Стыковая сварка - разновидность контактной сварки, при которой заготовки свариваются по всей поверхности соприкосновения. Свариваемые заготовки закрепляют в зажимах стыковой машины (рис. 7.15). Зажим 3 установлен на подвижной плите 4 перемещающейся в направляющих, зажим 2 укреплен на неподвижной плите. Сварочный трансформатор соединен с плитами гибкими шинами и питается от сети через включающее устройство. Плиты перемещаются, и заготовки сжимаются под действием усилия Р развиваемого механизмом осадки.
Место соединения разогревается проходящим по металлу электрическим током, причем максимальное количество теплоты выделяется в месте сварочного контакта. Количество выделяемой теплоты определяется законом Джоуля-Ленца:
, (1)
где Q - количество теплоты, выделяемое в сварочном контуре, Дж; R - полное электросопротивление сварочного контура, Ом; I - сварочный ток, A; t - время протекания тока, с.
Полное электросопротивление сварочного контура R состоит из электросопротивлений выступающих концов L свариваемых заготовок Rзаг сварочного контакта Rн и электросопротивления между электродами и заготовками Rэл т.е.
. (2)
Электросопротивление Rн имеет наибольшее значение, так как из-за неровностей поверхности стыка даже после тщательной обработки заготовки соприкасаются только в отдельных точках.
Стыковую сварку с разогревом стыка до пластического состояния и последующей осадкой называют сваркой сопротивлением, а при разогреве торцов заготовок до оплавления и последующей осадкой - сваркой оплавлением. Для правильного формирования сварного соединения необходимо, чтобы процесс протекал в определенной последовательности.
Перед сваркой заготовки должны быть очищены от оксидных пленок и торцы их плотно пригнаны друг к другу. Для подгонки необходима механическая обработка торцов. Заготовки сдавливаются усилием Р, затем включается ток, металл разогревается до пластического состояния, затем заготовки снова сдавливают (осаживают). В месте сварки образуется усиление металла. Параметрами режима контактной стыковой сварки сопротивлением являются плотность тока (А/мм2), удельное усилие сжатия торцов заготовки р(Па) и время протекания тока t(с), которое определяют косвенно через величину осадки, зависящую от установочной длины L. Установочной длиной L называют расстояние от торца заготовки до внутреннего края электрода стыковой машины, измеренное до начала сварки. Длина L зависит от теплофизических свойств металла, конфигурации стыка и размеров заготовки.
Этим способом соединяют заготовки малого сечения (до 100 мм2), так как при больших сечениях нагрев будет неравномерным. Сечения соединяемых заготовок должны быть одинаковыми по форме с простым периметром (круг, квадрат, прямоугольник с малым отношением сторон). Сваркой сопротивлением можно сваривать низкоуглеродистые, низколегированные конструкционные стали, алюминиевые и медные сплавы.
Стыковая сварка оплавлением имеет две разновидности: непрерывным и прерывистым оплавлением. При непрерывном оплавлении между заготовками, установленными в электродах машины, оставляют зазор, подключают ток и равномерно сближают заготовки. Соприкосновение происходит вначале по отдельным небольшим площадкам, через которые протекает ток высокой плотности. При этом под действием магнитного поля расплавленный и кипящий металл выбрасывается наружу. После достижения равномерного оплавления всей поверхности стыка заготовки осаживают.
При прерывистом оплавлении зажатые заготовки сближают под током, приводят их в кратковременное соприкосновение и вновь разъединяют на небольшое расстояние. Быстро повторяя одно за другим сближения и разъединения, выполняют оплавление всего сечения. Затем выключают ток и сдавливают заготовку. Под давлением часть расплавленного металла вместе с оксидами выдавливается из зоны сварки.
Сварка оплавлением имеет преимущества перед сваркой сопротивлением. В процессе оплавлеиия выравниваются все неровности стыка, а оксиды и загрязнения удаляются, поэтому не требуется особой подготовки места соединения. Можно сваривать заготовки с сечением сложной формы, а также заготовки с различными сечениями, разнородные металлы (быстрорежущую и углеродистую стали, медь и алюминий и т.д.).