Особые виды контактной сварки. Разбираемся в чертежах сварочных швов по госту Обозначение конденсаторной сварки cd чертеж

– ваше любимое слово, вам вряд ли кто-нибудь поверит. Но если вы занимаетесь сваркой и претендуете на статус профессионала высокого класса, вам придется это слово если не полюбить, то относиться со всем уважением.

Его нужно не просто уважать, а хорошо разбираться в положенных государственных стандартах, касающихся типологии сварочных способов. Почему? Потому что, если вы работаете с чем-то серьезнее, чем старый тазик на даче, вы обязательно столкнетесь с рабочими чертежами, где будут в огромных количествах значки, буквы и аббревиатуры.

Все верно, без технических спецификаций и стандартных обозначений – никуда. Современные сварочные технологии – это широкий набор самых разных методов со своими требованиями и техническими нюансами. Все они укладываются в несколько стандартов, по которым мы сейчас пройдемся и рассмотрим самым внимательным образом.

Обозначения сварки на чертежах по ГОСТу на первый взгляд выглядят устрашающе. Но если разобраться и запастись оригинальными версиями трех главных ГОСТов по видам и обозначениям , обозначения станут понятными и информативными, а ваша работа точной и профессиональной.

Виды сварных соединений.

Сначала ЕСКД – это Единая Система Конструкторской Документации, если проще – комплекс всевозможных стандартов, согласно которым должны выполняться все современные технические чертежи, в том числе документация по сварочным работам.

В составе этой системы есть несколько стандартов, которые нас интересуют:

1. ГОСТ 2.312-72 под названием «Условные изображения и обозначения швов сварных соединений».
2. ГОСТ 5264-80 «Ручная дуговая сварка. Соединения сварные», в котором исчерпывающе описаны все возможные виды и обозначения сварных швов.
3. ГОСТ 14771-76 “Швы сварных соединений, сварка в защитных газах”.

Чтобы разобраться с условными обозначениями сварочных способов в инженерных чертежах, нужно разобраться и с их видами. Предлагаем взглянуть на пример обозначения на чертеже:

Выглядит громоздко и устрашающе. Но мы не будем нервничать и не спеша во всем разберемся. В это длинной аббревиатуре есть четкая логика, начнем двигаться по этапам. Разобьем этого монстра на девять составных частей:

Теперь эти же составные элементы по квадратам:

• Квадрат 1 – вспомогательные знаки для обозначения: замкнутая линия или монтажное соединение.
• Квадрат 2 – стандарт, по которому приведены условные обозначения.
• Квадрат 3 – обозначение буквой и цифрой типа соединения с его конструктивными элементами.
• Квадрат 4 – способ сварки согласно стандарту.
• Квадрат 5 – тип и размеры конструктивных элементов по стандарту.
• Квадрат 6 – характеристика в виде длины непрерывного участка.
• Квадрат 7 – характеристика соединения, вспомогательный знак.
• Квадрат 8 – вспомогательный знак для описания соединения или его элементов.

А теперь разберём в деталях каждый элемент нашей длинной аббревиатуры.

В квадрате №1 находится кружок – одна из дополнительных характеристик, символ кругового соединения. Альтернативным символом является флажок, обозначающий монтажный вариант вместо кругового.

Специальная односторонняя стрелка показывает шовную линию. С этой стрелкой связана еще одна специфическая особенность сварочных чертежей. У этой стрелки с односторонним оперением есть симпатичная особенность под названием «полка». Полка играет роль настоящей полки – все условные обозначения могут располагаться на полке, если указано видимое соединение.

Или под полкой, если это шов невидимый и расположен с обратной стороны, т.е. с изнанки. Что считать лицевой стороной, а что изнанкой? Лицевая сторона одностороннего соединения – всегда та, с которой производится работа, это просто. А вот в двустороннем варианте с несимметричными кромками лицевой стороной будет та, где идет сварка основного соединения. А если кромки симметричные лицевой и изнанкой могут любые стороны.

А вот самые популярные вспомогательные знаки, используемые в чертежах со сваркой:

Разбираем квадраты №2 и 3, виды швов по ГОСТам

Вариантами соединений вплотную занимаются два стандарта: уже знакомый нам ГОСТ 14771-76 и знаменитый ГОСТ 5264-80 о .

Чем знаменит второй стандарт: он был написан много лет назад – в 1981 году, и это было сделано так грамотно, что этот документ отлично работает до сих пор.

Пример чертежа сварных швов по ГОСТ.

Виды сварочных соединений следующие:

С – стыковой шов. Свариваемые металлические поверхности соединяются смежными торцами, находятся на одной поверхности или в одной плоскости. Это один из самых распространенных вариантов, так как механические параметры стыковых конструкций очень высокие. Вместе с тем этот способ достаточно сложный с технической точки зрения, он по силам опытным мастерам.

Т – тавровый шов. Поверхность одной металлической заготовки соединяется с торцом другой заготовки. Это самая жесткая конструкция из всех возможных, но за счет этого тавровый способ не любит и не предназначен для нагрузок с изгибаниями.

Н – нахлесточный шов. Свариваемые поверхности параллельно смещены и немного перекрывают друг друга. Способ довольно прочный. Но нагрузки переносит меньше, чем стыковые варианты.

У – угловой шов. Плавление идет по торцам заготовок, поверхности деталей держат под углом друг к другу.

О – особые типы. Если способа нет в ГОСТе, в чертеже обозначается особый тип сварки.

Оба стандарта в рамках ЕКСД хорошо перекликаются друг с другом и справедливо делят ответственность по видам:

Варианты изображения сварных швов на чертежах.

Соединения ручного дугового способа по ГОСТу 5264-80:

• С1 – С40 стыковые
• Т1 – Т9 тавровые
• Н1 – Н2 нахлесточные
• У1 – У10 угловые

Соединения сварки в защитных газах по ГОСТу 14771-76:

• С1 – С27 стыковые
• Т1 – Т10 тавровые
• Н1 – Н4 нахлесточные
• У1 – У10 угловые

В нашей аббревиатуре во втором квадрате указан ГОСТ 14771-76, а в третьем Т3 – тавровый способ без скоса кромок двусторонний, который как раз указан в этом стандарте.

Квадрат №4, способы сварки

Как обозначаются различные виды швов.

Также в стандартах присутствуют обозначения способов сварки, вот примеры самых распространенных из них:

• A – автоматическая под флюсом без подушек и подкладок;
• Aф – автоматическая под флюсом на подушке;
• ИH – в инертном газе вольфрамовым электродом без присадки;
• ИHп – способ в инертном газе с вольфрамовым электродом, но уже с присадкой;
• ИП – способ в инертном газе с плавящимся электродом;
• УП – то же самое, но в углекислом газе.

У нас в квадрате №4 указано обозначение сварки УП – это способ в углекислом газе с плавящимся электродом.

Квадрат №5, размеры шва

Это обязательные размеры шва. Удобнее всего обозначить длину катета, так как речь идет о тавровом варианте с перпендикулярным объединением под прямым углом. Катет определяют в зависимости от предела текучести.

Надо заметить, что, если на чертеже указано соединение стандартных размеров, длина катета не указывается. В нашем чертежном обозначении катет равен 6-ти мм.

Классификация сварных швов.

Дополнительно соединения бывают:

• SS односторонними, для которых дуга или передвигаются с одной стороны.
• BS двусторонними, источник плавления передвигается с обеих сторон.

В дело вступает третий участник нашей чертежно-сварочной тусовки – ГОСТ 2.312-72, как раз посвященный изображениям и обозначениям.

Согласно этому стандарту швы подразделяются на:

• Видимые, которые изображаются сплошной линией.
• Невидимые, обозначаемые на чертежах пунктирной линией.

Теперь вернемся к нашему первоначальному шву. Нам по силам перевести это условное обозначение сварки в простой и понятный для человеческого уха текст:

Двусторонний тавровый шов методом ручной дуговой сварки в защитном углекислом газе с кромками без скосов, прерывистый с шахматным расположением, катет шва 6 мм, длина провариваемого участка 50 мм, шаг 100 мм, выпуклости шва снять после сварки.

государственный стандарт

СОЮЗА ССР

КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И РАЗМЕРЫ

ГОСТ 15878-79

Издание официальное

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ

УДК 621.791.76.052:006,354 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

КОНТАКТНАЯ СВАРКА. СОЕДИНЕНИЯ СВАРНЫЕ

Конструктивные элементы и размеры

Resistance welding. Welded joints.

Design elements and dimensions

ГОСТ 15873-70

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 28 мая 1979 г. № 1926 срок действия установлен

1. Настоящий стандарт устанавливает конструктивные элементы и размеры расчетных сварных соединений из сталей, сплавов на железоникелевой и никелевой основах, титановых, алюминиевых, магниевых л медных сплавов, выполняемых контактной точечной, рельефной и шовной сваркой.

Стандарт не распространяется на сварные соединения, выполняемые контактной сваркой без расплавления металла.

2. В стандарте приняты следующие обозначения способов контактной сварки:

/С т - точечная;

Кр -рельефная;

К ш - шовная.

Для конструктивных элементов сварных соединений приняты следующие обозначения:

s и 51-толщина детали;

d - расчетный диаметр литого ядра точки или ширина литой зоны шва;

h и hi - величина проплавления;

g и g\ - глубина вмятины;

t - расстояние между центрами соседних точек в ряду;

с- расстояние между осями соседних рядов точек при цепном расположении;

С\ - расстояние между осями соседних рядов точек при шахматном расположении;

Издание официальное Перепечатка воспрещена

с 01.07. 1980 г. до 01.07. 1985 г.

Несоблюдение стандарта преследуется по закону

(§) Издательство стандартов, 1979

I - длина литой зоны шва;

f ~ величина перекрытия литых зон шва;

1\ - длина неперекрытой части лигой зоны шва;

В - величина нахлестки;

и - расстояние от центра точки или оси шва до края нахлестки;

п - число рядов точек.

3. Конструктивные элементы сварных соединений, их размеры должны соответствовать указанным на черт. 1, 2, 3 и в табл. 1, 3, 5 для соединений группы Айв табл. 2, 4, 6^ для соединений группы Б.

Группа соединения должна быть установлена при проектировании в зависимости от требований к сварной конструкции и особен-ноет ей технологического процесса сварки.

4. Величина нахлестки В для многорядных швов при цепном расположении точек В~2и + с (п-1); при шахматном расположении точек В = 2и + С\ (п-1).

5. В зависимости от вида нахлестки сварного соединения величину нахлестки В следует определять в соответствии с черт. 4.

6. Расстояние от центра точки или оси шва до края нахлестки и должно быть не менее половины минимальной величины нахлестки.

7. Допускается сварка деталей неодинаковой толщины; при этом размеры конструктивных элементов следует выбирать по детали меньшей толщины.

В случае - >2 минимальные величины нахлестки В у расстоя-

ние между центрами соседних точек в ряду t и расстояние между осями соседних рядов точек с следует увеличить в 1,2-1,3 раза.

8. При сварке трех и более деталей расчетный диаметр литого ядра точки d следует устанавливать раздельно для каждой пары сопрягаемых деталей. Допускается сквозное проплавление средних деталей.

9. Величина проплавления h y hi должна быть для магниевых сплавов от 20 до 70%, титановых---от 20 до 95% и остальных металлов и сплавов - от 20 до 80% толщины деталей.

10. При шовной контактной сварке величина перекрытия литых зон герметичного шва / должна быть не менее 25% длины литой зоны шва L

При шовной контактной сварке деталей толщиной менее 0,6 мм допускается уменьшение величины перекрытия литых зон шва до значений, гарантирующих герметичность сварного шва.

11. Глубина вмятины g y gi не должна быть более 20% толщины

детали. При сварке деталей с отношением - >2, в случае при-менения одного из электродов с увеличенной плоской рабочей по-

верхностью, а также при сварке в труднодоступных местах допускается увеличение глубины вмятины до 30% толщины детали.

Конструктивные элементы сварных соединений,

выполненных контактной точечной сваркой

а-неллакированные металлы; б - плакированные металлы; в -детали неравной толщины; 2 - разноименные металлы

Конструктивные элементы сварных соединений, выполненных контактной рельефной сваркой

Ппспе сдарки

Конструктивные элементы сварных соединений, выполненных контактной шовной сваркой

			Однорядный ш<	эв В, не менее	не м ен ее
	Св. 0,3 до 0,4
	Св. 0,4 до 0,6
	Св. 0,6 до 0,7
	Св. 0,7 до 0,8
	Св. 0,8 до 1,0
	Св. 1,0 до 1,3
	Св. 1,3 до 1,6
	Св. 1,6 до 1,8
	Св. 1,8 до 2,2
	Св. 2,2 до 2,7
	Св. 2,7 до 3,2
	Св 3,2 до 3,7
	Св. 3,7 до 4,2
	Св. 4,2 до 4,7
	Св. 4,7 до 5,2
	Св. 5,2 до 5,7
	Св. 5,7 до 6,0

	соединения			Однорядный шов В, не менее
				Стали, сплавы на железоникелевой и никелевой основах, титановые сплавы	Алюминиевые, магниевые и медные сплавы
		Св. 0.3 до 0,4
		Св. 0,4 до 0,5
		Св. 0,5 до 0,6
		Св. 0,6 до 0,8
		Св. 0,8 до 1,0
		Св. 1.0 до 1,3
		Св 1,3 до 1,6
		Св. 1,6 до 1,8
		Св. 1,8 до 2,2
		Св. 2,2 до 2,7
		Св. 2,7 до 3,2

Примечание. Допускается уменьшение размеров t и с, при этом размер d должен соответствовать указанным в таблице.

	Гр уппа соединения		d, не менее	Однорядный шов В, не менее
		Св, 0,3 до 0,4
		Св. 0,4 до 0,6
		Св, 0,6 до 0,7
		Св, 0,7 до 0,8
		Св 0,8 до 1,0
		Св. 1,0 до 1,3
		Св. 1,3 до 1,6
		Св. 1,6 до 1,8
		Св. 1,8 до 2,2
		Св. 2,2 до 2,7

Продолжение табл. 3

	соединения		d, не менее	Однорядный шов В, не менее
		Св. 2,7 до 3,2
		Св. 3,2 до 3,7
		Св. 3,7 до 4,2
		Св 4,2 до 4,7
		Св. 4,7 до 5,2
		Св. 5,2 до 5,7
		Св. 5,7 до 6,0

Таблица 4

Г руппа соединения		Однорядный шов В, d, не менее Н е ыен ее
	Св. 0,3 до 0,4
	Св 0,4 до 0.5
	Св. 0,5 до 0,6
	Св. 0,6 до 0,8
	Св. 0,8 до 1,0
	Св. 1,0 до 1,3
	Св. 1,3 до 1,6
	Св. 1,6 до 1,8
	Св. ] ,8 до 2,2
	Св. 2,2 до 2,7
	Св. 2,7 до 3,2
	Св. 3,2 до 3,7
	Св. 3,7 до 4,2
	Св. 4,2 до 4,7
	Св. 4,7 до 5,2
	Св. 5,2 до 5,7
	Св. 5,7 до 6,0

				Однорядный шов В, не менее
Способ сварки			d, не менее	Стали, сплавы на железоникелевой и никелевой основах, титановые сплавы	Алюминиевые, магниевые и медные сплавы
		Св. 0,3 до 0,4
		Св. 0,4 до 0,6
		Св 0,6 до 0,8
		Св 0,8 до 1,0
		Со 1,0 до 1,3
		("в 1,3 до 1,6
		г:в 1,6 до 1,8
		Св. 1,8 до 2,2
		Св. 2,2 до 2,7
		Св. 2,7 до 3,2
		Св. 3,2 до 3,7
		Св. 3,7 до 4,0
					Таблица 6
				Однорядный шов В, не менее
Способ сварки	Группа соединения		d, не менее	Стали, сплавы на железоникелевой и никелевой основах, титановые сплавы	Алюминиевые, магниевые и медные сплавы
		Св. 0,3 до 0,4
		Св. 0,4 до 0,5
		Св. 0,5 до 0,6
		Св 0,6 до 0,8
		Св. 0,8 до 1,0

Продолжение табл. 6

Способ сварки	Группа соединения		d, не менее	Однорядный шов В, не менее
				Стали, сплавы на железоникелевой и никелевой основах, титановые сплавы	Алюминиевые, магниевые и медные сплавы
		Св. 1,0 до 1,3
		Св. 1,3 до 1,6
		Св. 1,6 до 1,8
		Св. 1,8 до 2,2
		Св, 2,2 до 2,7
		Св. 2,7 до 3,2

Виды нахлестки сварных соединений, выполняемых контактной точечной рельефной и шовной сваркой

Редактор И. В. Виноградская Технический редактор В. Ю. Смирнова Корректор Е. И. Евтеева

Сдано в набор 21.06.79 Подп. в печ. 10.08.79 0,75 п. л. 0,57 уч. -изд. л. Тир. 30000 Цена 3 коп.

Ордена «Знак Почета» Издательство стандартов. Москва, Д-557, Новопресненский пер., 3. Калужская типография стандартов, ул. Московская, 256. Зак. 1727

1. Физические основы сварки

Сварка - это технологический процесс получения неразъёмного соединения материалов за счёт образования атомной связи. Процесс создания сварного соединения протекает в две стадии.

На первой стадии необходимо сблизить поверхности свариваемых материалов на расстояние действия сил межатомного взаимодействия (около 3 А). Обычные металлы при комнатной температуре не соединяются при сжатии даже значительными усилиями. Соединению материалов мешает их твердость, при их сближении действительный контакт происходит лишь в немногих точках, как бы тщательно они не были обработаны. На процесс соединения сильно влияют загрязнения поверхности - окислы, жировые пленки и пр., а также слои абсорбированных примесных атомов. Ввиду указанных причин выполнить условие хорошего контакта в обычных условиях невозможно. Поэтому образование физического контакта между соединяемыми кромками по всей поверхности достигается либо за счёт расплавления материала, либо в результате пластических деформаций, возникающих в результате прикладываемого давления. На второй стадии осуществляется электронное взаимодействие между атомами соединяемых поверхностей. В результате поверхность раздела между деталями исчезает и образуется либо атомная металлическая связи (свариваются металлы), либо ковалентная или ионная связи (при сварке диэлектриков или полупроводников). Исходя из физической сущности процесса образования сварного соединения различают три класса сварки: сварка плавлением, сварка давлением и термомеханическая сварка (рис. 1.25).

Рис. 1.25.

К сварке плавлением относятся виды сварки, осуществляемой плавлением без приложенного давления. Основными источниками теплоты при сварке плавлением являются сварочная дуга, газовое пламя, лучевые источники энергии и «джоулево тепло». В этом случае расплавы соединяемых металлов объединяются в общую сварочную ванну, а при охлаждении происходит кристаллизация расплава в литой сварочный шов.

При термомеханической сварке используется тепловая энергия и давление. Объединение соединяемых частей в монолитное целое осуществляется за счет приложения механических нагрузок, а подогрев заготовок обеспечивает нужную пластичность материала.

К сварке давлением относятся операции, осуществляемые при приложении механической энергии в виде давления. В результате металл деформируется и начинает течь, подобно жидкости. Металл перемещается вдоль поверхности раздела, унося с собой загрязненный слой. Таким образом, в непосредственное соприкосновение вступают свежие слои материала, которые и вступают в химическое взаимодействие.

2. Основные виды сварки

Ручная электродуговая сварка. Электрическая дуговая сварка в настоящее время является важнейшим видом сварки металлов. Источником тепла в данном случае служит электрическая дуга между двумя электродами, одним из которых является свариваемые заготовки. Электрическая дуга является мощным разрядом в газовой среде. 

Процесс зажигания дуги состоит из трех стадий: короткое замыкание электрода на заготовку, отвод электрода на 3-5 мм и возникновение устойчивого дугового разряда. Короткое замыкание производится с целью разогрева электрода (катода) до температуры интенсивной экзо- эмиссии электронов.

На второй стадии эмитированные электродом электроны ускоряются в электрическом поле и вызывают ионизацию газового промежутка «катод-анод», что приводит к возникновению устойчивого дугового разряда. Электрическая дуга является концентрированным источником тепла с температурой до 6000 оС. Сварочные токи достигают 2-3 кА при напряжении дуги (10-50) В. Наиболее часто применяется дуговая сварка покрытым электродом. Это ручная дуговая сварка электродом, покрытым соответствующим составом, имеющим следующее назначение:

1. Газовая и шлаковая защита расплава от окружающей атмосферы.

2. Легирование материала шва необходимыми элементами.

В состав покрытий входят вещества: шлакообразующие - для защиты расплава оболочкой (окислы, полевые шпаты, мрамор, мел); образующие газы СО2, СН4, ССl4; легирующие - для улучшения свойств шва (феррованадий, феррохром, ферротитан, алюминий и др.); раскислители - для устранения окислов железа (Ti, Mn, Al, Si и др.) Пример реакции раскисления : Fe2O3+Al = Al2O3+Fe.

Рис. 1.26. : 1 - свариваемые детали, 2 - сварной шов, 3 - флюсовая корочка, 4 - газовая защита, 5 - электрод, 6 - покрытие электрода, 7 - сварная ванна

Рис. 1.26 иллюстрирует сварку покрытым электродом. По указанной выше схеме между деталями (1) и электродом (6) зажигается сварочная дуга. Обмазка (5) при расплавлении защищает сварочный шов от окисления, улучшает его свойства путем легирования. Под действием температуры дуги электрод и материал заготовки плавятся, образуя сварную ванну (7), которая в дальнейшем кристаллизуется в сварной шов (2), сверху последний покрывается флюсовой корочкой (3), предназначенной для защиты шва. Для получения качественного шва сварщик располагает электрод под углом (15-20)0 и перемещает его по мере расплавления вниз для сохранения постоянной длины дуги (3-5) мм и вдоль оси шва для заполнения разделки шва металлом. При этом обычно концом электрода совершают поперечные колебательные движения для получения валиков требуемой ширины.

Автоматическая сварка под флюсом.

Широко применяют автоматическую сварку плавящимся электродом под слоем флюса. Флюс насыпается на изделие слоем толщиной (50-60) мм, в результате чего дуга горит не в воздухе, а в газовом пузыре, находящемся под расплавленном при сварке флюсом и изолированным от непосредственного контакта с воздухом. Этого достаточно для устранения разбрызгивания жидкого металла и нарушения формы шва даже при больших токах. При сварке под слоем флюса обычно применяют силу тока до (1000-1200) А, что при открытой дуге невозможно. Таким образом, пари сварке под слоем флюса можно повысить сварочный ток в 4-8 раз по сравнению со сваркой открытой дугой, сохранив при этом хорошее качество сварки при высокой производительности. При сварке под флюсом металл шва образуется за счет расплавления основного металла (около2/3) и лишь примерно 1/3 за счет электродного металла. Дуга под слоем флюса более устойчива, чем при открытой дуге. Сварка под слоем флюса производится голой электродной проволокой, которая с катушки подается в зону горения дуги сварочной головкой автомата, перемещаемой вдоль шва. Впереди головки по трубе в разделку шва поступает зернистый флюс, который, расплавляясь в процессе сварки, равномерно покрывает шов, образуя твердую корочку шлака.

Таким образом, автоматическая сварка под слоем флюса отличается от ручной сварки по следующим показателям: стабильное качество шва, производительность в (4-8) раз больше, чем при ручной сварке, толщина слоя флюса - (50-60) мм, сила тока - (1000-1200) А, оптимальная длина дуги поддерживается автоматически, шов состоит на 2/3 из основного металла и на 1/3 дуга горит в газовом пузыре, что обеспечивает отличное качество сварки.

Электрошлаковая сварка.

Электрошлаковая сварка является принципиально новым видом процесса соединения металлов, изобретенном и разработанным в ИЭС им. Патона. Свариваемые детали покрываются шлаком, нагреваемом до температуры, превышающей температуру плавления основного металла и электродной проволоки.

На первой стадии процесс идет так же, как и при дуговой сварке под флюсом. После образования ванны из жидкого шлака горение дуги прекращается и оплавление кромок изделия происходит за счет тепла, выделяющегося при прохождении тока через расплав. Электрошлаковая сварка позволяет сваривать большие толщи металла за один проход, обеспечивает большую производительность, высокое качество шва. 

Рис. 1.27. :

1 - свариваемые детали, 2 - сварной шов, 3 - расплавленный шлак, 4 - ползуны, 5 - электрод

Схема электрошлаковой сварки показана на рис. 1.27. Сварку ведут при вертикальном расположении деталей (1), кромки которых так же вертикальны или имеют наклон не более 30 o к вертикали. Между свариваемыми деталями устанавливают небольшой зазор, куда насыпают порошок шлака. В начальный момент зажигается дуга между электродом (5) и металлической планкой, устанавливаемой снизу. Дуга расплавляет флюс, который заполняет пространство между кромками свариваемых деталей и медными формующими ползунами (4), охлаждаемыми водой. Таким образом, из расплавленного флюса возникает шлаковая ванна (3), после чего дуга шунтируется расплавленным шлаком и гаснет. В этот момент электродуговая плавка переходит в электрошлаковый процесс. При прохождении тока через расплавленный шлак выделяется джоулево тепло. Шлаковая ванна нагревается до температур (1600-1700) 0С, превышающих температуру плавления основного и электродного металлов. Шлак расплавляет кромки свариваемых деталей и погруженный в шлаковую ванну электрод. Расплавленный металл стекает на дно шлаковой ванны, где и образует сварочную ванну. Шлаковая ванна надежно защищает сварочную ванну от окружающей атмосферы. После удаления источника тепла, металл сварочной ванны кристаллизуется. Сформированный шов покрыт шлаковой коркой, толщина которой достигает 2 мм.

Повышению качества шва при электрошлаковой сварке способствует ряд процессов. В заключение отметим основные преимущества электрошлаковой сварки.

Газовые пузыри, шлак и легкие примеси удаляются из зоны сварки по причине вертикального расположения сварного устройства.

Большая плотность сварного шва.

Сварной шов менее подвержен трещинообразованию.

Производительность электрошлаковой сварки при больших толщинах материалов почти в 20 раз превышает аналогичный показатель автоматической сварки под флюсом.

Можно получать швы сложной конфигурации. 

Этот вид сварки наиболее эффективен при соединении крупногабаритных деталей типа корпусов кораблей, мостов, прокатных станов и пр.

Электронно-лучевая сварка.

Источником тепла является мощный пучок электронов с энергией в десятки килоэлектронвольт. Быстрые электроны, внедряясь в заготовку, передают свою энергию электронам и атомам вещества, вызывая интенсивный разогрев свариваемого материала до температуры плавления. Процесс сварки осуществляется в вакууме, что обеспечивает высокое качество шва. Ввиду того что электронный луч можно сфокусировать до очень малых размеров (менее микрона в диаметре), данная технология является монопольной при сварке микродеталей.

Плазменная сварка.

При плазменной сварке источником энергии для нагрева материала служит плазма - ионизованный газ. Наличие электрически заряженных частиц делает плазму чувствительной к воздействию электрических полей. В электрическом поле электроны и ионы ускоряются, то есть увеличивают свою энергию, а это эквивалентно нагреванию плазмы вплоть до 20-30 тыс. градусов. Для сварки используются дуговые и высокочастотные плазмотроны (см. рис. 1.17 - 1.19). Для сварки металлов, как правило используют плазмотроны прямого действия, а для сварки диэлектриков и полупроводников применяются плазмотроны косвенного действия. Высокочастотные плазмотроны (рис. 1.19) так же применяются для сварки. В камере плазмотрона газ разогревается вихревыми токами, создаваемыми высокочастотными токами индуктора. Здесь нет электродов, поэтому плазма отличается высокой чистотой. Факел такой плазмы может эффективно использоваться в сварочном производстве.

Диффузионная сварка.

Способ основан на взаимной диффузии атомов в поверхностных слоях контактирующих материалов при высоком вакууме. Высокая диффузионная способность атомов обеспечивается нагревом материала до температуры, близкой к температуре плавления. Отсутствие воздуха в камере предотвращает образование оксидной пленки, которая смогла бы препятствовать диффузии. Надежный контакт между свариваемыми поверхностями обеспечивается механической обработкой до высокого класса чистоты. Сжимающее усилие, необходимое для увеличения площади действительного контакта, составляет (10-20) МПа.

Технология диффузионной сварки состоит в следующем. Свариваемые заготовки помещают в вакуумную камеру и сдавливают небольшим усилием. Затем заготовки нагревают током и выдерживают некоторое время при заданной температуре. Диффузионную сварку применяют для соединения плохо совместимых материалов: сталь с чугуном, титаном, вольфрамом, керамикой и др.

Контактная электрическая сварка.

При электрической контактной сварке, или сварке сопротивлением, нагрев осуществляется пропусканием электрического тока достаточной иглы через место сварки. Детали, нагретые электрическим током до плавления или пластического состояния, механически сдавливают или осаживают, что обеспечивает химическое взаимодействие атомов металла. Таким образом, контактная сварка относится к группе сварки давлением. Контактная сварка является одним из высокопроизводительных способов сварки, она легко поддается автоматизации и механизации, вследствие чего широко применяется в машиностроении и строительстве. По форме выполняемых соединений различают три вида контактной сварки: стыковую, роликовую (шовную) и точечную.

Стыковая контактная сварка.

Это вид контактной сварки, при которой соединение свариваемых частей происходит по поверхности стыкуемых торцов. Детали зажимают в электродах-губках, затем прижимают друг к другу соединяемыми поверхностями и пропускают сварочный ток. Стыковой сваркой соединяют проволоку, стержни, трубы, полосы, рельсы, цепи и др. детали по всей площади их торцов. Существует два способа стыковой сварки:

Сопротивлением: в стыке происходит пластическая деформация и соединение образуется без расплавления металла (температура стыков 0,8-0,9 от температуры плавления).

Оплавлением: детали соприкасаются в начале по отдельным небольшим контактным точкам, через которые проходит ток высокой плотности, вызывающий оплавление деталей. В результате оплавления на торце образуется слой жидкого металла, который при осадке вместе с загрязнениями и окисными плёнками выдавливается из стыка.

Таблица 1.4

Параметры машин для стыковой сварки

Тип машин	W,(кВА)	U раб,(В)	Сварок в час.	F,(кН)

Обозначения столбцов: W - мощность машины, Uраб - рабочее напряжение, производительность, F - усилие сжатия свариваемых деталей, S - площадь свариваемой поверхности.

Температура нагрева и сжимающее давление при стыковой сварке взаимосвязаны. Как следует из рис. 1.28, усилие F значительно уменьшается с ростом температуры нагрева заготовок при сварке.

Шовная контактная сварка.

Разновидность контактной сварки, при которой соединение элементов выполняется внахлёстку вращающимися дисковыми электродами в виде непрерывного или прерывистого шва. При шовной сварке образование непрерывного соединения (шва) происходит последовательным перекрытием точек друг за другом, для получения герметичного шва точки перекрывают друг друга не менее чем на половину их диаметра. На практике применяется шовная сварка:

Непрерывная;

Прерывистая с непрерывным вращением роликов;

Прерывистая с периодическим вращением.

Рис. 1.28.

Шовная сварка применяется в массовом производстве при изготовлении различных сосудов. Осуществляется на переменном токе силой (2000-5000) А. Диаметр роликов равен (40-350) мм, усилие сжатия свариваемых деталей достигает 0,6 т, скорость сварки составляет (0,53,5) м/мин.

Точечная контактная сварка.

При точечной сварке соединяемые детали обычно располагаются между двумя электродами. Под действием нажимного механизма электроды плотно сжимают свариваемые детали, после чего включается ток. За счёт прохождения тока свариваемые детали быстро нагреваются до температуры сварки. Диаметр расплавленного ядра определяет диаметр сварной точки, обычно равный диаметру контактной поверхности электрода.

В зависимости от расположения электродов по отношению к свариваемым деталям точечная сварка может быть двусторонней и односторонней.

При точечной сварке деталей разной толщины образующееся несимметричное ядро смещается в сторону более толстой детали и при большом различии в толщине не захватывает тонкой детали. Поэтому применяют различные технологические приёмы, обеспечивающие смещение ядра к стыкуемым поверхностям, усиливают нагрев тонкого листа за счёт накладок, создают рельеф на тонком листе, применяют более массивные электроды со стороны толстой детали и др.

Разновидностью точечной сварки является рельефная сварка, когда первоначальный контакт деталей происходит по заранее подготовленным выступам (рельефам). Ток, проходя через место касания всех рельефов с нижней деталью, нагревает их и частично расплавляет. Под давлением рельефы деформируются, и верхняя деталь становится плоской. Этот способ применяют для сварки деталей небольших размеров. В табл. 1.5 приведены характеристики машин для точечной сварки.

Таблица 1.5

Характеристики машин для точечной сварки

Тип машины	W,(кВА)	U раб,(В)	D,(мм)	F,(кН)	Сварок в час

Обозначения столбцов: W - мощность машины, ираб - рабочее напряжение, D - диаметр электрода, F - усилие сжатия свариваемых деталей, сварок в час - производительность.

Точечная конденсаторная сварка.

Одним из распространенных видов контактной сварки является конденсаторная сварка или сварка запасённой энергией, накопленной в электрических конденсаторах. Энергия в конденсаторах накапливается при их зарядке от источника постоянного напряжения (генератора или выпрямителя), а затем в процессе разрядки преобразуется в теплоту, используемую для сварки. Накопленную в конденсаторах энергию можно регулировать изменением ёмкости конденсатора (С) и напряжения зарядки (U). 

Существует два вида конденсаторной сварки:

Бестрансформаторная (конденсаторы разряжаются непосредственно на свариваемые детали);

Трансформаторная (конденсатор разряжается на первичную обмотку сварочного трансформатора, во вторичной цепи которого находятся предварительно сжатые свариваемые детали).

Принципиальная схема конденсаторной сварки приведена на рис. 1.29.

Рис. 1.29. : Тр - повышающий трансформатор, В - выпрямитель, С - конденсатор емкостью 500 мкФ, Rк - сопротивление свариваемых деталей, К - ключ- переключатель

В положении переключателя 1 конденсатор заряжается до напряжения U0. При переводе переключателя в поз. 2 конденсатор разряжается через контактное сопротивление свариваемых деталей. При этом возникает мощный импульс тока.

Напряжение с конденсатора подается на заготовку через точечные контакты площадью ~ 2 мм. Возникающий при этом импульс тока в соответствии с законом Джоуля-Ленца разогревает область контакта до рабочей температуры сварки. Для обеспечения надежного прижимания свариваемых поверхностей через точечные электроды на детали передается механическое напряжение порядка 100 МПа.

Основное применение конденсаторной сварки состоит в соединении металлов и сплавов малых толщин. Преимуществом конденсаторной сварки является незначительная потребляемая мощность.

Для определения эффективности сварки оценим максимальную температуру в области контакта свариваемых деталей (Тmax).

Ввиду того что длительность импульса разрядного тока не превышает 10 -6 с, расчет проведен в адиабатическом приближении, то есть пренебрегая теплоотводом из области протекания тока. 

Принцип контактного нагрева деталей представлен на рис. 1.30.

Рис. 1.30.: 1 - свариваемые детали толщиной d = 5*10 -2 см, 2 - электроды площадью S= 3*10 -2 см, С - конденсатор емкостью 500 мкФ, Rк - контактное сопротивление

Преимуществом конденсаторной сварки является незначительная потребляемая мощность, которая составляет (0,1-0,2) кВА. Продолжительность импульса сварочного тока - тысячные доли секунды. Диапазон свариваемых толщин металла находится в пределах от 0,005 мм до 1 мм. Конденсаторная сварка позволяет успешно соединять металлы малых толщин, мелкие детали и микродетали, плохо различимые невооруженным глазом и требующие при сборке применения оптических приборов. Этот прогрессивный способ сварки нашел применение в производстве электроизмерительных приборов и авиационных приборов, часовых механизмов, фотоаппаратов и т.д.

Холодная сварка .

Соединение заготовок при холодной сварке осуществляется путем пластического деформирования при комнатной и даже при отрицательных температурах. Образование неразъемного соединения происходит в результате возникновения металлической связи при сближении соприкосающихся поверхностей до расстояния, при котором возможно действие межатомных сил, причем в результате большого усилия сжатия пленка окислов разрывается и образуются чистые поверхности металлов. 

Свариваемые поверхности должны быть тщательно очищены от адсорбированных примесей и жировых пленок. Холодной сваркой могут быть выполнены точечные, шовные и стыковые соединения.

На рис. 1.31 представлен процесс холодной точечной сварки. Листы металла (1) с тщательно зачищенной поверхностью в месте сварки помещают между пуансонами (2), имеющими выступы (3). Пуансона сжимают с некоторым усилием Р, выступы (3) вдавливаются в металл на всю их высоту, пока опорные поверхности (4) пуансонов не упрутся в наружную поверхность свариваемых заготовок.

Рис. 1.31.

Холодной сваркой выполняют соединения проволок, шин, труб внахлест и встык. Давление выбирают в зависимости от состава и толщины свариваемого материала, в среднем оно составляет (1-3) ГПа.

Индукционная сварка.

Этим способом преимущественно сваривают продольные швы труб в процессе их изготовления на непрерывных станах и наплавляют твердые сплавы на стальные основания при изготовлении резцов, буровых долот и другого инструмента.

При этом способе металл нагревается пропусканием через него токов высокой частоты и сдавливается. Индукционная сварка удобна тем, что она бесконтактна, токи высокой частоты локализуются вблизи поверхности нагреваемых заготовок. Подобные установки работают следующим образом. Ток высокочастотного генератора подводится к индуктору, который индуцирует вихревые токи в заготовке, и труба разогревается. Станы подобного типа успешно применяют для изготовления труб диаметром (12-60) мм со скоростью до 50 м/мин. Питание током производится от ламповых генераторов мощностью до 260 кВт при частоте 440 кГц и 880 кГц. Изготавливаются так же трубы больших диаметров (325 мм и 426 мм) с толщиной стенки (7-8)мм, со скоростью сварки до (30-40) м/мин.

Особенности сварки различных металлов и сплавов

Под свариваемостью понимают способность металлов и сплавов образовывать соединение с теми же свойствами, что и свариваемые металлы, и не иметь дефектов в виде трещин пор, каверн и неметаллических включений.

При сварке почти всегда возникают остаточные сварочные напряжения (как правило, растягивающие в шве и сжимающие в основном металле). Для стабилизации свойств соединения необходимо снизить эти напряжения.

Сварка углеродистых сталей.

Электродуговая сварка углеродистых и легированных сталей ведется электродными материалами, обеспечивающими необходимые механические свойства. Основная трудность при этом заключается в закалке околошовной зоны и в образовании трещин. Для предупреждения образования трещин рекомендуется:

1) производить подогрев изделий до температур (100-300) 0С;

2) заменять однослойную сварку многослойной;

3) применять электроды с покрытием (сварку ведут на постоянном токе обратной полярности);

4) производить отпуск изделия после сварки до температуры 300 0С.

Сварка высокохромистых сталей.

Высокохромистые стали, содержащие (12-28) % Cr, обладают нержавеющими и жаропрочными свойствами. В зависимости от содержания хрома и углерода высокохромистые стали по структуре делятся на ферритовые, ферритно- мартенситные и мартенситные.

Трудности при сварке ферритовых сталей связаны с тем, что в процессе охлаждения в области 1000 0С возможно выпадение на границах зерен карбида хрома. Это снижает коррозионную стойкость стали. Для предотвращения указанных явлений необходимо:

1) применять пониженные значения тока с целью обеспечения больших скоростей охлаждения при сварки;

2) вводить в сталь сильные карбидообразователи (Ti,Cr, Zr, V);

3) производить отжиг после сварки при 900 0С для выравнивания содержания хрома в зернах и на границах.

Феррито-мартенситные и мартенситные стали рекомендуется сваривать с подогревом до (200-300) 0С.

Сварка чугуна.

Сварка чугуна производится с подогревом до (400-600) 0С. Сварку ведут чугунными электродами диаметром (8-25) мм. Хорошие результаты дает диффузионная сварка чугуна с чугуном и чугуна со сталью.

Сварка меди и ее сплавов.

На свариваемость меди негативное влияние оказывают примеси кислорода, водорода, свинца. Наиболее распространена газовая сварка. Перспективна дуговая сварка угольными и металлическими электродами.

Сварка алюминия.

Сварке препятствует оксидная пленка Al2O3. Только применение флюсов (NaCl, RCl, LiF) позволяет растворить оксид алюминия и обеспечить нормальное формирование сварного шва. Хорошо сваривается алюминий диффузионной сваркой.

Точечная сварка является разновидностью контактной сварки. При этом способе, нагрев металла до температуры его плавления осуществляется теплом, которое образуется при прохождении большого электрического тока от одной детали к другой через место их контакта. Одновременно с пропусканием тока и некоторое время спустя после него производится сжатие деталей, в результате чего происходит взаимное проникновение и сплавление нагретых участков металла.

Особенностями контактной точечной сварки являются: малое время сварки (от 0,1 до нескольких секунд), большой сварочный ток (более 1000А), малое напряжение в сварочной цепи (1-10В, обычно 2-3В), значительное усилие сжимающее место сварки (от нескольких десятков до сотен кг), небольшая зона расплавления.

Точечную сварку чаще всего применяют для соединения листовых заготовок внахлестку, реже - для сварки стержневых материалов. Диапазон толщин, свариваемых ею, составляет от нескольких микрометров до 2-3 см, однако чаще всего толщина свариваемого металла варьируется от десятых долей до 5-6 мм.

Кроме точечной, существуют и другие виды контактной сварки (стыковая, шовная и пр.), однако точечная сварка является наиболее распространенной. Она применятся в автомобилестроении, строительстве, радиоэлектронике, авиастроении и многих других отраслях. При строительстве современных лайнеров, в частности, производится несколько миллионов сварных точек.

Заслуженная популярность

Большая востребованность точечной сварки обусловлена целым рядом достоинств, которыми она обладает. В их числе: отсутствие необходимости в сварочных материалах (электродах, присадочных материалах, флюсах и пр.), незначительные остаточные деформации, простота и удобство работы со сварочными аппаратами, аккуратность соединения (практическое отсутствие сварного шва), экологичность, экономичность, подверженность легкой механизации и автоматизации, высокая производительность. Автоматы точечной сварки способны выполнять до нескольких сотен сварочных циклов (сварных точек) в минуту.

К недостаткам можно отнести отсутствие герметичности шва и концентрацию напряжений в точке сварки. Причем последние могут быть значительно уменьшены или вообще устранены особыми технологическими приемами.

Последовательность процессов при контактной точечной сварке

Весь процесс точечной сварки можно условно разделить на 3 этапа.

• Сжатие деталей, вызывающее пластическую деформацию микронеровностей в цепочке электрод-деталь-деталь-электрод.
• Включение импульса электрического тока, приводящего к нагреву металла, его расплавлению в зоне соединения и образованию жидкого ядра. По мере прохождения тока ядро увеличивается по высоте и диаметру до максимальных размеров. Происходит образование связей в жидкой фазе металла. При этом продолжается пластическая осадка контактной зоны до окончательного размера. Сжатие деталей обеспечивает образование уплотняющего пояса вокруг расплавленного ядра, который препятствует выплеску металла из зоны сварки.
• Выключение тока, охлаждение и кристаллизация металла, заканчивающаяся образованием литого ядра. При охлаждении объем металла уменьшается, и возникают остаточные напряжения. Последние являются нежелательным явлением, с которым борются различными способами. Усилие, сжимающее электроды, снимается с некоторой задержкой после отключения тока. Это обеспечивает необходимые условия для лучшей кристаллизации металла. В некоторых случаях в заключительной стадии контактной точечной сварки рекомендуется даже увеличивать усилие прижима. Оно обеспечивает проковывание металла, устраняющее неоднородности шва и снимающее напряжения.

При следующем цикле все повторяется снова.

Основные параметры контактной точечной сварки

К основным параметрам контактной точечной сварки относятся: сила сварочного тока (I СВ), длительность его импульса (t СВ), усилие сжатия электродов (F СВ), размеры и форма рабочих поверхностей электродов (R - при сферической, d Э - при плоской форме). Для лучшей наглядности процесса эти параметры представляются в виде циклограммы, отражающей их изменение во времени.

Различают жесткий и мягкий режимы сварки. Первый характеризуется большим током, малой продолжительностью токового импульса (0,08-0,5 секунд в зависимости от толщины металла) и большой силой сжатия электродов. Его применяют для сварки медных и алюминиевых сплавов, обладающих большой теплопроводностью, а также высоколегированных сталей для сохранения их коррозионной стойкости.

При мягком режиме производится более плавный нагрев заготовок относительно небольшим током. Продолжительность сварочного импульса составляет от десятых долей до нескольких секунд. Мягкие режимы показаны для сталей, склонных к закалке. В основном именно мягкие режимы используются для контактной точечной сварки в домашних условиях, поскольку мощность аппаратов в этом случае может быть ниже, чем при жесткой сварке.

Размеры и форма электродов . С помощью электродов осуществляется непосредственный контакт сварочного аппарата с деталями, подвергаемыми сварке. Они не только подводят ток в зону сварки, но и передают сжимающее усилие и отводят тепло. Форма, размеры и материал электродов являются важнейшими параметрами аппаратов для точечной сварки.

В зависимости от их формы электроды подразделяются на прямые и фигурные. Наиболее распространены первые, они применяются для сварки деталей, допускающих свободный доступ электродов в свариваемую зону. Их размеры стандартизованы ГОСТом 14111-90, который устанавливает такие диаметры электродных стержней: 10, 13, 16, 20, 25, 32 и 40 мм.

По форме рабочей поверхности существуют электроды с плоскими и сферическими наконечниками, характеризуемыми соответственно значениями диаметра (d) и радиуса (R). От величины d и R зависит площадь контакта электрода с деталью, влияющая на плотность тока, давление и величину ядра. Электроды со сферической поверхностью имеют большую стойкость (способны сделать больше точек до переточки) и менее чувствительны к перекосам при установке, чем электроды с плоской поверхностью. Поэтому со сферической поверхностью рекомендуется изготовлять электроды, используемые в клещах, а также фигурные электроды, работающие с большими прогибами. При сварке легких сплавов (например, алюминия, магния) применяют только электроды со сферической поверхностью. Использование для этой цели электродов с плоской поверхностью приводит к чрезмерным вмятинам и подрезам на поверхности точек и повышенным зазорам между деталями после сварки. Размеры рабочей поверхности электродов выбирают в зависимости от толщины свариваемых металлов. Следует отметить, что электроды со сферической поверхностью могут быть использованы практически во всех случаях точечной сварки, электроды же с плоской поверхностью очень часто неприменимы.

* - в новом ГОСТе вместо диаметра 12 мм, введено 10 и 13 мм.

Посадочные части электродов (места соединяемые с электродержателем) должны обеспечивать надежную передачу электрического импульса и усилие прижима. Часто они выполняются в виде конуса, хотя существуют и другие виды соединений - по цилиндрической поверхности или резьбе.

Очень важное значение имеет материал электродов, определяющий их электрическое сопротивление, теплопроводность, термостойкость и механическую прочность при высоких температурах. В процессе работы электроды нагреваются до больших температур. Термоциклический режим работы, совместно с механической переменной нагрузкой, вызывает повышенный износ рабочих частей электродов, результатом чего становится ухудшение качества соединений. Чтобы электроды были в состоянии противостоять тяжелым условиям работы, их делают из специальных медных сплавов, обладающих жаропрочностью и высокой электро- и теплопроводностью. Чистая медь также способна работать в качестве электродов, однако она обладает низкой стойкостью и требует частых переточек рабочей части.

Сила сварочного тока . Сила сварочного тока (I СВ) - один из основных параметров точечной сварки. От нее зависит не только количество тепла, выделяющегося в зоне сварки, но и градиент его увеличения по времени, т.е. скорость нагрева. Напрямую зависят от I СВ и размеры сварного ядра (d, h и h 1), увеличивающиеся пропорционально увеличению I СВ.

Необходимо отметить, что ток, который протекает через зону сварки (I СВ), и ток, протекающий во вторичном контуре сварочной машины (I 2), различаются между собой - и тем больше, чем меньше расстояние между сварными точками. Причиной этого является ток шунтирования (I ш), протекающий вне зоны сварки - в том числе и через ранее выполненные точки. Таким образом, ток в сварочной цепи аппарата должен быть больше сварочного тока на величину тока шунтирования:

I 2 = I СВ + I ш

Для определения силы сварочного тока можно пользоваться разными формулами, которые содержат различные эмпирические коэффициенты, полученные опытным путем. В случаях, когда точное определение сварочного тока не требуется (что и бывает чаще всего), его значение принимают по таблицам, составленным для разных режимов сварки и различных материалов.

Увеличение времени сварки позволяет сваривать токами намного меньшими, чем приведенные в таблице для промышленных аппаратов.

Время сварки . Под временем сварки (t СВ) понимают продолжительность импульса тока при выполнении одной сварной точки. Вместе с силой тока, оно определяет количество теплоты, которое выделяется в зоне соединения при прохождении через нее электрического тока.

При увеличении t СВ повышается проплавление деталей и растут размеры ядра расплавленного металла (d, h и h 1). Одновременно с этим увеличивается и теплоотвод из зоны плавления, разогреваются детали и электроды, происходит рассеивание тепла в атмосферу. При достижении определенного времени может наступить состояние равновесия, при котором вся подводимая энергия отводится из зоны сварки, не увеличивая проплавление деталей и размер ядра. Поэтому увеличение t СВ целесообразно только до определенного момента.

При точном расчете продолжительности сварочного импульса должны учитываться многие факторы - толщина деталей и размер сварной точки, температура плавления свариваемого металла, его предел текучести, коэффициент аккумуляции тепла и пр. Есть сложные формулы с эмпирическими зависимостями, по которым при необходимости осуществляют расчет.

На практике чаще всего время сварки принимают по таблицам, корректируя при необходимости принятые значения в ту или иную сторону в зависимости от полученных результатов.

Усилие сжатия . Усилие сжатия (F СВ) оказывает влияние на многие процессы контактной точечной сварки: на пластические деформации, происходящие в соединении, на выделение и перераспределение тепла, на охлаждение металла и его кристаллизацию в ядре. С увеличением F СВ увеличивается деформация металла в зоне сварки, уменьшается плотность тока, снижается и стабилизируется электрическое сопротивление на участке электрод-детали-электрод. При условии сохранения размеров ядра неизменными, прочность сварных точек с ростом усилия сжатия возрастает.

При сварке на жестких режимах применяют более высокие значения F СВ, чем при мягкой сварке. Это связано с тем, что при увеличении жесткости возрастает мощность источников тока и проплавление деталей, что может приводить к образованию выплесков расплавленного металла. Большое усилие сжатия как раз и призвано воспрепятствовать этому.

Как уже отмечалось, для проковки сварной точки с целью снятия напряжений и повышения плотности ядра, технология контактной точечной сварки в некоторых случаях предусматривает кратковременное увеличение силы сжатия после отключения электрического импульса. Циклограмма в этом случае выглядит следующим образом.

При изготовлении простейших аппаратов контактной сварки для домашнего пользования нет большого резона заниматься точными расчетами параметров. Ориентировочные значения диаметра электродов, сварочного тока, времени сварки и усилия сжатия можно взять из таблиц, имеющихся во многих источниках. Нужно только понимать, что данные в таблицах являются несколько завышенными (или заниженными, если иметь в виду время сварки) по сравнению с теми, которые подойдут для домашних аппаратов, где обычно используются мягкие режимы.

Подготовка деталей к сварке

Поверхность деталей в зоне контакта деталей между собой и в месте контакта с электродами зачищают от окислов и других загрязнений. При плохой зачистке возрастают потери мощности, ухудшается качество соединений и увеличивается износ электродов. В технологии контактной точечной сварки, для зачистки поверхности используют пескоструйную обработку, наждачные круги и металлические щетки, а также травление в специальных растворах.

Высокие требования предъявляются к качеству поверхности деталей из алюминиевых и магниевых сплавов. Целью подготовки поверхности под сварку является удаление без повреждения металла относительно толстой пленки окислов с высоким и неравномерным электрическим сопротивлением.

Оборудование для точечной сварки

Различия между существующими видами аппаратов для точечной сварки определяются в основном родом сварочного тока и формой его импульса, которые производятся их силовыми электрическими контурами. По этим параметрам оборудование контактной точечной сварки подразделяется на следующие виды:

• машины для сварки переменным током;
• аппараты низкочастотной точечной сварки;
• машины конденсаторного типа;
• машины сварки постоянным током.

Каждый из этих типов машин имеет свои преимущества и недостатки в технологическом, техническом и экономическом аспектах. Наибольшее распространение получили машины для сварки переменным током.

Машины контактной точечной сварки переменного тока . Принципиальная схема машин для точечной сварки переменным током представлена на рисунке ниже.

Напряжение, при котором осуществляется сварка, формируется из напряжения сети (220/380В) с помощью сварочного трансформатора (ТС). Тиристорный модуль (КТ) обеспечивает подключение первичной обмотки трансформатора к питающему напряжению на необходимое время для формирования сварочного импульса. С помощью модуля можно не только управлять продолжительностью времени сварки, но и осуществлять регулирование формы подаваемого импульса за счет изменения угла открытия тиристоров.

Если первичную обмотку выполнить не из одной, а нескольких обмоток, то, подключая их в различном сочетании друг с другом, можно менять коэффициент трансформации, получая различные значения выходного напряжения и сварочного тока на вторичной обмотке.

Кроме силового трансформатора и тиристорного модуля, машины контактной точечной сварки переменного тока имеют набор управляющего оборудования - источник питания для системы управления (понижающий трансформатор), реле, логические контроллеры, панели управления и пр.

Конденсаторная сварка . Сущность конденсаторной сварки заключается в том, что сначала электрическая энергия относительно медленно накапливается в конденсаторе при его зарядке, а затем очень быстро расходуется, генерируя токовый импульс большой величины. Это позволяет производить сварку, потребляя из сети меньшую мощность по сравнению с обычными аппаратами для точечной сварки.

Кроме этого основного преимущества, конденсаторная сварка имеет и другие. При ней происходит постоянное контролируемое расходование энергии (той, которая накопилась в конденсаторе) на одно сварное соединение, что обеспечивает стабильность результата.

Сварка происходит за очень короткое время (сотые и даже тысячные доли секунды). Это дает концентрированное выделение тепла и минимизирует зону термического влияния. Последнее достоинство позволяет использовать её для сварки металлов с высокой электро- и теплопроводностью (медных и алюминиевых сплавов, серебра и др.), а также материалов с резко различающимися теплофизическими свойствами.

Жесткая конденсаторная микросварка используется в радиоэлектронной промышленности.

Количество энергии, накопленное в конденсаторах, можно рассчитать по формуле:

W = C U 2 /2

где С - емкость конденсатора, Ф; W - энергия, Вт; U - зарядное напряжение, В. Изменяя величину сопротивления в зарядной цепи, регулируют время зарядки, зарядный ток и потребляемую из сети мощность.

Дефекты контактной точечной сварки

При качественном исполнении, точечная сварка обладает высокой прочностью и способна обеспечить эксплуатацию изделия в течение длительного срока службы. При разрушениях конструкций, соединенных многоточечной многорядной точечной сваркой, разрушение происходит, как правило, по основному металлу, а не по сварным точкам.

Качество сварки зависит от приобретенного опыта, который сводится в основном к выдерживанию необходимой продолжительности токового импульса на основании визуального наблюдения (по цвету) за сварной точкой.

Правильно выполненная сварная точка расположена по центру стыка, имеет оптимальный размер литого ядра, не содержит пор и включений, не имеет наружных и внутренних выплесков и трещин, не создает больших концентраций напряжения. При приложении усилия на разрыв, разрушение конструкции происходит не по литому ядру, а по основному металлу.

Дефекты точечной сварки подразделяются на три типа:

• отклонения размеров литой зоны от оптимальных, смещение ядра относительно стыка деталей или положения электродов;
• нарушение сплошности металла в зоне соединения;
• изменение свойств (механических, антикоррозионных и др.) металла сварной точки или прилегающих к ней областей.

Наиболее опасным дефектом считается отсутствие литой зоны (непровар в виде "склейки"), при котором изделие может выдерживать нагрузку при невысокой статической нагрузке, но разрушается при действии переменной нагрузки и колебаниях температуры.

Прочность соединения оказывается сниженной и при больших вмятинах от электродов, разрывах и трещинах кромки нахлестки, выплеске металла. В результате выхода литой зоны на поверхность, снижаются антикоррозионные свойства изделий (если они были).

Непровар полный или частичный, недостаточные размеры литого ядра . Возможные причины: мал сварочный ток, слишком велико усилие сжатия, изношена рабочая поверхность электродов. Недостаточность сварочного тока может вызываться не только его малым значением во вторичном контуре машины, но и касанием электрода вертикальных стенок профиля или слишком близким расстоянием между сварными точками, приводящим к большому шунтирующему току.

Дефект обнаруживается внешним осмотром, приподниманием кромки деталей пробойником, ультразвуковыми и радиационными приборами для контроля качества сварки.

Наружные трещины . Причины: слишком большой сварочный ток, недостаточная сила сжатия, отсутствие усилия проковки, загрязненная поверхность деталей и/или электродов, приводящая к увеличению контактного сопротивления деталей и нарушению температурного режима сварки.

Дефект можно обнаружить невооруженным глазом или с помощью лупы. Эффективна капиллярная диагностика.

Разрывы у кромок нахлестки . Причина этого дефекта обычно одна - сварная точка расположена слишком близко от края детали (недостаточна нахлестка).

Обнаруживается внешним осмотром - через лупу или невооруженным глазом.

Глубокие вмятины от электрода . Возможные причины: слишком малый размер (диаметр или радиус) рабочей части электрода, чрезмерно большое ковочное усилие, неправильно установленные электроды, слишком большие размеры литой зоны. Последнее может являться следствием превышения сварочного тока или длительности импульса.

Внутренний выплеск (выход расплавленного металла в зазор между деталями) . Причины: превышены допустимые значения тока или длительности сварочного импульса - образовалась слишком большая зона расплавленного металла. Мало усилие сжатия - не создался надежный уплотняющий пояс вокруг ядра или образовалась воздушная раковина в ядре, вызвавшая вытекание расплавленного металла в зазор. Неправильно (несоосно или с перекосом) установлены электроды.

Определяется методами ультразвукового или рентгенографического контроля или внешним осмотром (из-за выплеска может образоваться зазор между деталями).

Наружный выплеск (выход металла на поверхность детали) . Возможные причины: включение токового импульса при несжатых электродах, слишком большое значение сварочного тока или продолжительности импульса, недостаточное усилие сжатия, перекос электродов относительно деталей, загрязнение поверхности металла. Две последние причины приводят к неравномерной плотности тока и расплавлению поверхности детали.

Определяется внешним осмотром.

Внутренние трещины и раковины . Причины: слишком велики ток или продолжительность импульса. Загрязнена поверхность электродов или деталей. Мала сила сжатия. Отсутствует, опаздывает или недостаточно ковочное усилие.

Усадочные раковины могут возникать во время охлаждения и кристаллизации металла. Чтобы воспрепятствовать их возникновению, необходимо повышать силу сжатия и применять проковывающее сжатие в момент охлаждения ядра. Дефекты обнаруживаются методами рентгенографического или ультразвукового контроля.

Смещение литого ядра или его неправильная форма . Возможные причины: неправильно установлены электроды, не очищена поверхность деталей.

Дефекты обнаруживаются методами рентгенографического или ультразвукового контроля.

Прожог . Причины: наличие зазора в собранных деталях, загрязнение поверхности деталей или электродов, отсутствие или малое усилие сжатия электродов во время токового импульса. Во избежание прожогов ток должен подаваться только после приложения полного усилия сжатия. Определяется внешним осмотром.

Исправление дефектов . Способ исправления дефектов зависит от их характера. Самым простым является повторная точечная или иная сварка. Дефектное место рекомендуется вырезать или высверлить.

При невозможности сварки (из-за нежелательности или недопустимости нагрева детали), вместо дефектной сварной точки можно поставить заклепку, высверлив место сварки. Применяются и другие способы исправления - зачистка поверхности в случае наружных выплесков, термическая обработка для снятия напряжений, правка и проковка при деформации всего изделия.

При использовании содержания данного сайта, нужно ставить активные ссылки на этот сайт, видимые пользователями и поисковыми роботами.

Контактная сварка – процесс создания монолитного сварного шва путем расплавления кромок свариваемых деталей электрическим током и последующей деформацией сжимающим усилием. Особое распространение технология получила в тяжелой промышленности и служит для беспрерывного производства однотипной продукции.

Данная технология является распространенной при серийном соединении тонколистового металла

Сегодня как минимум один аппарат контактной сварки имеется на каждом заводе, а все благодаря преимуществам технологии:

• производительность – сварная точка создается не дольше 1 секунды;
• высокая стабильность работы – однажды настроив устройство оно может работать долгое время без стороннего вмешательства, сохраняя качество работ;
• низкие затраты на обслуживание – это касается расходных материалов, рабочим элементом служат контактные электроды;
• возможность работы с машиной специалистов низкой квалификации.

Технология контактной сварки

Простая, на первый взгляд, технология контактной сварки состоит из ряда процедур, обязательных к выполнению. Достичь качественного соединения можно только в случае соблюдения всех технологических особенностей и требований процесса.

Сущность процесса

Для начала стоит разобраться, как работает данная система?

Суть электроконтактной сварки это два неразрывных физических процесса – нагрев и давление. При прохождении через зону соединения электрического тока выделяется тепло, которое служит для расплавления металла. Чтобы обеспечить достаточное выделение тепла сила тока должна достигать нескольких тысяч или даже десятков тысяч ампер. Одновременно с этим на деталь воздействует некоторое давление с одной или обеих сторон, при этом создается плотный шов без видимых и внутренних дефектов.

Процесс соединения связан с локальным нагревом заготовок с одновременным их прижатием

При правильной организации процесса сами детали практически не подвержены нагреву, так как их сопротивление минимально. По мере создания монолитного соединения сопротивление уменьшается, а вместе с тем и сила тока. Подверженные нагреву электроды сварочного аппарата охлаждаются внедренной технологией с применением воды.

Подготовка поверхностей

Существует множество технологий, которые позволяют обработать поверхность перед использованием контактной сварки. Сюда относят:

• зачистку от грубых загрязнений;
• обезжиривание;
• снятие оксидной пленки;
• сушку;
• пассирование и нейтрализацию.

Порядок и сами технологии обуславливаются конкретным процессом и видом заготовок.

В целом, перед началом сваривания поверхность должна:

• обеспечивать минимальное сопротивление между деталью и электродом;
• обеспечивать равное сопротивление на всей протяженности контакта;
• свариваемые детали должны иметь гладкие поверхности без выпуклостей и впадин.

Машины для контактной сварки

Оборудование для контактной сварки бывает:

• неподвижным;
• передвижным;
• подвешенным или универсальным.

Разделяют сварки по роду тока на постоянного и переменного тока (трансформаторные, конденсаторные). По способам сваривания бывают точечные, шовные стыковые и рельефные, о которых мы поговорим чуть ниже.

Оборудование может быть как стационарным, так и переносным

Все сварочные устройства точечной сварки состоят из трех частей:

• электросистемы;
• механической части;
• водяного охлаждения.

Электрическая часть отвечает за расплавление деталей, контроль циклов работы и отдыха, а также устанавливает текущие режимы. Механическая составляющая представляет собой пневматическую или гидравлическую систему с различными приводами. Если установлен только привод сжатия, то перед нами точечная разновидность, шовные имеют еще и ролики, а стыковые систему сжатия и осадки изделий. Водяное охлаждение состоит из первичного и вторичного контура, разводящих штуцеров, шлангов, вентилей и реле.

Электроды для контактной сварки

В данном случае электроды не только замыкают электрический контур, но и служат отводом тепла от сварного соединения, передают механическую нагрузку, в ряде случаев помогают передвигать заготовку (роликовые).

Размеры и форма электродов для контактной сварки различаются в зависимости от применяемого оборудования и свариваемого материала

Такое использование обуславливает ряд жестких требований, которым должны соответствовать электроды. Они должны выдерживать температуру свыше 600 градусов, давление до 5 кг/мм2. Именно поэтому их изготавливают из хромовой бронзы, хромциркониевой бронзы или кадмиевой бронзы. Но даже такие мощные сплавы не способны долго выдерживать описанные нагрузки и быстро выходят из строя, снижая качество работ. Размер, состав и другие характеристики электрода подбираются исходя из выбранного режима, типа сварки и толщины изделий.

Дефекты сварки и контроль качества

Как и при любой другой технологии, сварочные соединения должны подвергаться жесткому контролю, для выявления всевозможных дефектов.

Здесь применяются практически все и прежде всего – внешний осмотр. Однако, из-за прижатия деталей, выявить подобным способом бывает очень сложно, поэтому часть изготовленной продукции отбирается и проводится разрез деталей вдоль шва для выявления погрешностей. В случае обнаружения дефекта партия потенциально дефектной продукции отправляется на переработку, а аппарат калибруют.

Разновидности контактной сварки

Технология создания сварного пятна обуславливает разделение процесса на несколько видов:

Точечная контактная сварка

В данном случае сваривание происходит в одной или одновременно в нескольких точках. Прочность шва состоит из множества параметров.

Точечный способ является самым распространенным методом

В этом случае на качество работ влияет:

• форма и размер электрода;
• сила тока;
• сила давления;
• длительность работ и степень очистки поверхности.

Современные аппараты точечной сварки способны работать с эффективностью 600 сварных соединений в минуту. Подобная технология используется для соединения частей точной электроники, для соединения кузовных элементов автомобилей, самолетов, сельскохозяйственной техники и имеет еще множество других областей использования.

Рельефная сварка

Принцип работы одинаковый с точечной сваркой, но основное отличие заключается в том, что сам сварной шов и электрод имеют схожую, рельефную форму. Рельефность обеспечивается естественной формой деталей или созданием специальных штамповок. Как и точечная сварка, технология применяется практически повсеместно и служит дополняющей, способной сваривать рельефные детали. С ее помощью можно прикреплять кронштейны или опорные детали к плоским заготовкам.

Шовная сварка

Процесс многоточечной сварки, при которой несколько сварных соединений располагаются близко или с перекрытием, формируя единое монолитное соединение. Если между точками имеется перекрытие, то получается герметичный шов, при близком расположении точек шов не герметичен. Так как шов, с использованием расстояния между точками не отличается от созданного точечным швом, подобные аппараты используются редко.

В промышленности более популярным является перекрывающийся, герметичный шов, с помощью которого создают баки, бочки, баллоны и другие емкости.

Стыковая сварка

Здесь детали соединяют, прижимая друг к другу, а затем оплавляют всю плоскость контакта. Технология имеет свои разновидности и разделяется на несколько видов на основании типа металла, его толщины и нужного качества соединения.

Сварочный ток протекает через стык заготовок, расплавляет их и надежно соединяет

Самый простой способ – сварка сопротивлением, подходит для легкоплавких заготовок с малой площадью пятна контакта. Сварка с оплавлением и плавлением с подогревом подходит для более прочных металлов и огромного сечения. Таким способом сваривают части кораблей, якоря и тд.

Выше, описаны наиболее популярные и используемые, но есть и такие виды точечной сварки:

• шовно-стыковая осуществляется вращающимся электродом с несколькими контактами для замыкания цепи, протягивая заготовку через такой аппарат можно получить негерметичный сплошной шов, состоящий из множества сварных точек;
• рельефно-точечная деталь сваривается согласно текущего рельефа, однако шов состоит не из сплошного пятна контакта, а из многих точек;
• по методу Игнатьева в котором сварочный ток протекает вдоль свариваемых частей, поэтому давление не влияет на нагрев изделия и его сваривание.

Обозначение контактной сварки на чертеже

Согласно существующего стандарта условных обозначений точечная сварка имеет следующее обозначение на чертежах:

1. Сплошной шов. Видимый сплошной шов на общем плане чертежа отмечают основной линией, остальные конструктивные элементы основной тонкой линией. Скрытый сварной сплошной шов обозначен штриховой линией.
2. Сварные точки. Видимые сварные соединения на общем чертеже отмечают символом “+”, а скрытые не отмечают вовсе.

От видимого, скрытого сплошного шва или видимой сварной точки идет специальная линия с выноской, на которой отмечаются вспомогательные условные обозначения, стандарты, буквенно-цифровые знаки и т.д. В обозначении присутствует буква “К – контактная и маленькая буква “т”-точечная, указывающие на метод выполнения сварки и ее разновидность. Швы, не имеющие обозначения, отмечают линиями без полок.

ГОСТ 15878-79 Регламентирует размеры и конструкции сварных соединений контактной сварки

Вся основная информация подается на линии выноске или под ней, в зависимости от обращенной стороны (лицевая или оборотная). Вся необходимая информация о шве берется из соответствующего ГОСТа, что указывается на сноске или дублируется в таблицу швов.