Стыковая электроконтактная сварка

Стыковаяэлектроконтактная сварка (СЭКС) – это способ электроконтактной сварки, при котором заготовки соединяются по всей площади их касания (площади сечения).

Схема СЭКС показана на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Схема стыковой сварки: 1 - свариваемые заготовки; 2 - призма; 3 - сварочный трансформатор; 4 - стык заготовок; 5 - сварной шов; А - начальное положение; В - окончание сварки.

Заготовки 1 устанавливаются и зажимаются в призмах 2. Ток к заготовкам 1 подводят через губки призм2. для нагрева заготовок используется сварочный трансформатор 3. По окончании разогрева торцов заготовок сварочный ток выключают и увеличивают усилие сжатия заготовок (сила проковки), которые деформируются в стыке.При этом из зоны сварки частично выдавливаются поверхностные пленки, формируется физический контакт и образуется соединение (сварной шов 5). Соединение образуется в твердой фазе.

количество выделяемой теплоты определяется законом Джоуля – Ленца:

(6.1)

где: Q_ээ –количество теплоты, выделяемое при прохождении электрического тока через твердый или жидкий проводник (сварочную цепь), в Дж, i_св(t) - мгновенное значение сварочного тока, обычно меняющееся в процессе сварки; r_ээ(t) — общее сопротивление металла между электродами в момент времени t< t_св, I_c- сварочный ток, в А, Z_∑ - полное сопротивление сварочной цепи (цепи вторичной обмотки), в Ом; t – время прохождения тока по сварочной цепи, в с, k - коэффициент пропорциональности между тепловой и электрической энергией. полное сопротивление сварочной цепи складывается из омического и индуктивного сопротивления электрической цепи:

(6.2)

где: R_эл – внутренне омическое сопротивление сварочной машины (сопротивление вторичной обмотки сварочного трансформатора и медных шин подводки к зажимным призмам); R_заг – суммарное омическое сопротивление заготовок; R_з – омическое переходное сопротивление контакта «заготовка - зажим»; R_к – омическое сопротивление свариваемого стыка (контакта); X – индуктивное сопротивление сварочного контура.

суммарное омическое сопротивление заготовок определяют по формуле:

(6.3)

где: m – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения тока по сечению проводника; (l₁+ l₂) –установочная длина, условно равна расстоянию между губками; F – площадь сечения заготовки; ρ – удельное сопротивление материала заготовок при текущей температуре.

С повышением температуры растет удельное сопротивление материала заготовок. Однако суммарное омическое сопротивление заготовок, даже при повышенных температурах лежит в пределах 10² … 10 мкОм. Сопротивление R_к зависит от микрогеометрии и состояния (наличия окисных и иных пленок) поверхностей контакта заготовок с губками, от нагрева заготовок и усилия сжатия. ВеличинаR_к лежит в пределах 1 - 10 ом. Внутреннеомическое сопротивление сварочной машины (сечение медных проводов вторичной обмотки и шин подводки 100 - 400 мм²) лежит в пределах 10 мкОм. Наибольшее сопротивление (более 50 ом) в месте контакта торцов заготовок так как контакт осуществляется по верхушками микронеровностей с учетом оксидных и масляных пленок.

По характеру нагрева различают стыковую сварку сопротивлением и оплавлением.

Стыковая сварка сопротивлением ( СКС ): контактная сварка, при которой детали стыкуются под давлением до начала нагрева, давление поддерживается, затем пропускают ток до тех пор, пока температура не достигнет температуры сварки, при которой происходит осадка металла (рис. 6.2, а).

Рис. 6.2. Схемы стыковой сварки сопротивлением (а) и оплавлением (б): 1 - свариваемые заготовки; 2 - зажим; 3 - источник питания; 4 - выдавленный металл; 5 - сварной шов; 6 - зона искровых вспышек (искровой зазор); 7 - грат; А - начальное положение; В - окончание сварки.

Стыковая сварка оплавлением ( СКО ): контактная сварка, при которой детали поступательно сближаются и ток, протекающий через определенные точки контакта, вызывает повторяющиеся искровые вспышки и выбросы расплавленного металла (рис. 6.2, б).

При СКС закрепленные в машине заготовки сжимают осевой силой (сила предварительного сжатия), а затем включают сварочный трансформатор 3 и нагревают их проходящим током до температуры несколько ниже температуры солидуса (0, 8 – 0, 9 Т_пл).

Вначале, ток, протекая по небольшим контактным поверхностям между заготовками, испытывает большое сопротивление. По мере нагрева заготовок увеличивается площадь контактных площадок, ток распределяется более равномерно, и R_к уменьшается. При сварке сопротивлением R_к можно рассчитать по формуле:

(6.4)

где: r_сж– контактное сопротивление при усилии сжатия Р = 10Н (для очищенной от окалины низкоуглеродистой стали r_сж= 0, 005 ом, для алюминия r_сж = 0, 001ом); α – показатель степени (для стали α = 0, 75, для алюминия α = 0, 75…0, 85). Наличие окалины на свариваемых поверхностях увеличивает r_сж в 200…500 раз.

После нагрева сварочный ток выключают и резко увеличивают сжимающее усилие (усилие проковки), что вызывает интенсивную деформацию нагретого твердого металла.

В процессе совместной пластической деформации деталей происходит формирование контакта, частичное разрушение поверхностных пеленок и образование соединения. В процессе осадки при сварке на деталях образуется утолщение4. Таким образом, цикл сварки сопротивлением состоит из двух этапов: нагрев и осадка.

При СКО сначала на закрепленные детали подают напряжение от сварочного трансформатора (6 – 8 В) и сближают их до легкого соприкосновения. В отдельных контактах в результате достигается очень высокая плотность тока, металл в этих точках быстро нагревается, расплавляется с образованием жидких перемычек между торцами свариваемых деталей (рис. 6.3), которые взрывообразно разрушаются.

Рис. 6.3. Изменение омического сопротивления перемычки при нагреве (участок a-e) и взрыве (точка e) в течение одного полупериода.

СопротивлениеR_ксоответствует сопротивлению оплавления R_опл, которое зависит от характера и скорости оплавления и от числа жидких перемычек. Сопротивление оплавления складывается из сопротивлений единичных перемычек (r_опл): R_опл = ∑ r_опл. При питании сварочной цепи переменным током, в течение одного полупериода происходит рост и взрыв перемычек. На участке «a-b» (рис. 6.3) сопротивление единичной перемычки быстро уменьшается, а затем растет (участок «b-c»). Расплавленная перемычка сжимается собственным магнитным полем, и рост сопротивления резко увеличивается (участок «c-d»). Вследствие перегрева перемычка взрывается (точка e). После взрыва, часть расплавленного металла остается на заготовках. Часть металла испаряется создавая благоприятные условия для кратковременного дугового разряда. Разряд быстро затухает, и сопротивление увеличивается (участок «d-e»). Время существования каждой перемычки составляет сотые доли секунды. Детали нагреваются за счет непрерывного образования и разрушения перемычек последовательно в разных участках торцов. Этот процесс называют «оплавлением торцов».К концу процесса нагрева на торцах образуется сплошной слой жидкого металла. В этот момент резко повышают скорость сближения деталей и усилие сжатия после того как детали входят в контакт. В результате большая часть жидкого металла вместе с поверхностными пленками и частью твердого металла выдавливаются из стыка, образуя грат. Во время осадки ток обычно отключают.

⇐ Предыдущая31323334353637383940Следующая ⇒

Поделиться: