Лабораторная работа по точечной сварке
Обновлено: 16.05.2024
Цель работы: изучение сварочного оборудования и инструмента, практическое знакомство с процессом сварки, определение технологических параметров сварки и сварного соединения.
Схема сварки и основные параметры.
При этом виде сварки подача электрода в зону дуги и перемещение дуги вдоль сварного шва осуществляется вручную. Источников тепла является электрическая дуга — длительный электрический разряд, происходящий в газовом промежутке между электродом и изделием. Вольтамперные характеристики дуги приведены на рис. 1.1 а.
Рис. 1.1. Вольтамперные характеристики: а) дуги; б) источника питания; 1 — крутопадающая; 2 — пологопадающая; 3 — жесткая
График "напряженно — сила тока" построен при постоянной длине дуги. На графике можно выделить три участка. Первый участок характеризуется падением напряжения дуги при увеличении сварочного тока. Такая характеристика является следствием опережающего роста электропроводности дуги по отношению к росту силы тока. На втором участке рост электропроводности прямо пропорционален росту силы тока и поэтому на этом участке напряжение остается постоянным. На третьем участке электропроводность не увеличивается, что вызывает рост напряжения дуги при увеличении сварочного тока.
Схема процесса сварки приведена на рис. 1.2
Рис. 1.2. Схема сварки.
Дуга расплавляет кромки соединяемых элементов, а также металл электрода и его покрытие. В результате образуется сварочная ванна из жидкого металла, где расплавленные компоненты покрытия электрода всплывают на поверхность в виде шлака. После удаления источника тепла происходит кристаллизация расплавленного металла с образованием сварного шва, а застывший шлак образует поверхностную корку, защищающую металл шва от вредного воздействия воздуха. В состав покрытия электрода, кроме шлакообразующих, входят также компоненты, которые образуют газовую защиту дуги и расплавленного металла, легируют и рафинируют металл шва, поддерживают стабильное горение дуги.
Основными параметрами сварки являются: сила тока, длина дуги, напряжение на дуге, диаметр и скорость перемещения электрода.
С увеличением силы тока увеличивается глубина проплавления. То же происходит с уменьшением диаметра электрода при постоянной силе тока. С увеличением длины дуги, а также скорости перемещения электрода глубина проплавления уменьшается. С увеличением напряжения происходит увеличение ширины сварного шва. При дуговой сварке постоянным током обычно применяют прямую полярность, когда катодом является электрод, а анодом изделие. Однако возможна и обратная полярность, которую применяют в тех случаях, когда нужно уменьшить выделение тепла на изделии, например, при сварке тон кого или легкоплавкого металла. При сварке переменным током полярность не имеет значения.
Оборудование, сварочный инструмент и материалы.
Основным оборудованием при ручной сварке являются источники питания, к которым относятся трансформаторы, генераторы и выпрямители. Все источники питания должны удовлетворять следующим требованиям:
— напряжение холостого хода должно быть достаточным для зажигания дуги (60 — 90 В);
— иметь устройство для регулировки сварочного тока;
— восстанавливать рабочее напряжение после короткого замыкания за 0,02-0,04 с;
— обеспечивать безопасное ведение сварочных работ.
Внешняя вольтамперная характеристика источников питания (зависимость напряжения на зажимах от сварочного тока) может быть: крутопадающей (напряжение уменьшается с увеличением сварочного тока); пологопадающей (напряжение также уменьшается, но медленно); жесткой (напряжение не изменяется) (рис. 1.1.б).
Наиболее экономичным и надежным источником переменного тока является трансформатор. Трансформатор состоит из магнитопровода (сердечника) и катушек первичной и вторичной обмотки (рис. 1.3) На первичной обмотке напряжение составляет 220 или 380 В. Снижение напряжения и, соответственно, увеличение силы тока на вторичной обмотке достигается за счет меньшего количества витков.
Рис. 1.3. Схема сварочного трансформатора; I — первичная обмотка; II — вторичная обмотка
Настройка режима работы трансформатора может осуществляться следующими способами:
— изменением расстояния между обмотками, которые в данном случав должны быть подвижными (при уменьшении расстояния между обмотками сила тока увеличивается и наоборот) (трансформаторы типа ТСК, ТС, ТД, ТСП);
— изменением положения подвижного магнитного шунта в магнитном сердечнике;
— включением в электрическую: цепь реактивной катушки (дросселя), изменением магнитного сопротивления которой за счет перемещения пакета пластин изменяют силу сварочного тока (трансформаторы типа СТЭ, СТН, ТСД).
При использовании двух последних способов расстояние между катушками остается постоянным.
Вольтамперные характеристики сварочных трансформаторов, используемых в строительстве, могут быть круто — и пологопадающими.
Выпрямители преобразуют переменный ток в постоянный. Основными элементами выпрямителя являются понижающий трансформатор и выпрямительный блок. Последний собирается из селеновых, кремниевых или германиевых вентилей. Вентиль — это многослойный элемент, обладающий свойством проводить ток в одном направлении.
Другие источники питания — генераторы — служат источником постоянного тока и имеют привод двух видов: от электродвигателя (сварочные преобразователи) и от двигателя внутреннего сгорания (сварочные агрегаты). Их основными элементами являются приводной двигатель и сварочный генератор.
При использовании многопостовых источников питания их вольт-амперная характеристика должна быть жесткой, так как при падающей характеристике одновременная работа нескольких сварочных постов невозможна. Для получения падающей характеристики на каждом сварочном посту они подключаются к источнику питания через балластные реостаты (рис. 1.4). При этом сварочные посты подключаются параллельно к источнику питания, а балластные реостаты последовательно с дугой.
Регулировка сварочного тока производится с помощью рубильников, установленных на каждом балластном реостате, которые включают или выключают отдельно ступени сопротивлений.
Рис. 1.4. Схема на четыре сварочных поста: Р — рубильник; ИП — источник питания; БР — балластный реостат
От источника питания к изделию и электрододержателю ток поступает по гибким проводам с резиновой изоляцией. Длина этих проводов должна быть не более 30-40 м, при большей длине происходит существенное падение напряжения дуги, превышающее допустимые пределы — 4-5 %.
Электрододержатель — это приспособление для закрепления электрода и подвода к нему тока. Электрододержатели отличаются способом удержания электрода и бывают: вилочные, пружинные, зажимные и безогарковые.
Электрод состоит из металлического стержня (сварочной проволоки) и покрытия. Электроды подразделяются по типам, например, Э42, Э46, Э46А, Э50, Э50А, и по маркам, например, УОНИ 13/45, ОММ-5, ЦМ-7, АНО-5, ОЗС-4, ВСП-1 и др. Тип электрода отражает механические характеристики наплавленного металла, а марка электрода характеризует состав покрытия или условное обозначение изготовителя. Полная классификация электродов приведена в прил. I.
Порядок выполнения лабораторной работы
1. Изучить настоящее пособие.
2. Решить задачу по подбору параметров ручной сварки (по табл. 1.1).
3. Ознакомиться с оборудованием и сварочным инструментом.
4. Научиться зажигать и управлять сварочной дугой.
5. По заданию преподавателя установить требуемый режим сварки и наплавить контрольный шов в нижнем положении. При этом длина и вид сварного шва (однопроходный или многопроходный, с разделкой кромок или без разделки, стыковой или угловой), а также толщина свариваемых изделий устанавливаются преподавателем. Диаметр электрода, величина сварочного тока и способ наплавления выбираются студентом самостоятельно.
Указания по выполнению контрольного задания
Определение параметров сварки
Рекомендуемые параметры сварки электродом с покрытием
Толщина свариваемого металла, мм
Диаметр электрода, мм
Сварочный ток, А
Допускается определять значение тока по формуле: I = 50D или I = (20 + 6D)D, где D — диаметр электрода в мм. При наплавке потолочных швов (дуга под изделием) сила тока уменьшается на 20-25%, а горизонтальных и вертикальных (дуга сбоку от изделия) — на 10-15%.
Тип электрода принимается по табл. 1.3.
Зажигание дуги и управление дугой.
Установить свободный конец электрода над изделием на расстоянии 5-6 см; закрыть лицо щитком или маской, коснуться электродом изделия и тот час же отвести электрод от изделия на расстояние 2-3 мм (обычно длина дуги составляет 0.5-1.1 диаметра электрода). При большей длине дуга гаснет. Если электрод успевает приплавиться к изделию, то его нужно сначала покачать и только затем оторвать от детали; после получения устойчивого горения дуги следует определить оптимальную скорость движения электрода, для этого поводить электродом с различной скоростью, всякий раз анализируя качество наплавленного шва.
Выполнение сварных швов.
При выполнении сварных швов следует, учитывать, что без разделки кромок можно соединять элементы толщиной до 8 мм при односторонней сварке и до 12 мм — при двусторонней. Для соединения больших толщин кромки соединяемых элементов должны иметь разделку (рис. 1.5).
Если на поверхности кромок соединяемых элементов имеется окалина, ржавчина, краска, смазка или влага, их необходимо удалить механическим или химическим способом.’ Сборка изделий для выполнения сварного соединения производится с учетом допустимых зазоров (рис. 1.5), после чего производится прихватка деталей, т. е. сварка короткими швами длиной 10-20 мм через 100-200 мм (прихватка обеспечивает фиксацию взаимного расположения деталей в процессе сварки). Сварные швы в зависимости от толщины свариваемого металла могут быть однослойные (рис. 1.6а) или многослойные (рис. 1.6 в, г, д), при этом каждый слой может выполняться за один (рис. 1.6 б, г) или несколько проходов (рис. 1.6 в). Для лучшего про плавления нулевой шов следует выполнять электродом диаметром 3-4 мм. При двусторонней сварке нулевой шов следует выполнять со стороны, противоположной прихваткам.
Рекомендуемое количество слоев в зависимости от толщины свариваемого металла приведено в табл. 1.4.
Рис. 1.5. Разделка кромок соединяемых элементов
Рис. 1.6. Поперечные сечения сварных швов
(цифрами указана последовательность наплавки): а — однопроходный; б — однопроходный, с подваркой корня; в — многопроходный; г — многослойный
При движении электрода только в продольном направлении относительно оси шва ширина валика наплавленного металла получается равной 0.8…1.5 диаметра электрода в зависимости от силы тока (с увеличением тока ширина валика увеличивается) и скорости движения (с увеличением скорости ширина валика уменьшается). Поэтому для получения более широких валиков необходимо совершать электродом и поперечные движения (рис. 1.7).
Рекомендуемое число слоев Таблица 1.4
Толщина свариваемого металла или высота катета
Число слоев при стыковом шве
Число слоев при угловом шве
Рис. 1.7. Схема основных траекторий движения конца электрода
В процессе сварки по мере плавления стального стержня необходимо перемещать электрод также и по направлению к изделию. Длина дуги должна быть постоянной и короткой, так как при большой длине дуги ухудшается качество наплавленного металла из-за ослабления газовой защиты, а также увеличивается разбрызгивание расплавленного металла электрода. При большой скорости сварки возможно образование непроваров, при малой скорости — прожогов (оптимальная скорость устанавливается, студентом опытным путем на первом этапе в процессе обучения зажигать дугу и управлять ею). При образовании шва за несколько проходов необходимо предыдущие слои очистить от шлака и брызг металла.
В практике строительства для выполнения сварных швов используются несколько приемов: напроход, от середины, обратноступенчатый, блоками, каскадом, горкой.
На рис. 1.8 приведены схемы указанных приемов. Выбор того или иного приема зависит от длины шва и его толщины. Первые три приема, используются для выполнения швов небольшой толщины (при высоте катета шва не более 8 мм).
Первый прием используется при сварке коротких швов длиной до 500 мм. Второй прием используется при длине до 1000 мм. Более длинные швы выполняются обратноступенчатым способом. Длина ступени принимается равной 100 — 350 мм, причем более короткие ступени назначаются при сварке тонкого металла, а более длинные — при сварке толстого металла. При использовании обратноступенчатого метода для выполнения многослойных швов каждый последующий слой наплавляется в противоположном направлении предыдущему, при этом концы смежных ступеней должны быть смещены относительно друг друга на 26-50 мм.
Рис. 1.8. Схема выполнения сварных: швов: а — напроход; б — от середины ; в – обратноступенчато; г — блоками; д — каскадами ; е — горкой
Наплавка шва блоками, каскадами и горкой используется только для выполнения многослойных швов. При этом длина секции (размер "а") принимается равной 300-400 мм при У-образной разделке кромок и 500-800 мм при Х-образной. В пределах каждой секции шов наплавляется обратноступенчатым способом с размером ступени 150-200 мм. Как правило, сварку металла толщиной более 25 мм выполняют "горкой" или "каскадом".
Большое влияние на формирование шва оказывает положение электрода относительно поверхности изделия (рис. 1.9): углом назад (на подъем) или углом вперед (на спуск).
Рис. 1.9. положения электрода при сварке и соответствующее сечение шва:
А — углом назад; б — углом вперед; в — на подъем; г — на спуск ; д, е — сечение шва
При сварке углом назад (на подъем) улучшаются условия оттеснения расплавленного металла из-под дуги, что способствует увеличению глубины проплавления (рис. 1.9 д). При сварке углом вперед (на спуск) расплавленный металл подтекает под дугу и уменьшает теплопередачу основному металлу, (что в свою очередь уменьшает глубину проплавления (рис. 1.9 е). Сварка углом вперед используется при соединении тонких листов или изделий из легкоплавких металлов.
На параметры сварки оказывает влияние пространственное положение шва в процессе его наплавки. По этому признаку различают сварные швы в нижнем положении, горизонтальные, вертикальные и потолочные. Наиболее благоприятны условия сварки в нижнем положении и наиболее неблагоприятны при сварке потолочных швов. При сварке горизонтальных и вертикальных швов сила тока уменьшается на 10-15 % по сравнению со сверкой в нижнем положении, а при сварке потолочных швов на 20-26 %, при этом применяют электроды малого диаметра и варят при самой короткой дуге,
Заканчивая наплавку сварного шва, не следует резко обрывать дугу, так как в этом случае образуется кратер, являющийся, как правило, местом образования трещин; дугу следует гасить медленным увеличением её длины, в этом случае наплавленный металл электрода Предупреждает образование кратера. После окончания сварки следует зачистить шов от шлака и металлических брызг и визуальным способом проанализировать качество сварного соединения.
Определение технологических характеристик электродов.
Перед началом выполнения контрольного сварного шва необходимо замерить поперечные характеристики разделки кромок соединяемых элементов «а» и «в» (рис. 1.10), диаметр металлического стержня электрода (D) и длину электрода (Lk).
Рис. 1.10. Сечение сварного шва
При выполнении контрольного шва необходимо зафиксировать за траченное время (T), после окончания сварки вторично измерить длину электрода (Lk). Указанные параметры необходимы для определения коэффициента потерь (Y), коэффициента расплавления (AP) и наплавления (AН):
Y = , AP = , AН =
GР — масса расплавленного металла электрода;
GН — масса наплавленного металла электрода;
I — сила сварочного тока;
Т — время выполнения контрольного сварного шва. Значения GР и GН определяются по следующим формулам:
Gp = (lн – lк)G, Gн = Aш lш G
Где g = 7,85 г/см3 — объемная масса стали; Lш — длина контрольного шва; Aш — фактическая площадь сечения сварного шва. Массу наплавленного металла можно определить взвешиванием соединяемых пластин до сварки и после наплавки сварного шва. Обычные значения определяемых коэффициентов следующие:
Y = 5-25 %; AР = (7…15) г/А×ч; AН = (6 — 12,5) г/А ч.
Составление отчета является заключительным этапом выполнения лабораторной работы. Отчет должен включать следующие разделы:
— сущность сварки электродом с покрытием (начертить принципиальную схему сварки с указанием основных параметров и их влияния на характеристики сварного шва);
— схему сварочного поста с описанием оборудования;
— основные требования техники безопасности;
— характеристику сварного шва, наплавляемого по указанию преподавателя (тип шва, толщина соединяемых элементов, вид разделки кромок, поперечный разрез шва);
— описание приема, используемого для наплавления сварного шва и траектории движения электрода;
— анализ качества выполненного шва (наличие дефектов, причины их образования и т. д.);
— технологические характеристики наплавленного шва (коэффициент потерь, расплавления и наплавления).
Готовый отчет предъявляется преподавателю. Зачет по работе ставится при условии правильно составленного отчета и положительной оценки за ответы на дополнительные вопросы преподавателя.
Лабораторная работа № 7.2 Точечная и шовная контактныесварки
Ознакомление с технологией точечной и шовной контактной сварки.
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Контактная сварка - это сварка с применением давления и теплоты, выделяющейся при прохождении электрического тока через находящиеся в контакте соединяемые элементы детали или изделия.
2.1. Физическая сущность процесса контактной сварки
Согласно ГОСТ 19521-74 контактная сварка по виду энергии, используемой для образования сварного соединения относится к термомеханическому классу.
Для осуществления контактной сварки необходимы два вида энергии:
2.1.1. Теплота в процессе контактной сварки
Количество теплоты, необходимое для осуществления контактной сварки, определяют по закону Джоуля-Ленца:
где Q - количество теплоты, Дж;
I - сила сварочного тока, А;
R - полное сопротивление участка сварочной цепи, в котором происходит выделение теплоты, Ом;
Т - время прохождения электрического тока, время нагрева, с.
Полное сопротивление сварочной цепи:
где Rдд - сопротивление контакта между свариваемыми элементами детали или изделия, Ом;
Rмд - сопротивление материала свариваемой детали на участке прохождения электрического тока, Ом ;
Rэд – сопротивление контакта между токопроводящими электродами и свариваемыми элементами детали или изделия, Ом.
Основными источниками теплоты являются сопротивления Rдд и Rмд. Теплота, выделяемая сопротивлением Rэд, в значительной степени отводится токоподводящими электродами.
Однако сумма сопротивлений Rдд и Rмд весьма незначительна и обычно не превышает 0,005. 0,1 Ом.
Для интенсификации процесса сварки сварочный ток используют весьма большой силы: 1. 50кА, а время его действия назначают небольшим: секунды и доли секунд.
Другой способ интенсификации нагрева, которым очень часто пользуются на практике, заключается в искусственном поддержании неплотного контакта между свариваемыми элементами. При этом контактное сопротивление Rдд достигает очень больших значений, что приводит к ускоренному выделению очень большого количества теплоты в месте контакта соединяемых элементов друг с другом.
Температура в зоне контакта свариваемых элементов друг с другом достигает больших значений. Свариваемый металл плавится и даже кипит. Металл околошовной зоны нагревается за счёт теплопроводности.
2.1.2. Давление в процессе контактной сварки
Помимо теплоты в процессе контактной сварки необходимо создать соответствующее давление для плотного соприкосновения элементов свариваемой детали, чтобы возникли межатомные силы оцепления.
Величина давления зависит от пластических свойств материала свариваемой детали, от способа соединения и размеров элементов детали. Удельное давление при контактной сварке составляет 1. 100МПа.
2.2. Виды контактной сварки
Основными видами контактной сварки являются:
Разнообразие видов контактной сварки предопределено конструктивными особенностями свариваемых деталей и изделий.
2.2.1. Точечная контактная сварка
Точечная контактная сварка - это сварка, при которой соединение свариваемых элементов детали или изделия происходят в отдельных точках (рис. 1).
Рис. 1. Схема точечной контактной сварки
При точечной контактной сварке свариваемые элементы детали или изделия собирают внахлёстку, устанавливают и зажимают между электродами сварочной машины.
Электроды для точечной сварки представляют собой цилиндрические стержни с конической или сферической рабочей поверхностью, изготавливаемые из меди или её сплавов.
Электрический ток от сварочного трансформатора через электроды подаётся к свариваемым элементам.
Наибольшее количество теплоты выделяется в контакте между свариваемыми элементами. В месте контакта металл расплавляется, образуя литое ядро. Прилежащие к ядру слои металла нагреваются до пластического состояния и, деформируясь под действием сжимающего усилия электродов, препятствуют вытеканию жидкого металла из ядра.
Точечной контактной сваркой можно сваривать изделия из листов и прутков, собранных внахлёстку (рис. 2).
Рис.2. Некоторые типы сварных соединений при точечной контактной сварке
2.2.2. Шовная контактная сварка
Шовная контактная сварка - это сварка, при которой соединение свариваемых элементов детали или изделия осуществляется сплошным рядом сварных точек, перекрывающих друг друга примерно на 1/3.
Шовная сварка во многом подобна точечной, но отличается от ней тем, что в качестве электродов используют вращающиеся ролики (рис. 3).
Рис. 3. Схема шовной сварки
При шовной сварке так же, как и при точечной, свариваемые элементы собирают внахлёстку, устанавливают и зажимают между роликами, а затем включают электрический ток.
Электрический ток от сварочного трансформатора через вращающиеся ролики - электроды подаётся к свариваемым элементам изделия.
Свариваемые элементы перемещается между вращающимися роликами и образуется сплошной ряд сварных точек - сварной шов.
Виды сварных соединений при точечной и шовной сварках одинаковы (рис. 2), но шовную сварку применяют в случаях:
- обеспечения большой прочности сварного шва;
обеспечения герметичности сварного соединения.
Шовную сварку можно осуществлять двумя методами:
- с непрерывной подачей электрического тока;
- с прерывистой подачей электрического тока.
Шовная сварка с непрерывной подачей электрического тока отличается неустойчивостью процесса.
Шовная сварка с прерывистой (импульсной) подачей электрического тока обеспечивает образование отдельных сварных точек, перекрывающих друг друга.
2.3. Режим точечной и шовной контактной сварки
Основные параметры режима точечной и шовной контактной сварки:
Р - усилие сжатия, Н;
t - длительность нагрева или время действия тока, с.
На параметры режима точечной и шовной контактной сварки оказывают влияние:
- физико-механические характеристики свариваемого материала;
- размеры свариваемых элементов детали или изделия;
2.3.1. Расчётные зависимости для определения основных параметров режима точечной и шовной контактной сварки
Сила сварочного тока
где I - сила сварочного тока. А;
i - плотность тока, А/мм 2 ;
F- площадь сечения, через которое проходит электрический ток, мм 2 .
где Рсж - усилие сжатия, Н;
Рсж - давление сжатия, МПа или МН/м 2 ;
F- площадь свариваемого сечения, м 2 .
Время нагрева или время действия электрического тока находится в обратной пропорциональной зависимости от силы тока: чем больше сила сварочного тока, тем меньше время, затрачиваемое на нагрев свариваемых элементов, тем выше производительность сварки.
Разновидности режима точечной и шовной контактной сварка в зависимости от соотношения I и t:
Режим точечной и шовной контактной сварки назначает по методике приложения 1; данные для назначения режима сварки в приложении 2 и 3.
3. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТЫ, МАТЕРИАЛЫ
3.1. Машины для точечной и шовной контактной сварки.
3.2. Образцы для точечной и шовной контактной сварки.
4. ЗАДАНИЕ НА РАБОТУ
4.1. Усвоить сущность контактной сварки как сварки термомеханического класса.
4.2. Освоить технологию точечной и шовной контактной сварки.
4.3. Усвоить принцип расчёта режима сварки и выбора оборудования.
5. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
5.1. Ознакомиться с описанием работы.
5.2. Ознакомиться с видами сварных соединений, полученных точечной и шовной контактными сварками.
5.3. Ознакомиться с устройством и принципом работы сварочных машин для точечной и шовной контактной сварки.
5.4. Произвести зачистку, сборку, закрепление на машине и сварку соединяемых образцов.
5.5. Назначить режим точечной или шовной (по указанию преподавателя) контактной сварки. Методика и рекомендации по выбору режима сварки приведены в приложении 1 и 2.
5.6. Подобрать сварочную машину по результатам расчёта режима сварки. Техническая характеристика машин для контактной сварки приведена в приложении 3.
5.7. Результаты расчета режима сварки и выбора сварочной машины занести в таблицу.
Результата расчета режима и выбора сварочной машины при точечной и шовной контактной сварке
Лабораторная работа n 12
Цель работы: Ознакомиться с сущностью процесса контактной точечной сварки с технологией и оборудованием, применяемым для электрической контактной точечной сварки. Подобрать режим сварки заданного образца и определить качество сварного соединения.
1. Общие сведения
Точечная контактная сварка - технологический процесс получения неразъемных сварных соединений в отдельных точках с помощью местного нагрева и приложения давления (рис. 1).
Рис.1. Схема процесса электрической контактной точечной сварки: 1 - сварочный трансформатор; 2 – электроды; 3 - свариваемые заготовки; 4 - сварная точка; Р - давление, приложенное к электродам; dТ - диаметр сварной точки.
Заготовки, собранные внахлестку, устанавливают между электродами машины и сдавливают друг с другом. При этом создается надежный контакт между свариваемыми заготовками в зоне сжатия и между заготовками и электродами для лучшего токоподвода. При прохождении тока заготовки нагреваются, особенно интенсивно нагреваются участки металла, прилегающие к контакту между заготовками, так как эти участки менее подвержены охлаждающему действию электродов. Тепло Q, выделяющееся в контакте, определяется по формуле Джоуля - Ленца:
где , ICB - сварочный ток, A;
Roб - общее сопротивление зоны контакта, Ом;
Rк, Rм - сопротивления контакта и металла, Ом;
t - время прохождения тока, с.
В момент образования в зоне сварки расплавленного ядра заданных размеров ток выключают. Заготовки кратковременно выдерживают между электродами, к которым приложено усилие сжатия. Это необходимо для кристаллизации жидкого металла и образования плотного контакта между свариваемыми изделиями.
Области применения и технологические особенности электрической контактной точечной сварки. Этот вид сварки широко применяется на заводах автомобильной и авиационной промышленности, в радиоэлектронике и приборостроении для сварки листовых заготовок одинаковой и разной толщины, пересекающих стержней, листовых заготовок со стержнями или профильными заготовками: уголками, швеллерами и др.
Точечная сварка позволяет соединить заготовки из сталей различных марок - углеродистых и легированных, цветных металлов, а также из разнородных материалов.
Технологический процесс точечной сварки: включает несколько операций. Перед сваркой производят правку, очистку поверхности и сборку деталей. Правку применяют при необходимости устранить местные неровности, чтобы в местах сварки не было зазоров. Поверхности деталей в местах сварки с двух сторон защищают от ржавчины, окалины, масла и других загрязнений до чистого металла.
Зачистку осуществляют механическим способом (абразивными кругами, вращающейся щеткой и др.) или химическим (в сернокислых ваннах с последующей нейтрализацией в щелочной ванне, промывкой проточной водой и просушкой горячим воздухом). Для удаления масла и грязи протирают бензином или ацетоном. Детали из алюминиевых сплавов обрабатывают в ваннах с раствором ортофосфорной кислоты и хромпика с последующей промывкой в холодной воде, протирают салфетками или волосяными щетками, дополнительно промывают в теплой воде и окончательно просушивают горячим воздухом.
Рис. 2. Схема точечной машины МТ-1215:
1 - пневматический цилиндр;
3 - гайка для регулировки хода верхнего поршня;
4- редуктор давления сжатого воздуха;
5 - электропневматический клапан;
6 - ручной клапан;
8 - управляющая педаль.
Техническая характеристика точечной сварочной машины МТ - 1215
Сварочный ток, А 12500
dЭ =5,5√ δ ,где δ - толщина свариваемых заготовок, мм. 118
Правила техники безопасности при работе на точечной сварочной машине:
Запрещается работать, не ознакомившись с устройством и назначением узлов машины.
Запрещается переключать ступени трансформатора, если машина находится под напряжением.
Запрещается работать на машине при открытых дверцах.
Корпус машины и корпус сварочного трансформатора должны быть заземлены.
Для защиты от ожогов искрами нужно иметь прозрачные очки, брезентовые рукавицы и фартук.
Дефекты сварных соединений и причины их образования. Основными дефектами сварных соединений, полученных точечной сваркой, являются непровар, перегрев наружной поверхности, трещины, раковины и глубокие вмятины.
Непровар, или малый диаметр ядра, наблюдается при недостаточной силе тока или малом времени включения; завышенном давлении и большом диаметре контактной поверхности электродов; при увеличении шунтирования тока вследствие малого шага или случайного контактирования с токоведущими частями машины, а также при плохой сборке и зачистке заготовок.
Перегрев наружной поверхности, или всплеск расплавленного металла ядра на поверхность. Причины: недостаточное давление и малые размеры контактной поверхности электродов; завышенный ток и длительность включения, плохая зачистка поверхностей заготовок и электродов, близость электродов к кромке детали; перекос деталей относительно электродов.
Трешины радиальные и раковины возникают при малом времени включения тока, малом времени проковки и недостаточном давлении на электродах; при запаздывании приложения ковочного усилия, а также из-за некачественной очистки, правки и подготовки заготовок.
Глубокие вмятины от электродов на поверхности деталей. Причины: завышенная сила тока, длительность включения и давления; недостаточное усилие на электродах и малые размеры их контактной поверхности; перекос заготовки относительно электродов.
Контроль качества сварки производят внешним осмотром, выборочными механическими испытаниями на прочность, проверкой на герметичность, применением металлографического анализа.
Внешний осмотр с помощью лупы и простых измерительных приборов позволяет проверить глубину и правильность формы отпечатка тока, наличие прожогов, трещин и других наружных дефектов.
Посредством механических испытаний производят текущий контроль качества сварки. Путем разрушения простейших образцов устанавливают: наличие и размер ядра, сравнительную прочность соединения и основного металла. Испытание производят на отрыв и на срез сварной точки (рис.3).
Рис.3. Образцы для технологических испытаний на прочность сварного соединения: а - на срез; б - на отрыв.
Сварку считают качественной, если при испытании образца на отрыв, разрушение происходит по основному металлу с образованием сквозного отверстия. При этом диаметр вырванной точки и разрушающаяся нагрузка должны быть не ниже заданных в технической документации на изготовление сварной конструкции. Дополнительно производят испытание на срез сварной точки с целью определения разрушающей нагрузки.
Текущий контроль прочности изделий на производстве осуществляют выборочными механическими испытаниями всего изделия или вырезанных из него образцов. Непровар определяют путем осторожного отгибания кромки соединения. При этом плохо сваренная точка или шов разрушаются. Технологическая проба на прочность шва заключается в отрыве сваренных деталей. Разрушение должно идти по основному металлу.
Лабораторная работа № 3 контактная сварка
Цель работы: изучение схемы сварочных процессов и оборудования.
Сущность и основные параметры
Отличительная особенность контактной сварки – применение давления на соединяемые элементы. Источником тепла является прохождение электрического тока в месте контакта соединяемых элементов. Контактная сварка бывает следующих видов: стыковая (в том числе сопротивлением, непрерывным оплавлением и оплавлением с подогревом), точечная и шовная (рис. 3.1).
Рис. З.1. Схема стыковой (а), точечной (б) и шовной (в) сварок
Стыковая сварка сопротивлением
Стыковая сварка сопротивлением осуществляется следующим образом; торцы соединяемых элементов приводятся в соприкосновение и сдавливаются; пропускается электрический ток, который разогревает торцы соединяемых элементов, что вместе с давлением приводит к их соединению. При этом торцы соединяемых стержней должны быть предварительно обработаны.
Основные параметры стыковой сварки сопротивлением: плотность сварочного тока, величина давления, время действия тока, припуск на осадку и установочная длина ( l ).
Область применения — соединение стержней площадью до 300 мм2 и труб диаметром до 40 мм.
Стыковая сварка оплавлением (непрерывным и с подогревом)
При стыковой сверке непрерывным оплавлением в соприкосновение приводятся элементы, уже включенные в электрическую цепь. При этом виде стыковой сварки сплавление торцов происходит предварительно, до соприкосновения соединяемых элементов. Сварочное соединение образуется после сдавливания (осадки) расплавленных торцов.
Стыковой сваркой оплавлением с подогревом производится соединение также предварительно включенных элементов в электрическую цепь. Оплавление торцов осуществляется с помощью нескольких коротких замыканий, возникающих при их соприкосновении. После достаточного расплавления торцы сжимаются (осаживаются) и образуется соединение.
Основные параметры стыковой сварки оплавлением: плотность тока, величина давления, скорость оплавления и осадки, припуск на оплавление и осадку; длительность сварки и установочная длина.
Область применения — соединения стержней с площадью сечения до 6000 мм2.
При точечной сварке соединяемые элементы, уложенные друг на друга, сжимаются электродами контактной машины, затем включается электрический ток. В результате прохождения тока в соединяемых элементах образуется литое ядро (точка), размеры которого ограничены площадью торцов электродов. Ток выключается после образования литого ядра, а электроды разжимаются после полной кристаллизации металла литого ядра.
Наиболее распространенные циклы, применяемые для сварки малоуглеродистой стали и сплавов алюминия, приведены на рис. 3.2 а, б. Каждый цикл состоит из четырех операций: сжатие (соединяемые элементы только сжимаются); сварка (включается ток); проковка ( ток выключен, происходит кристаллизация сварочной точки); пауза (давление отсутствует, ток выключен).
Основными параметрами точечной сварки являются сила тока и сила сжатия, которые в зависимости от толщины и вида металла могут быть постоянными или переменными в течение цикла сварки одной точки. К основным параметрам относится также продолжительность каждой операции цикла.
Точечная сварка применяется для соединения пересекающихся арматурных стержней, а также для соединения внахлестку листовых элементов.
Рис. 3.2. Циклы точечной сварки
При шовной сварке электродами служат вращающиеся ролики, которые образуют сварной шов в виде сплошного ряда точек на соединяемых элементах. Диаметр электродов-роликов равен 40-400 мм. Ток на электроды может подаваться непрерывно или импульсами. Электроды так же, как и в точечной сварке, сжимают соединяемые элементы.
Основные параметры шовной сварки: сила тока, длительность сварки, сжимающее давление, скорость сварки.
Преимущества и недостатки
Преимуществом всех видов контактной сварки является высокая производительность, механизация и автоматизация сварочного процесса. К недостаткам следует отнести необходимость доставки деталей к сварочным машинам, а не наоборот, большие требуемые мощности машин, узкую специализацию машин.
Оборудование для контактной сварки
Оборудование для стыковой сварки
На рис. 3.3 изображена схема машины для стыковой сварки. Зажимное устройство машины состоит из неподвижной и подвижной плит, на которых расположены зажимы для крепления соединяемых элементов. Привод осадочно-подающего механизма может быть ручным, электромеханическим или гидравлическим. На стыковых машинах с пружинным или рычажным приводом можно выполнять стыковую сварку сопротивлением, непрерывным оплавлением или оплавлением с подогревом. Машины для стыковой сварки оборудуются приспособлениями для отжига и снятия грата.
Рис. 3.3. Схема машины для стыковой сварки
Машины для точечной и шовной сварок
Схема стационарной машины для одноточечной контактной сварки приведена на рис. 3.4. В корпусе машины помещены: трансформатор, переключатели ступеней и аппаратура управления (регулятор времени). На консолях расположены два электрододержателя, один из которых связан с механизмом сжатия. Вторичная обмотка трансформатора соединена с верхним и нижним электродами. Первичная обмотка имеет отпайки, соединенные с переключателем ступеней, с помощью которых устанавливается нужное вторичное напряжение. Включение и выключение первичной обмотки осуществляется контактором.
Регулятор времени управляет последовательностью и длительностью операций, выполняемых в течение одного цикла: сжатие деталей между электродами (сжатие); включение и выключение тока (сварка); выдерживание деталей под давлением после выключения тока (проковка); подъем верхнего электрода и выдерживание его в поднятом положении до начала следующего цикла (пауза). Длительность каждой операции устанавливается с помощью рукояток, выведенных на панель регулятора. Включение машины осуществляется педальной кнопкой. Для получения одной точки педаль нажимается и быстро отпускается, если педаль держать, то циклы сварки будут повторяться.
Рис. 3.4. Схема точечной машины
Машины для контактной шовной сварки аналогичны по структуре машинам для точечной сварки. Отличие заключается в том, что вместо стержневых электродов применяются электроды в виде роликов.
Для точечной сварки алюминия используются серийно выпускаемые полуавтоматы типа ПРМ-2, ПРМ-4, "Спутник", ПШП-10, ПДА-180-2 (раздел 2, лабораторная работа № 2).
Для выполнения точечной сварки алюминия в схему управления полуавтомата вносятся изменения, позволяющие осуществить цикл сварки по схеме:
- включение тока и одновременная подача сварочной проволоки с малой скоростью; возбуждение дуги; сварка (скорость подачи проволоки увеличивается); гашение дуги (окончание цикла).
Работа полуавтомата осуществляется в следующей последовательности. При первом нажатии кнопки "Пуск", находящейся на ручке пистолете, начинается продувка пистолета газом (аргоном). При втором нажатии кнопки "Пуск" включается двигатель подачи проволоки. Скорость подачи проволоки определяется положением движка ползункового реостата. При касании проволокой изделия скорость подачи проволоки возрастает до рабочей (величина рабочей скорости определяется положением рукоятки автотрансформатора) и включается реле времени. Время сварки устанавливается переменным резистором. После истечения установленного срока сварки через реле разрывается цепь питания двигателя и подача проволоки прекращается. В течение 1-1,5 с происходит плавное гашение дуги. Подача газа заканчивается через 5 с после окончания сварки отпуском кнопки "Пуск".
Изучить настоящее пособие. Ознакомиться со сварочным оборудованием с помощью пособия и преподавателя. Научиться устанавливать параметры стыковой и точечной сварок (плотность тока, давление, время сварки, установочную длину, скорость оплавления и осадки, скорость подачи проволоки). По заданию преподавателя выполнить стыковую сварку арматурных стержней (сопротивлением или оплавлением), сварить арматурный каркас (6-10 электроточек), выполнить точечной сваркой нахлесточное соединение стальных полос на стационарной машине и алюминиевых полос с помощью полуавтомата. Написать отчет.
Указания по определению параметров сварки и выполнению контрольных заданий
Стыковая сварка арматурных стержней
При стыковой сварке сопротивлением необходима тщательная обработка и подгонка соединяемых торцов, недопускающая местных зазоров, Для стыковой сварки оплавлением подгонка торцов не требуется — элементы могут нарезаться на пресс-ножницах, механической пилой или газовой резкой. Торцы соединяемых элементов должны быть зачищены от окалины и ржавчины. Также должны быть зачищены участки элементов, закрепляемых в зажимах сварочной машины. В табл. 3.1 приведены основные значения параметров сварки сопротивлением стержней диаметром "Д" из малоуглеродистой стали с площадью сечения до 200 мм2.
Читайте также: