМУ-150 оснащена также рычажным приводом подачи, который позволяет осуществлять сварку оплавлением с подогревом. При полуавтоматической сварке с подогревом сечение свариваемых деталей из низкоуглеродистой стали достигает 2000 мм 2 .

Привод подачи машины включает электродвигатель 5, клиноременную передачу 4 и червячный редуктор 3. Вариатор скорости 1 позволяет регулировать скорость вращения кулака, перемещающего подвижную плиту при оплавлении и осадке Плита возвращается в исходное положение и прижимается к кулаку сжатым воздухом, поступающим в цилиндры 2.

Для сварки оплавлением с подогревом деталей большого сечения применяют машины МСГА-300, МСГА-500, РСКМ-320У и др. Машины МСГА-300 и МСГА-500 имеют гидравлический привод подачи и пневмогидравлические зажимы. Неподвижный зажим установлен на наклонном столе Подвижный зажим укреплен на двух жестких штангах, перемещающихся в направляющих Привод подачи имеет два гидроцилиндра, установленных на столе Машина снабжена командным устройством и указателем перемещения подвижного зажима Скорость подачи при оплавлении регулируется дроссельным краном в гидросистеме.

Для сварки деталей больших сечений методом непрерывного оплавления применяют машины с программным регулированием напряжения при оплавлении. Эти машины имеют значительно более высокие технические показатели по сравнению с машинами, предназначенными для сварки оплавлением с подогревом. Например, машина К-190П номинальной мощностью 170 кВ • А предназначена для сварки непрерывным оплавлением деталей сечением до 10 000 мм 2 . Машина имеет гидравлический привод зажатия деталей и гидравлический привод подачи со следящим золотниковым устройством.

Рис. 22. Машина для стыковой сварки сопротивлением типа PF

Специализированные машины предназначены для сварки однотипных деталей: полос и листов, труб, рельсов, шпангоутов, цепей, труб в полевых условиях и т д.

Машина стыковой сварки сопротивлением типа PF (рис. 22) с тремя цилиндрами на давление 0,6 МПа имеет два пневмоцилиндра типа «тандем» для зажима с усилием 9 кН и один цилиндр усилия осадки 3 кН, зажимные губки для диаметров от 4 до 20 мм. Она оснащена двухкнопочной стойкой включения цикла. Трансформатор, губки, вторичный контур в машине охлаждаются водой. Регулировка тока сварки выполняется с помощью фазового регулирования.

Выпускается очень много сварочных машин для стыковой сварки пластиковых труб — от машин с ручным приводом сжатия (рис. 23) до машин, у которых сжатие выполняется гидравликой Такими устройствами современные сантехники сваривают водопроводные трубы и трубы отопления в наших домах.

Рис. 23. Машина для стыковой сварки пластиковых труб фирмы O.M.I.S.A. S.r.l.

Рис. 24. Схема выполнения точечной сварки

4. Точечная и шовная сварка

Точечная сварка — способ контактной сварки, при котором детали свариваются в отдельных ограниченных участках касания, называемых точками. При точечной сварке (рис. 24) детали 1 собираются внахлест, предварительно сжимаются с силой F с помощью электродов 3 из медных сплавов и нагреваются подводимым с двух сторон через электроды электрическим током I до появления внутри деталей расплавленной зоны 4 — ядра или точки. Расплавленный металл удерживается в ядре от выплеска и надежно защищается от окружающей атмосферы уплотняющим пояском 2, представляющим собой зону пластической деформации, непосредственно примыкающую к ядру После выключения тока действие усилия сохраняется еще некоторое время, чтобы кристаллизация ядра происходила под давлением — для предотвращения дефектов усадки (трещин, рыхлостей) . Для деталей больших толщин и из металлов с малой пластичностью давление увеличивают с целью проковки ядра.

Нагрев при точечной сварке обычно осуществляется импульсами переменного тока (50 Гц) или униполярными импульсами (ток одной полярности с переменной амплитудой в течение импульса) относительно малой продолжительности (0,01. . . 0,5 с).

По способу подвода тока точечная сварка может быть как двусторонней, так и односторонней При односторонней сварке ток подводят к одной из деталей (рис. 25) . Для того чтобы обеспечить достаточное тепловыделение в месте контакта деталей, часто со стороны нижнего листа используют шунтирующую медную подкладку 5. Различают одноточечную сварку, когда за одну операцию выполняют одну точку, и многоточечную — одновременно свариваются две и более точки.

Рис. 25. Схема односторонней точечной сварки: 1 — детали; 2 — электроды; 3 — ядро; 4 — силовой трансформатор; 5 — шунтирующая подкладка.

В стационарных машинах для точечной сварки нижний электрод обычно неподвижен, а верхний перемещается рычажным приводом от педали — пневматическим (рис. 26, позиция 3) или гидравлическим. Для сварки листовой низкоуглеродистой стали небольших толщин применяются машины с радиальным ходом верхнего электрода (например, МТР-1201). Машины с прямолинейным ходом верхнего электрода предназначены для сварки низкоуглеродистой и легированной стали и сплавов. Они выпускаются в серии МТ Для сварки крупногабаритных изделий из легированных и низкоуглеродистых сталей, легких и титановых сплавов применяются машины с выпрямлением тока во вторичном контуре серии МТБ. Для сварки легких и других цветных сплавов, легированных и жаропрочных сталей выпускаются конденсаторные машины МТК-2201-МТК-8501.

Громоздкие изделия (кузова легковых и кабины грузовых машин, арматурные каркасы железобетонных изделий) сваривают с помощью подвесных машин серии МТП или клещей со встроенными трансформаторами КТ-801, К-243В, К-264. При крупносерийном и массовом производстве изделий с большим числом точек применяют многоэлектродные машины, например МТМ-166-МТМ-308.

Конструктивные элементы машин (см. рис. 26): консоли 4, электрододержатели 5, электроды 6, корпус 1, кронштейны 9, подкосы 8 — воспринимают значительные усилия от привода сжатия и теплового расширения металла в зоне сварки.

Рис. 26. Схема машины для точечной сварки: 1 — корпус; 2 — сварочный трансформатор; 3 — привод сжатия; 4 — консоли; 5 — электрододержатели; 6 — электроды; 7 — детали; 8 — подкос; 9 — кронштейн; 10 — гибкие шины; 11 — вторичный виток трансформатора; 12 — электрошкаф.

Некоторые из них, входящие во вторичный контур машины, служат одновременно токоподводящими элементами. Общий вид машины точечной сварки представлен на рис. 27.

Рис. 27. Машина для точечной сварки модели NKLP

Шовная сварка — способ контактной сварки, при котором между свариваемыми деталями создается непрерывное соединение (шов) путем постановки ряда частично перекрывающих друг друга точек. Подобное соединение обеспечивает получение герметичных швов. В случае шовной сварки ток подводят к деталям и передвигают их преимущественно при помощи двух вращающихся дисковых электродов (роликов) 3, связанных с приводом усилия сжатия сварочной машины (рис. 28). Как и при точечной сварке, металл нагревают импульсами тока различной формы без применения специальных средств защиты жидкого металла от атмосферного воздуха.

Рис. 28. Схема выполнения шовной сварки: 1 — свариваемые детали; 2 — цепочка ядер, образующая сплошной шов; 3 — ролики-электроды; 4 — силовой трансформатор.

Машины для шовной сварки обычно механически перемещают детали на шаг точек, поэтому они имеют привод вращения роликов (рис. 29, позиция 10; рис. 30, позиция 5).

Шовная сварка применяется в транспортном и сельскохозяйственном машиностроении, для изготовления ведер, баков и др Машины для шовной сварки на переменном токе обозначаются МШ-2201-МШ-3208. Схема шовной машины контактной сварки показана на рис. 29, а на рис. 30 приведен общий вид машины с приводом на оба ролика.

Можно выделить некоторые виды шовной сварки, в частности по способу подвода тока, числу роликов и одновременно свариваемых швов. Импульсы тока могут подаваться при непрерывном вращении деталей или электродов или в момент их кратковременной остановки.

Рис. 29. Схема шовной машины для контактной сварки: 1 — корпус; 2 — сварочный трансформатор; 3 — привод сжатия; 4 — консоли; 5 — ролики; 6 — детали; 7 — кронштейн; 8 — гибкие шины; 9 — вторичный виток трансформатора; 10 — привод вращения ролика.

Рис. 30. Шовная машина для точечной сварки с приводом на оба ролика: 1 — привод сжатия роликов; 2 — ролики; 3 — гибкие шины; 4 — педаль включения цикла; 5 — привод вращения роликов.

Рис. 31. Схема рельефной сварки: 1 — свариваемые детали; 2 — электроды; 3 — рельефы; 4 — силовой трансформатор; 5 — зона сварки.

В последнее время при изготовлении листовых конструкций для сварки листов встык находит распространение шовностыковая сварка.

5. Рельефная сварка

Является разновидностью точечной. Точки образуются в тех местах заготовки, где заранее сделаны выступы (например, штамповкой). Свариваемые заготовки сжимаются между плитами машины. При включении тока выступы спрессовываются до полного уничтожения (рис. 31). Часто на поверхности детали выполняют несколько рельефов или один протяженный выступ замкнутой формы (например, в виде кольца) и после прохождения сварочного тока получают одновременно несколько точек или непрерывный плотный шов (контурная рельефная сварка). Поскольку все точки свариваются за один ход машины, требуется значительная мощность.

У машин для рельефной сварки серии МР электроды выполнены в виде плит с пазами для установки приспособлений и закрепления деталей (рис. 32).

Рис. 32. Плиты для закрепления приспособлений или деталей на машине рельефной сварки: 1 — верхняя; 2 — нижняя; 3 — электроды для точечной сварки.

Технология определяет требования к сварочному оборудованию, которое представляет собой комплекс различных механизмов и устройств. Основной элемент оборудования — сварочная машина с системой управления, механизмом привода сжатия деталей и рядом конструктивных элементов, обеспечивающих жесткость и прочность машины (корпус, кронштейны, упоры, электроды, плиты и т.п.). Сварочная машина может быть оборудована средствами сопутствующего контроля качества соединений, а также средствами механизации и автоматизации вспомогательных операций (рис. 33).

Рис. 33. Машина фирмы CESMA общего назначения MT-NS ALU для точечной и рельефной сварки

При рельефной сварке возможно применение сложной электродной оснастки, включающей специальные устройства для выравнивания усилия между отдельными электродами. Для размещения оснастки между плитами в машинах должна быть предусмотрена возможность раздвигать плиты на значительные расстояния.

По способу электропитания рельефные машины разделены на основные группы:

• однофазные машины переменного тока;
• трехфазные низкочастотные машины;
• машины постоянного тока;
• конденсаторные машины.

Машины переменного тока типа МРП включают пять типоразмеров машин аналогичной или близкой конструкции (рис. 34). Они имеют пневматический поршневой привод давления, обеспечивающий плавное регулирование рабочего хода и возможность работы с дополнительным ходом верхней электродной плиты. Усилие сжатия создается давлением воздуха в рабочей камере, расположенной под нижним поршнем Верхний поршень предназначен для ограничения и регулирования рабочего хода электродной плиты. При изменении давления воздуха от 100 до 500 кПа У_ев регулируется в пределах 1:4. . .1:5. Ползун привода жестко соединен со штоком нижнего поршня привода и перемещается в направляющих скольжения (за исключением машины МРП-600, где применены направляющие качения). Сварочный ток подводится к контактным (электродным) плитам, имеющим Т-образные пазы, предназначенные для крепления в них электродных устройств и сварочных приспособлений. Конструкция машин предусматривает возможность использования их не только для рельефной, но и для точечной сварки С этой целью в электродных плитах всех машин, кроме МРП-600, установлены хоботы с электрододержателями и электродами (см. рис. 32, позиция 3) . Для изменения расстояния между плитами с целью размещения необходимой электродной оснастки предусмотрена возможность ступенчатой перестановки по высоте нижнего кронштейна.

Рис. 34. Машина типа МРП-400

Серия машин МРП заменена серией МР, которые работают как машины точечной и рельефной сварки При рельефной сварке в прессовом режиме у машин МР-1607 и МР-2507 расстояние между плитами для установки сварочных приспособлений или деталей 80, 150 и 220 мм, а у машины МР-4002 — 150 и 220 мм.

Модификации МР-2517 и МР-4017 имеют усилие сжатия при сварке F_cii = 25 кН. Конструкция привода электродов обоих типов машин обеспечивает высокие динамические свойства, регулирование усилия прижатия электродов в пределах не ниже 1 : 8 и возможность сварки с переменным усилием сжатия в одном цикле.

Рис. 35. Машина типа МР-6303

Диапазон изменения расстояния между электродными плитами увеличен. Перемещение нижней плиты на всем диапазоне плавное.

Серия машин типа МР с номинальным сварочным током до 100 кА для выполнения тяжелых работ включает восемь типоразмеров на I_св от 63 до 100 кА и F_св от 20 до 80 кН. Все машины представляют собой модификацию базовой модели — машины типа МР-6303 (рис. 35) . Конструкция машин предусматривает возможность установки на едином унифицированном корпусе сменных приводов давления и сменных трансформаторов. Этим обеспечивается возможность получения машин с разным сочетанием F_свN и F_свN

Номинальная потребляемая мощность у этих машин составляет от 600 до 1200 кВ • А, вторичное напряжение на номинальной ступени от 8 до 10,2 В, расстояние между электродными плитами от 50 до 450 мм, размеры электродных плит 300 х 400 мм.

Машина постоянного тока типа МРВ-6301 предназначена для рельефной сварки крупногабаритных изделий, в частности для приваривания деталей типа втулок, штуцеров и бобышек к крупногабаритным корпусным конструкциям Машина может использоваться также для точечной сварки деталей из легких сплавов, низкоуглеродистой стали, нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов, титановых сплавов и других материалов, свариваемых контактной сваркой.

Рельефные конденсаторные машины типа МТК наиболее широко применяются для кольцевой сварки корпусов полупроводниковых приборов (транзисторов, диодов) и микросхем с целью их герметизации Распространены однопозиционные машины типа.

МТК для сварки корпусов периметром от 10 до 120 мм и многопозиционные машины типа МРК для сварки корпусов периметром от 10 до 250 мм. Машины производят сварку энергией, запасенной в батарее импульсных электролитических конденсаторов типа К50И-1 емкостью от 34,3 • 10 3 до 550 • 10 3 мкФ. Количество запасенной энергии регулируется изменением емкости и напряжения конденсаторов.

Технологической особенностью конденсаторных машин является относительно малая длительность сварочного импульса. Увеличение емкости батареи конденсаторов и коэффициента трансформации сварочного трансформатора приводит к удлинению импульса разрядного (сварочного) тока. Тем не менее в машинах с технически и экономически целесообразными параметрами силовой электрической части время нарастания тока до максимума не превышает сотых долей секунды.

Рис. 36. Конденсаторная машина типа МТК-8002 для рельефной сварки

Все три типоразмера конденсаторных машин МТК имеют сходную конструкцию (рис. 36). Силовой частью корпуса машин 7, воспринимающей усилие, развиваемое приводом давления, является скоба 8. На верхней горизонтальной части скобы установлен привод давления 6, на нижней — скафандр 2 с расположенным внутри сварочным приспособлением 4. Привод электродов — пневматический поршневой с разными площадями верхней и нижней поверхности поршня. Это дает возможность работать в режиме с противодавлением, чем обеспечивается глубокое регулирование F^ . Усилие через блок тарельчатых пружин 5 передается на расположенный в сварочном приспособлении силуминовый ползун, который движется в роликовых направляющих 3. Особенностью конструкции сварочного приспособления является то, что направляющие ползуна жестко связаны с нижней частью скобы Это исключает влияние деформации скобы на параллельность рабочих торцов электродов 1 и улучшает качество сварки. Питание — от трансформатора 9.

В комплекты машин МТК-8002 и МТК-16001 входят отдельно стоящие станции управления и конденсаторные шкафы.

Серия машин типа МРК состоит из машин трех типоразмеров. Каждая из них может изготавливаться в двух исполнениях: многопозиционном повышенной производительности со встроенными поворотными столами и устройствами для выгрузки деталей и однопозиционном — без поворотных столов. Машины максимально унифицированы относительно базовой модели МРК-10001 (рис. 37) .

Рис. 37. Машина типа МРК-10001

В машинах МРК-160 предусмотрена возможность сварки не только одним, но и двумя импульсами тока. В зависимости от длительности временной задержки импульсы тока накладываются друг на друга или следуют друг за другом через паузу.

Привод давления — пневматический двухдиафрагменный. Глубокое регулирование усилия электродов обеспечивается возможностью работы привода в режиме с противодавлением. Особенностью конструкции привода является отсутствие уплотнений (манжет), что наряду с направляющими качения обеспечивает высокую подвижность верхнего электрода и стабильность F_св. В однопозиционных машинах применяется сварочное приспособление, исключающее влияние деформаций корпуса на параллельность рабочих торцов электродов.

Благодаря наличию поворотных столов многопозиционные машины серии МРК обладают более высокой производительностью, чем машины серии МТК. На поворотном столе размещены 12 контактных головок с электрододержателями и электродами. Установка деталей между электродами производится вручную, разгрузка — с помощью выталкивателя. На позициях загрузки и выгрузки электроды контактных головок находятся в разомкнутом состоянии Поворотный стол с шаговым движением перемещает контактные головки между позициями загрузки, сварки и выгрузки свариваемых деталей Темп работы может плавно меняться от 6 до 20 шагов в минуту.

На рельефных конденсаторных машинах приваривают штуцера и фланцы диаметром до 43 мм к горловинам топливных баков грузовых автомобилей, сваривают сепараторы шарикоподшипников, трубчатые элементы рамы велосипеда

6. Сварочные роботы

При выполнении большого объема работ в массовом производстве, особенно в автомобильной промышленности, нашли применение промышленные роботы различных конструкций Выполняя движения по заданной программе, робот оперирует сварочными клещами, обеспечивая сварку кузова автомобиля и не только. Обычно программа движений руки робота закладывается в его память методом обучения, когда сварщик проводит руку манипулятора по требуемой траектории и выполняет сварку в нужных местах Потом делается коррекция программы для устранения ненужных движений В дальнейшем записанная программа выполняется автоматически, без участия человека. Рука робота движется обычно с помощью электрогидравлических исполнительных устройств. При этом точность перемещения или расположения сварных точек достигает ±1,5 мм. Рабочий орган роботов способен нести мощные сварочные клещи, рассчитанные на работу с большими усилиями.

Рис. 38. Кинематические схемы промышленных сварочных роботов

В конструировании промышленных роботов различают два основных направления (рис. 38):

• движения кисти выполняются в сферической системе координат — повороты в вертикальной и горизонтальной плоскостях и радиальное движение (рис. 38, а);
• движение выполняется в соответствии с цилиндрической системой — поворот вокруг вертикальной оси, вертикальное и радиальное поступательное перемещение (рис. 38, б).

Рационально применение роботов и там, где имеются вредные условия труда При этом снижается процент брака и существенно возрастает производительность.