Классификация видов термомеханической сварки
Термомеханический класс сварки основан на использовании совместного действия тепла и давления, вводимых в зону сварки. Термомеханический, или термопрессовый, класс сварки по принципу действия во многом аналогичен рассмотренному выше механическому классу сварки. Основное отличие в том, что тепловая энергия вводится в зону сварки извне. Тепловая энергия образуется при прохождении электрического тока через сопротивление по границе «металл—металл», введением теплоты от газовой горелки, электрическим разрядом от конденсатора. Используется также тепловая энергия от дугового разряда.
В соответствии с этим термомеханический класс сварки разделяют на следующие виды:
• электроконтактная сварка;
• диффузная сварка;
• газопрессовая сварка;
• дугопрессовая сварка;
• сварка аккумулированной энергией.
Электроконтактная сварка
Электроконтактная сварка является одним из самых распространенных видов сварки металлов давлением. Электроконтактная сварка относится к видам сварки с кратковременным нагревом места соединения деталей без оплавления или с оплавлением и осадкой разогретых заготовок. Характерная особенность этих процессов – пластическая деформация, в ходе которой формируется сварное соединение. В процессе этой деформации происходит удаление окислов из зоны сварки, устранение раковин и местное уплотнение металла.
Способ электроконтактной сварки изобрел русский инженер Н. Н. Бенардос, который в 1885 году получил патент на способ точечной электросварки клещами с угольными электродами. Позднее этот способ усовершенствовали заменой угольных электродов на медные, и появились новые способы сварки: роликовая, стыковая, рельефная и т. д.
Место соединения разогревается проходящим по металлу электрическим током, при этом максимальное количество теплоты выделяется в месте сварочного контакта. Количество теплоты, выделяемой в зоне сварки, определяют по формуле Джоуля-Ленца (Q = I2 × R × t):
Q = 0,24 × I2 × R Δt.
где Q – количество тепла (кал.);
I – сила тока сварки (А);
R – полное сопротивление зоны сварки (Ом);
t – время протекания тока сварки (с).
Q = I2 × R Δt,
где Q – количество теплоты (Дж),
остальные параметры по формуле 3.1.
Основное влияние на нагрев оказывает сила сварочного тока. Например, при данном количестве необходимой теплоты, расходуемой за один сварочный цикл, увеличение силы тока в два раза приведет к уменьшению времени сварки более чем в четыре раза.
Полное сопротивление сварочного контура состоит из электросопротивлений выступающих концов заготовки L, свариваемых заготовок Rзаг, сварочного контакта Rк и электросопротивления между электродами и заготовками Rэл (рис. 28 а)
Рис. 28.
Схема электроконтактной сварки (а), схема контакта заготовки (б)
Полное сопротивление сварочного контура равно:
R = Rзаг + Rк + Rэл
Сопротивление сварочного контакта зависит от таких факторов, как чистота поверхностей деталей в месте сварки, наличие окисных пленок металла, сила сжатия заготовок. Например, при сварке неочищенных заготовок сопротивление в месте контакта изменяется в весьма широких пределах. Это приводит к изменению температуры нагрева, стабильности прочностных показателей, браку и износу электродов.
При нагреве в месте контакта сопротивление металла возрастает, следовательно, еще более возрастает количество выделяющейся теплоты и резко ускоряется процесс сварки. Применяя для контактной сварки токи больших величин, удается производить сварку за десятые и сотые доли секунды.
Контактную сварку классифицируют по типу сварного соединения, определяющего вид сварочной машины, и по роду тока, питающего сварочный трансформатор.
По типу сварного соединения различают:
• стыковую контактную сварку;
• точечную контактную сварку;
• шовную (роликовую) контактную сварку.
По роду сварочного тока выделяют контактную сварку:
• переменным током;
• импульсом постоянного тока;
• аккумулированной энергией.
Схемы основных современных способов контактной сварки представлены на рисунке 29. Эти способы отличаются сопряжением деталей в месте соединения, особенностями токоподвода и приложением сварочного давления.
Рис. 29.
Основные способы контактной электросварки:
а – стыковая сварка; б – точечная сварка; в – шовная (роликовая) сварка; г – рельефная сварка
Выпускаемые машины для электроконтактной сварки состоят из двух основных частей: электрической и механической.
Электрическая часть сварочной машины состоит из:
• трансформатора с первичной обмоткой на напряжение 220/380 В и вторичной обмоткой на напряжение 1–20 В, при силе тока во вторичной обмотке от нескольких десятков до сотен килоампер;
• регулятора времени;
• прерывателя тока в цепи первичной обмотки;
• токоподводящих устройств.
Механическая часть машины для контактной электросварки включает в себя:
• устройства фиксации деталей;
• механизмы для создания, выдержки и снятия давления на заготовки.
Машины для контактной сварки работают по заданной программе с целью изменения сварочного тока и усилия сжатия. График изменения сварочного тока и усилия сжатия, совмещенных во времени, называют циклограммой.
Контактная электросварка является высокопроизводительным процессом. Этот вид сварки легко механизируется и автоматизируется. Относительная простота в обслуживании способствует широкому применению контактной сварки в строительстве, автомобилестроении, приборостроении и многих других областях техники и производства.