Способы нагрева металла при контактной сварке
Процессы контактной сварки основаны на нагреве заготовок электрическим током, проходящим непосредственно через них. Выделение тепла в этих случаях происходит по закону Ленца-Джоуля и может быть выражено следующим уравнением: Q=0,24/2 Rt, где Q- количество тепла, выделившегося в заготовках, в кал; / — сила тока в а; R — общее сопротивление нагреваемых участков заготовок в ом; t-время прохождения тока в сек.; 0,24 — коэффициент пропорциональности. По характеру нагрева процессам контактной сварки близок контактный электронагрев заготовок перед высадкой, гибкой и другими кузнечными операциями. Нагрев заготовок путем пропускания через них электрического тока требует меньше энергии, чем нагрев в пламенных и электрических печах или в горне. Кроме того, с применением контактного электронагрева значительно улучшаются условия труда, что имеет большое значение в условиях нашего социалистического производства. Важным является также то обстоятельство, что контактный электронагрев может быть осуществлен за короткий промежуток времени, т. е. почти без образования окалины.
Способы контактной сварки
Электрическая контактная сварка разделяется на ряд способов, отличающихся друг от друга формой соединения заготовок. Основными способами контактной сварки являются: 1) стыковая сварка; 2) точечная; 3) рельефная; 4) шовная или роликовая; 5) сварка по способу А. М, Игнатьева, Из специализированных способов контактной сварки следует отметить шовностыковую сварку. При стыковой сварке заготовки соединяются между собой по всей площади соприкосновения. При точечной сварке заготовки соединяются между собой лишь в отдельных местах. Форма этих мест, именуемых при точечной сварке точками, обычно соответствует, форме контактной Схема процесса стыковой сварки: 1- гидравлический насос; 2- предохранительный клапан, 3 — золотник: 4 — обратный клапан; б — гидравлические цилиндры подачи; б — бак для масла; 7 рычаг управления; 8 — зажимы; 9 — клеммная панель; 10- сварочный трансформатор; //-контактор; / 2 — переключатель ступеней; 13 — понижающий трансформатор; 14 — вспомогательный контактор; 15 — кнопка включения; 16 — концевой выключатель; 17 — свариваемые заготовки. поверхности электродов, между которыми в процессе сварки устанавливаются заготовки. При рельефной сварке заготовки соединяются лишь на участках, где в процессе их изготовления были выштампованы выступы-рельефы. При шовной или роликовой сварке заготовки соединяются между собой обычно сплошным швом, При сварке по способу А. М. Игнатьева заготовки соединяются между собой по всей площади соприкосновения. Особенностью этого способа является то, что давление прикладывается к заготовкам перпендикулярно прохождению тока. Шовностыковая сварка применяется в случае изготовления сварных труб и представляет собой соединения кромок сформованной трубы, в стык. При шовностыковой сварке подача тока для нагрева кромок трубы и обжатие их осуществляется вращающимися роликами. Наряду с различными способами контактной сварки в промышленности находит применение контактный электронагрев, сходный по устройству оборудования и по осуществлению самого нагрева с теми или иными способами контактной сварки.
Стыковая сварка
Стыковая сварка характеризуется тем, что заготовки, закрепленные в зажимах машины, нагреваются электрическим током, а затем, сдавливаются путем перемещения подвижного зажима. Фиг. 115. Примеры применения стыковой сварки: тяга самолета; б сварной стык рельсов; в — обод колеса; е—рама, сваренная в стык одновременно в четырех углах. Схема процесса стыковой сварки приведена на фиг. 114. Нагрев свариваемых заготовок может быть осуществлен одним из следующих методов: 1) сопротивлением; 2) непрерывным оплавлением; 3) оплавлением с предварительным подогревом сопротивлением; 4) оплавлением с предварительным подогревом прерывистым оплавлением. У машин для стыковой сварки подача подвижного зажима осуществляется пружиной, рычажным устройством, винтом со штурвалом, электродвигателем с винтом или эксцентриком, гид-Процесс точечной сварки может быть разделен на следующие периоды: 1) сжатие свариваемых заготовок; 2) пропускание электрического тока через заготовки; 3) выключение Тока; 4) снятие давления. Точечная сварка применяется при изготовлении самых разнообразных металлических конструкций как из стали, так и из цветных металлов. Точечная сварка благодаря высокой экономичности и производительности широко применяется в производстве, вытесняя клепку, а также малопроизводительные способы сварки. Области применения точечной сварки приведены в табл. 76. На фиг,. 117 даны примеры применения точечной сварки.
Рельефная сварка
Рельефная сварка отличается от точечной тем, что на свариваемых заготовках в месте их соединения заранее подготовляются выступы (рельефы). Сам же процесс рельефной сварки может быть разделен на периоды, одинаковые с периодами точечной сварки. Приведена схема процесса рельефной сварки, из которой видно, что заготовки свариваются сразу в несколько полос может быть использовано для нагрева заготовок перед прокаткой.
Контактный электронагрев
При контактном электронагреве нагреваемой деталью замыкается вторичная цепь трансформатора, или сама деталь служит вторичным витком. Первый способ электронагрева применяется для нагрева заклепок перед клепкой, заготовок костылей, болтов, клапанов и других деталей перед высадкой, а также заготовок перед гибкой, резкой, прокаткой, обжимкой. Схема электронагрева заготовок с замкнутым контуром: 1 — нагреваемая заготовка; 2 Ц неподвижная часть магнито про вода трансформатора; 3- подвижная часть магнитопровода. Второй способ электронагрева применяется для выполнения тугой посадки цилиндрических деталей: бандажей, венцов шестерен и других деталей, представляющих собой замкнутый контур. Большим преимуществом контактного электронагрева для операций ковки, штамповки, высадки и гибки является то, что он может быть осуществлен почти на любом участке механических цехов. Последнее освобождает производство от необходимости транспортировать детали на значительные расстояния в специальные термические цехи. Наряду с этим при контактном электронагреве ускоряется процесс производства, снижается брак по трещинам. Коэффициент полезного действия установок для контактного электронагрева значительно выше, чем других нагревательных устройств.
Сопротивление контактов
При электрической контактной сварке сопротивления контактов имеются: а) в месте соединения свариваемых заготовок; б) в местах соприкосновения заготовок с токоподводящими частями машины; в) в местах соединения отдельных участков сварочных цепей машин. Сопротивление контактов зависит от материала контактируемых поверхностей, их подготовки (главным образом очистки), давления между ними и температуры в месте контакта. Вид материала существенно влияет на контактное сопротивление. Как правило, материалы с высокой электропроводностью (серебро, медь, олово) имеют меньшее контактное сопротивление. Подготовка поверхности контактов также существенно влияет на их сопротивление. Хорошо обработанные контактные поверхности имеют незначительное контактное сопротивление. Это сопротивление увеличивается с ухудшением чистоты обработки поверхности и особенно резко возрастает при окислении их. Давление также влияет на контактное сопротивление. С увеличением давления увеличивается площадь соприкосновения между контактируемыми поверхностями, что уменьшает контактное сопротивление. Наряду с этим, с увеличением давления уменьшается возможность окисления контактируемых поверхностей. При контактной сварке необходимо получить сосредоточенный нагрев в месте соединения свариваемых заготовок и одновременно желательно, чтобы в местах соприкосновения заготовок с зажимами и в соединениях сварочной цепи машины потери на нагрев были минимальные. Это достигается хорошей подготовкой поверхностей заготовок в месте их соприкосновения с токоподводящими устройствами и периодической ревизией контактов сварочной цепи. Схема расположения контактов в сварочной цепи машины для стыковой сварки: На фиг. 125 дана схема расположения контактов сварочной цепи машины для стыковой сварки. В табл. 78 даны значения контактного сопротивления для пластинок толщиной 3 мм. По шлифование . Очистка на наждачном круге . . Обработка напильником . Травление в кислоте . . Обработка резцом Ржавление после очистки Поверхность с окалиной Поверхность с окалиной и ржавчиной 0,00011 0,00016 0,00028 0,0003 0,0012 0,5 данным таблицы видно, что поверхность сильно загрязненная имеет контактное сопротивление в несколько тысяч раз больше, чем хорошо очищенная поверхность.
Сопротивление изделия
Сопротивление изделий при контактной сварке зависит от материала этих изделий и температуры нагрева их. Сопротивление может быть определено исходя из следующих условий: а) расстояния между токоподводящими поверхностями; б) сечения в месте сварки; в) температуры нагрева. Сопротивление изделия или его участка, включенного в электрическую цепь контактной машины, определяется по уравнению: D 1 где R — сопротивление изделия (или участка) в ом; Р — удельное сопротивление в омсм (табл. 79); L — длина изделия (или участка) в см; F — площадь сечения в см2. В табл. 79 даны значения удельного сопротивления различных металлов. Удельное сопротивление металла оказывает существенное влияние на нагрев при контактной сварке. С уменьшением удельного сопротивления требуется больший ток, а следовательно, и более мощная машина. На удельное сопротивление в основном влияет состав металла и температура его нагрева. При нагреве чистых металлов удельное сопротивление возрастает и может быть определено по уравнению: температура металла. Таблица 79 Удельное сопротивление различных металлов по порядку.
Источник
Способы и режимы контактной сварки
 |
|
| Способы сварки и образование соединений Все способы контактной сварки основаны на нагреве металла теплотой, выделяющейся при протекании по деталям электрического тока. Количество теплоты в основном зависит от силы тока, длительности его протекания и сопротивления металла зоны сварки. При сварке к двум (или более) сжатым между собой деталям с помощью специальных электродов подводят ток небольшого напряжения (обычно 3—8 В) и большой силы (до нескольких десятков кА). Теплота, используемая при сварке, выделяется непосредственно в деталях, контактах между ними и контактах деталей с электродами. Электрическое сопротивление имеет существенное значение в процессах контактной сварки. Рассмотрим кратко строение и основные особенности электрического контакта. Если наблюдать при большом увеличении поверхность любого металла после обработки резанием или давлением, то на ней видны значительные неровности (выступы и впадины). При сжатии деталей образуется контакт, который представляет собой соприкосновение двух поверхностей по небольшому числу отдельных точек. Площадь контакта в каждой точке и число точек зависят от усилия сжатия деталей, механических свойств металла и состояния поверхности. Чем мягче металл и меньше высота неровностей на его поверхности, тем ниже так называемое контактное сопротивление при постоянном усилии сжатия. Контактное сопротивление вызвано резким уменьшением сечения проводника в зоне контакта и наличием на соприкасающихся поверхностях пленок окислов, имеющих низкую электропроводность. С повышением усилия сжатия отдельные выступы на поверхности металла сминаются, площадь фактического контакта деталей увеличивается и контактное сопротивление снижается. Смятие металла под действием усилия способствует разрушению пленок окислов на поверхности, что также снижает контактное сопротивление. Контактное сопротивление значительно изменяется при нагреве деталей из-за повышения удельного сопротивления зон металла, прилегающих к контакту, а также увеличения числа и площади отдельных контактов в результате более интенсивного смятия нагретого металла. При нагреве увеличивается площадь контактов, поэтому с повышением температуры контактное сопротивление существенно уменьшается. Роль контактных сопротивлений в тепловыделении зависит от применяемого способа сварки и режима, в частности от силы сварочного тока и длительности его протекания. Применяют следующие основные способы контактной сварки: точечную, рельефную, шовную и стыковую. Точечная сварка — способ, при котором детали 2 свариваются не по всей поверхности соединения, а в отдельных точках, соответствующих контактам с деталями стержней-электродов 1, передающих усилие и подводящих ток (рис. 1). Сопротивление участка металла, зажатого между электродами, складывается из двух контактных сопротивлений контактов электрод—деталь, контактного сопротивления контакта деталь—деталь и собственного сопротивления металла двух деталей. На основании опытов установлено, что контактное сопротивление электрод—деталь примерно в 2 раза меньше контактного сопротивления деталь—деталь. При включении сварочного тока в первую очередь за счет концентрации линий тока разогреваются выступы контакта (рис. 1, а), а затем и металл, находящийся в непосредственной близости к контакту. Электроды, используемые при точечной сварке, изготовляют из медных сплавов, имеющих высокую теплопроводность. Чтобы поверхности деталей, контактирующих с электродами, нагревались медленнее, чем внутренние слои металла зоны сварки, электроды охлаждают водой. С повышением температуры металла контактные сопротивления снижаются и теплота выделяется в основном за счет сопротивления деталей. В процессе сварки собственное сопротивление деталей из низкоуглеродистых сталей увеличивается, а деталей из коррозионно-стойких (нержавеющих) сталей изменяется незначительно. Ток пропускают до тех пор, пока в центральной, наиболее нагретой зоне металл свариваемых деталей не расплавится. В результате расплавления образуется чечевицеобразная зона жидкого металла, окруженная плотным кольцом нагретого металла, в пределах которого имеет место достаточно прочное соединение в пластическом состоянии (без расплавления). Это кольцо-поясок, сжатое при нагреве усилием электродов, является уплотнением, препятствующим вытеканию жидкого металла в зазор между свариваемыми деталями. После получения зоны расплавления необходимых размеров сварочный ток выключают, металл охлаждается и в результате его затвердевания — кристаллизации формируется литое ядро сварной точки (рис. 1, б).
Литое ядро точки у большинства металлов имеет дендритную структуру, подобную структуре металла, отлитого в металлическую форму (кокиль). Литое ядро окружено металлом, структура и свойства которого изменились в результате нагрева в процессе сварки. Зона, в пределах которой произошли эти изменения, называется зоной термического влияния или переходной зоной. На производстве для соединения деталей применяют различные приемы точечной сварки (рис. 2), которые в основном характеризуются способом подвода тока. Наиболее распространена сварка двумя электродами с двусторонним подводом тока (рис. 2, а). Иногда в качестве одного из электродов используют плоскую подкладку — шину (рис. 2, б), что удобно для сварки-прихватки в процессе сборки деталей в различных приспособлениях. Для этой цели медные подкладки устанавливают в месте постановки сварных точек. Если одна из свариваемых деталей имеет значительно большую толщину, чем другая (в 3 раза и более), ток можно подвести к этой детали (рис. 2, в). При этом прочность нижней детали должна быть такой, чтобы под действием усилия электрода она не прогибалась в месте сварки (не деформировалась). Детали, из которых одна тонкостенная и полая, сваривают с использованием токопроводящей вставки (рис. 2, г). На практике используют приемы точечной сварки с односторонним подводом тока, так называемую одностороннюю сварку. Преимуществами этого вида сварки являются увеличение производительности благодаря постановке одновременно двух точек, меньшая электрическая мощность оборудования и большие возможности механизации процесса сварки по сравнению с двусторонним подводом тока.
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ |
 |
 |
 |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
|
 НОВОСТИ |
| |
Электрический мини-самосвал своими руками
