Технологические возможности точечной и шовной сварки

ТКС и ШКС позволяют соединять практически все конструкционные металлические материалы в широком диапазоне толщин. Среди свариваемых материалов все виды сталей, никелевые и титановые сплавы, алюминиевые и магниевые сплавы и др.

Можно также соединить металлы с антикоррозионными покрытиями – оцинкованные, алитированные и никелированные стали и даже металлы с неметаллическими, изоляционными покрытиями. Так как соединяемые металлы разогреваются до расплавления, то ТКСиспользуют только для соединения однородных метал­лов или сплавов на одной основе, например малоуглеродистой с коррозионностойкой сталью. При сварке разнородных металлов в ядре образуются интерметаллиды и механические свойства соединений оказываются очень низкими.

Толщина свариваемых деталей - от 20—50 мкм до 30 мм при ТКС и до 8—10 мм при ШКС. Обычно сваривают детали равных толщин, но возможны случаи соединения деталей с соотношением толщин до 1: 20 и даже более.

ТКС широко применяется:

- в штампосварных конструкциях, в которых две или более штампованных из листа заготовок, свариваются в жесткий узел (пол легкового автомобиля, кабина грузовика и т. п.);

- при сборке каркасных конструкций (боковина и крыша пассажирского вагона, бункер комбайна, узлы самолёта и т. п.);

- при сварке пересекающихся стержней диаметром 25 мм и более (изготовление арматуры железобетона в виде сеток и каркасов);

- соединение очень тонких деталей в электровакуумной технике, приборостроении.

ШКС в основном применяется для получения прочных и плотных швов при изготовлении тонкостенных (толщина стенок до 3 мм) герметичных оболочек, предназначенных для хранения жидкостей, газов и других продуктов, а также в производстве тонкостенных труб.

Требования к сварным конструкциям

Одно из основных требований к конструкциям получаемым ТКС или ШКС – удобство подхода электродов к зоне сварки. Предпочтительно применять узлы «открытого» или «полузакрытого» типа (рис. 6.22). Наиболее удобны для сварки открытые панели (рис. 6.22, а), наименее – узлы коробчатой формы, обечайки и трубы малого диаметра (рис.6.22, б, в).

Детали для точечной и шовной сварки обычно изготавливают из листов и профилей. Если к конструкции не предъявляются требования по герметичности, то применяют ТКС. ШКС обеспечивает получение прочных и плотных швов.

Рис. 6.22. Сварные узлы открытого(а), полузакрытого(б) и закрытого (в) типов

При изготовлении герметичных отсеков, баков и т. п. элементы жесткости делают из материала меньшей толщины. В результате при местном разрушении конструкции не нарушается плотности обшивки. При затрудненном доступе к зоне сварки используют одностороннюю сварку.

Наиболее важные элементы, определяющие прочность и герметичность сварных соединений – расчетный (минимальный) диаметр ядра (точечная сварка) и ширина шва (шовная сварка) d (рис. 6.23).

Рис. 6.23. Конструктивные элементы соединений при точечной(а) и шовной(б) сварке

При достижении требуемых их величин обеспечивается необходимая и стабильная прочность, а при шовной сварке - герметичность швов.

Для расчетов dрекомендуется эмпирическая формула:

(6.31)

где: δ - толщина листа

При наладке режима сварщик устанавливает диаметр ядра на 15–25 % больше минимального для компенсации колебаний параметров режима во время сварки, например, уменьшения тока, состояния поверхностей деталей и т. п.

При необходимости величину d можно уменьшить на20–30%, с одновременным увеличением количества точек, что дает возможность снизить энергоемкость процесса, массу соединений за счет уменьшения ширины нахлестки, повысить циклическую прочность соединений и стойкость электродов и, следовательно, производительность процесса.

Глубина вмятины g должна быть меньше 20 % от толщины детали (s), и лишь при сварке деталей неравных толщин эта величина на тонкой детали может достигать 30 %.

Минимально допустимое расстояние (шаг) t_шмежду центрами соседних точек выбирается из условия ограничения шунтирования тока при сохранении высокой прочности шва.

Для шовной сварки перекрытие литых зон герметичного шва fдолжно быть не меньше 25 % длины литой зоны. В среднем же перекрытие устанавливается около 50 %.

Минимальная величина нахлесткиВ - наименьшая ширина сопрягаемой части соединяемых деталей без учета радиуса скругления соседних элементов (стенки, полки). При r< 2s_в нахлестку включают не только радиус, но и толщину стенки. Расстояние от центра точки или оси шва до края нахлестки не должно быть меньше 0, 5В во избежание раздавливания края лиса. Расстояние между осями соседних рядов на ≈ 20 % больше t_ш.

Абсолютные размеры конструктивных элементов увеличивают при росте толщины деталей. При сварке деталей неравных толщин размеры выбирают в соответствии с толщиной более тонкой детали.

Типовой технологический процесс производства сварных узлов состоит из следующих основных операций: подготовка свариваемых поверхностей; сборка и прихватка; сварка; правка и механическая обработка; антикоррозионнаязащита; контроль.

Цель подготовки свариваемых поверхностей -удаление толстых, как правило, неравномерных по толщине и свойствам, поверхностных (в частности, оксидных), пленок, после чего на поверхности металла остаются тонкие пленки с малым и стабильным электрическим сопротивлением.

Подготовку поверхностей проводят в следующей последовательности: обезжиривание; удаление оксидных, пленок; пассивирование; нейтрализация; промывка; сушка; контроль.

Обезжириваниедеталей позволяет удалить органические загрязнения, масляные и жировые пленки, следы маркировочной краски. Для обезжиривания применяют растворы соды Nа₂СО₃ (для легированных сталей и сплавов титана), растворы щелочи или органических растворителей (для сплавов алюминия и магния). Часто в массовом производстве малоуглеродистую сталь не обезжиривают.

Оксидные пленки удаляют механическим или химическим способами.

Механическую обработку ведут обдувкой чугунной или стальной дробью, вращающимися стальными щетками для большинства свариваемых металлов. Механические способы подготовки универсальны, но сроки хранения деталей до сварки ограничены из-за большой активности поверхности (например, для алюминиевых и магниевых сплавов – 1-5 сут. в зависимости от условий хранения – температуры и влажности). Сроки хранения можно удлинять, используя консерванты.

Химическое травлениепозволяетполучить чистую и относительно малоактивную поверхность. В частности, сроки хранения деталей из сплавов алюминия и магния достигают 15-30 сут. Контролируют качество подготовки поверхности чаще всего внешним осмотром.

Нейтрализация необходима для удаления с поверхностей заготовок продуктов химического травления. Для нейтрализации черных сплавов применяют специальные травильные растворы (50-60% H₂SO₄ + 25-40% HCl + 15-30% NaCl). Врем травления 10-30 мин, температура травления 20-70 º С.

Контроль качества подготовки поверхности проводят с визуально (стальные поверхности должны иметь матовый или равномерный металлический блеск) и измерением электрического сопротивления двух сжатых образцов. Усилие сжатия и размеры рабочей поверхности электродов выбирают, как при точечной сварке, в зависимости от толщины и материала деталей.Значениясопротивлений не должны превышать определенных величин, например, 0, 5 мОм для малоуглеродистых сталей.

Сборка должна обеспечивать точное взаимное расположение свариваемых заготовок (в соответствии с чертежом) и минимальные зазоры между ними, что облегчает последующую сварку.

Большие зазоры повышают вероятность образования наиболее опасных дефектов –непроваров и выплесков, увеличивают общее коробление сварного узла. Допускаемые зазоры зависят от жесткости узла и длины участка с этими зазорами. Например, при сварке стальных деталей толщиной 1 мм на обычных режимах зазоры не должны превышать 0, 4 мм при длине 100 мм и 1, 2 мм на длине 300 мм.

При толщине детали 3 мм зазоры должны быть уменьшены соответственно до 0, 3 и 0, 9 мм. Сборку обычно ведут по разметке, по эталонному узлус применением шаблонов, а также в специальных приспособлениях. Применение сборочных приспособленийсущественно сокращают время сборочных операций и повышают их качество.

Перед сваркой заготовки необходимо соединить прихватками.Эта операция обеспечивает: точную фиксацию деталей в узле; предотвращение смещения заготовок в процессе сваркии снижение остаточных деформаций. Прихватку осуществляют точками с определенным шагом. Для точечной сварки шаг прихватки обычно составляет 100 - 300 мм (в зависимости от жесткости деталей и величины зазоров), для шовной – 25 - 100 мм во избежание коробления узла и набега металла при движении роликов (особенно при сварке обечаек кольцевым швом). Обычно точки прихватки располагают по линии будущего основного шва.

Для уменьшения коробления узла прихватку ведут в определенной последовательности. Под продольные швы рекомендуется попеременная прихватка от центра к краям, начиная с участков повышенной жесткости. Элементы обечаек прихватывают точками в диаметрально противоположных направлениях. Узлы простой формы допускается сваривать без прихватки в сборочно-сварочных приспособлениях. Чаще всего прихватку ведут в стационарных машинах. Крупно­габаритные детали прихватывают в сборочно-сварочных приспособлениях (стапе­лях) переносными машинами (клещами, пистолетами). В ряде случаев детали предварительно закрепляют болтами или заклепками. После прихватки контро­лируют качество соединений, форму и размеры узла.

Основными параметрами режима являются: на стадии нагрева – сварочный ток I_св, время его протекания t_св и сварочное усилие F_св; на стадии охлаждения – усилие проковки F_к.

Регулируя соответственно длительность сварочного импульса и его величину, получают «жесткий» или «мягкий» режим.

Режим называют «жестким», если сварка выполняется на повышенном токе при коротком времени его протекания. Режим называют «мягким», если сварочный ток понижен, а длительность его протекания увеличены.

Время сварки определяется теплопроводностью свариваемого металла. При сварке высокотеплопроводных металлов (например, сплавы на основе Al) рекомендуется применять «жесткие» режимы (t_св= 0, 02– 0, 3 с). Жаропрочные металлы и сплавы сваривают при более длительных значенияхt_св= 0, 8-1, 3 с.

Сварочное усилие зависит прежде всего от прочности свариваемого металла. Например, при сварке жаропрочных сплавов и низколегированных сталей F_св может достигать 17-19 кН. Увеличивают F_свтакже при сварке на «жестких» режимах. Например, при сварке Al - сплавов F_свдостигает 37-70 кН.

Насвойства сварногосоединениязаметно влияют форма и размеры рабочей поверхности электродов. Для высокопрочных металлов и сплавов, сплавов алюминия и магния, свариваемых на больших токах и при больших ковочных давлениях, рекомендуются электроды со сферической рабочей поверхностью. Однако в процессе эксплуатации на сфере появляется, площадка. Восстановление формы таких электродов представляет значительные технические трудности. Поэтому, при отсутствии острой необходимости в таких электродах рекомендуются электроды с плоской рабочей поверхностью.

Главным недостатком нахлесточныхсоединений, полученных ТКС и ШКС является их низкая циклическая прочность из-за наличия концентратора напряжений в виде нахлестки. Для повышения циклической прочности соединений после сварки в ряде случаев под нахлестку вводят клей, например,  на основе эпоксидной смолы. Такие конструкции называют «клеесварными». Применяют клеи холодного или горячего твер­дения (в последнем случае требуется термообработка при 120—170 °С). Применяют также технологию сварки непосредственно по слою клея, нанесенного предварительно на площадь нахлестки. Возможны и другие технические решения. Например, осуществляют пропайкуконструкций из сталей и титановых сплавов высокотемпературными припоями. Таким образом достигается повышение циклической прочности в два-три раза, а также коррозионной стойкости вследствие герметизации зазора (под нахлесткой).

⇐ Предыдущая37383940414243444546Следующая ⇒

Поделиться: