Стыковая сварка – способ контактной сварки, когда детали соединяются в процессе совместной пластической деформации нагретых электрическим током торцов деталей при осадке по всей площади сечения. Детали 1 (рис.1) устанавливают в токоподводящих зажимах 2 и 3, один из которых, например, зажим 3 подвижный и соединен с приводом усилия сжатия машины. Сварка состоит из двух этапов – нагрева торцов деталей и их осадки.
Нагрев деталей при стыковой сварке происходит благодаря тому, что через них проходит электрический ток Iсв и на общем электрическом сопротивлении деталей R выделяется тепло Q (закон Джоуля – Ленца):
Q = Iсв2R/t , (1)
где: t – время сварки.
Общее сопротивление деталей определяется выражением:
R = 2Rд+Rк, (2)
где: Rд – сопротивление деталей (вылетов деталей из электродов машины);
Rk - контактное сопротивление между деталями (при сварке оплавлением Rk – электрическое сопротивление искрового зазора).
Сопротивление деталей 2Rд зависит от удельного электрического сопротивления металла ρ, длины их вылетов из электродов машины (установочной длины под сварку) Lсв и площади поперечного сечения деталей S:
2Rд = Kп ρLсв/S , (3)
где: Кп – коэффициент поверхностного эффекта (заметно растет до температуры ферромагнитного превращения).
При сварке сопротивлением детали предварительно сжимают с заданным усилием Fсв и включают сварочный трансформатор 4. По ним протекает сварочный ток и происходит постепенный нагрев стыка до температуры, близкой к температуре плавления. Под действием приложенного усилия Fсв происходит осадка - детали деформируются в стыке. При этом из зоны сварки частично выдавливаются поверхностные пленки, формируется физический контакт и образуется соединение. Сварочный ток выключается в процессе осадки. При стыковой сварке сопротивлением контактное сопротивление Rк из-за малого давления в торцах относительно велико. Однако при нагреве до 600…700 оС оно практически исчезает, и дальнейший нагрев деталей осуществляется за счет их удельного электрического сопротивления. Наличие контактного сопротивления связано с ограниченностью площади электрического контакта из-за неровной поверхности деталей, а также из-за различных неэлектропроводных поверхностных образований: оксидных и гидрооксидных пленок, адсорбированной влаги, масел, продуктов коррозии, пыли и др. Поэтому фактическая площадь контакта до начала нагрева деталей значительно меньше поперечного сечения деталей. Контактное сопротивление деталей уменьшается с увеличением усилия сжатия и при зачистке контактируемых поверхностей. В первом случае увеличивается площадь контакта за счет смятия выступов, увеличения их числа и разрушения поверхностных пленок. Во втором случае происходит удаление неэлектропроводных поверхностных образований.
При стыковой сварке сопротивлением контактное сопротивление оказывает решающее влияние на нагрев деталей в зоне сварки. В общем балансе теплоты доля теплоты, выделяемой на контактном сопротивлении между деталями, не превышает 10…15 %. Однако она выделяется в узкой приконтактной зоне за небольшой промежуток времени и вызывает быстрое повышение в ней температуры, которая сохраняется и после исчезновения контактного сопротивления до конца цикла сварки (зона нагрета сильнее других участков). Интенсивность тепловыделения в контакте определяется начальным давлением в торцах, которое для сталей обычно не превышает 15…30 МПа. При снижении давления интенсивность тепловыделения возрастает, но ухудшается равномерность нагрева по сечению. Кроме того малое давление в торцах деталей и большая плотность тока, необходимая для нагрева сопротивлением (значительно большая, чем при нагреве оплавлением) приводят к выплескам металла при нагреве и образованию оксидов в зоне соединения.
Неравномерность нагрева деталей связана со случайным расположением участков контактирования и является основной проблемой при сварке сопротивлением. При нагреве сопротивлением таких деталей, как ленточные пилы, обеспечить распределенный равномерный контакт вдоль длины стыка практически невозможно. Это обусловлено тем, что при резке ленты ножницами невозможно подучить требуемую шероховатость и линейность реза и при установке лент в зажимы сварочной машины контакт традиционно образуется с одной стороны стыка. В процессе сварки этот участок первоначального контактирования более длительный период времени подвергается термическому воздействию и нагревается до более высоких температур. Это приводит к перегреву металла на данном участке со всеми вытекающими последствиями - ростом зерен, отложением примесей по границам зерен и др. Пластические и прочностные свойства металла данной зоны снижаются, и улучшить их высоким отпуском невозможно. Поэтому сварные соединения ленточных пил, полученные контактной стыковой сваркой сопротивлением, не имеют высокого, а главное – стабильного качества сварки.
Получение равномерного температурного поля при нагреве сопротивлением ленточных пил весьма проблематично и является серьезным недостатком процесса сварки сопротивлением. Равномерность нагрева ухудшается с увеличением сечения свариваемых лент. Практика показывает, что равномерно нагреть ленту шириной более 20 мм весьма затруднительно. Поэтому рациональная область применения машин для сварки пил сопротивлением ограничивается данной шириной.
Обеспечение нагрева и получение требуемого температурного поля - это только первая половина задачи. Второй половиной задачи является формирование сварного соединения в процессе пластической деформации нагретых торцов во время осадки. Благодаря пластической деформации происходит следующее:
- свариваемые поверхности очищаются от загрязнений и окислов, выравнивается их рельеф;
- происходит повышение энергетического уровня атомов свариваемых металлов за счет их механической активации;
- свариваемые поверхности сближаются до межатомных расстояний с образованием металлических связей.
На процесс образования сварного соединения при стыковой сварке решающее влияние оказывают оксидные пленки на торцевой поверхности деталей. Они затрудняют межатомное взаимодействие и препятствуют формированию прочных металлических связей. При сварке сопротивлением в процессе осадки происходит лишь частичное разрушение и удаление оксидов, что определяет относительно низкую пластичность получаемых соединений. Для удаления оксидов и образования связей требуется относительно большая объемная пластическая деформация металла в стыке, которая вызывает интенсивное вытеснение приконтактных нагретых слоев металла и оксидов из зоны сварки в грат. Степень деформации стыка, определяется усилием осадки. На существующих машинах для контактной стыковой сварки сопротивлением усилие осадки такое же, как и усилие при нагреве. Это обусловлено конструкцией сварочных машин. Поэтому оно может меняться в узких пределах, существенно не влияя на равномерность нагрева, на скорость и степень деформаций. Таким образом, режимы сварки лент сопротивлением регулируются в узких пределах, и улучшить технологию их сварки и заметно повысить качество соединений нет возможности.
Машины для контактной стыковой сварки сопротивлением. Несмотря на невысокое качество получаемых сварных соединений, но благодаря простоте и низкой цене, машины для контактной стыковой сварки сопротивлением имеют достаточно широкое распространение. Это оправдано в тех случаях, когда к сварным соединениям не предъявляют жестких требований. На рынке предлагаются такие машины для сварки пил сопротивлением, как IDEAL BSS 016, IDEAL BSS 025, IDEAL BSS 040, IDEAL BSS 050, IDEAL BSS 060 (Германия), Griggio 5 – 30, Griggio 10 – 40, Griggio 20 – 60 (Италия), Fulgor (Италия), SM-30, SM-40, SM-60 (Китай), САКС-051, УСЛ-50 (Россия), и украинские копии старых болгарских машин САП-40, САП-50, САП-60 (г. Харьков) и Г-45 (г. Киев).
Причины низкого качества сварки пил сопротивлением обусловлены следующим. Указанные выше машины - это по сути одни и те же машины, которые изначально были предназначены для сварки пил шириной до 20 мм. Такие машины не имели спроса, поскольку не обеспечивали сварку наиболее распространенных пил шириной 35 мм. Для успешной торговли такой ширины недостаточно и предприимчивые бизнесмены заказали у производителей те же машины, но с зажимами для пил шириной до 40 мм, а некоторые и до 60 мм. Благодаря этому количество продаж возросло, хотя в данной ситуации речи о стабильной и надежной сварке нет. Продавец убеждает недостаточно технически информированного покупателя и последний приобретает разрекламированную машину. При этом покупатель соблазняется ценой и мыслями о том, что часть расходов на машину он покроет, обслуживая соседей - коллег по бизнесу. Последняя идея очень быстро угасает, поскольку ни один сосед не придет в третий раз переваривать порванную по сварке пилу. Покупатель остается один на один со своей машиной и вынужденно пользуется ею, переваривая рвущиеся швы и пытаясь компенсировать вложенные в машину деньги. Высказанные мысли не направлены на рекламу разработанных нами машин, во всяком случае, не в этом наша цель. Наша цель довести до потребителя факт, состоящий в том, что не следует приобретать сварочные машины, руководствуясь соображениями дешевизны и мыслью использования <<в основном для себя>>. Если недостаточно средств для приобретения хорошей сварочной техники следует пользоваться услугами того предприятия, где эта техника есть. Иначе неотвратимо наступит момент когда <<скупой платит дважды>>- в данном случае еще и за пилы. Хочется еще раз подчеркнуть, предупредить покупателей – когда речь идет о разработке и производстве контактных машин без участия технологов-сварщиков - дело обречено на провал (в данном случае мы имеем в виду машины САП-40 – САП-60 и упомянутую ниже машину МС4). Контактные машины - очень специфическая техника и это лишний раз подтверждает высокая цена хороших, правильных машин.
Нагрев деталей при стыковой сварке происходит благодаря тому, что через них проходит электрический ток Iсв и на общем электрическом сопротивлении деталей R выделяется тепло Q (закон Джоуля – Ленца):
Q = Iсв2R/t , (1)
где: t – время сварки.
Общее сопротивление деталей определяется выражением:
R = 2Rд+Rк, (2)
где: Rд – сопротивление деталей (вылетов деталей из электродов машины);
Rk - контактное сопротивление между деталями (при сварке оплавлением Rk – электрическое сопротивление искрового зазора).
Сопротивление деталей 2Rд зависит от удельного электрического сопротивления металла ρ, длины их вылетов из электродов машины (установочной длины под сварку) Lсв и площади поперечного сечения деталей S:
2Rд = Kп ρLсв/S , (3)
где: Кп – коэффициент поверхностного эффекта (заметно растет до температуры ферромагнитного превращения).
При сварке сопротивлением детали предварительно сжимают с заданным усилием Fсв и включают сварочный трансформатор 4. По ним протекает сварочный ток и происходит постепенный нагрев стыка до температуры, близкой к температуре плавления. Под действием приложенного усилия Fсв происходит осадка - детали деформируются в стыке. При этом из зоны сварки частично выдавливаются поверхностные пленки, формируется физический контакт и образуется соединение. Сварочный ток выключается в процессе осадки. При стыковой сварке сопротивлением контактное сопротивление Rк из-за малого давления в торцах относительно велико. Однако при нагреве до 600…700 оС оно практически исчезает, и дальнейший нагрев деталей осуществляется за счет их удельного электрического сопротивления. Наличие контактного сопротивления связано с ограниченностью площади электрического контакта из-за неровной поверхности деталей, а также из-за различных неэлектропроводных поверхностных образований: оксидных и гидрооксидных пленок, адсорбированной влаги, масел, продуктов коррозии, пыли и др. Поэтому фактическая площадь контакта до начала нагрева деталей значительно меньше поперечного сечения деталей. Контактное сопротивление деталей уменьшается с увеличением усилия сжатия и при зачистке контактируемых поверхностей. В первом случае увеличивается площадь контакта за счет смятия выступов, увеличения их числа и разрушения поверхностных пленок. Во втором случае происходит удаление неэлектропроводных поверхностных образований.
При стыковой сварке сопротивлением контактное сопротивление оказывает решающее влияние на нагрев деталей в зоне сварки. В общем балансе теплоты доля теплоты, выделяемой на контактном сопротивлении между деталями, не превышает 10…15 %. Однако она выделяется в узкой приконтактной зоне за небольшой промежуток времени и вызывает быстрое повышение в ней температуры, которая сохраняется и после исчезновения контактного сопротивления до конца цикла сварки (зона нагрета сильнее других участков). Интенсивность тепловыделения в контакте определяется начальным давлением в торцах, которое для сталей обычно не превышает 15…30 МПа. При снижении давления интенсивность тепловыделения возрастает, но ухудшается равномерность нагрева по сечению. Кроме того малое давление в торцах деталей и большая плотность тока, необходимая для нагрева сопротивлением (значительно большая, чем при нагреве оплавлением) приводят к выплескам металла при нагреве и образованию оксидов в зоне соединения.
Неравномерность нагрева деталей связана со случайным расположением участков контактирования и является основной проблемой при сварке сопротивлением. При нагреве сопротивлением таких деталей, как ленточные пилы, обеспечить распределенный равномерный контакт вдоль длины стыка практически невозможно. Это обусловлено тем, что при резке ленты ножницами невозможно подучить требуемую шероховатость и линейность реза и при установке лент в зажимы сварочной машины контакт традиционно образуется с одной стороны стыка. В процессе сварки этот участок первоначального контактирования более длительный период времени подвергается термическому воздействию и нагревается до более высоких температур. Это приводит к перегреву металла на данном участке со всеми вытекающими последствиями - ростом зерен, отложением примесей по границам зерен и др. Пластические и прочностные свойства металла данной зоны снижаются, и улучшить их высоким отпуском невозможно. Поэтому сварные соединения ленточных пил, полученные контактной стыковой сваркой сопротивлением, не имеют высокого, а главное – стабильного качества сварки.
Получение равномерного температурного поля при нагреве сопротивлением ленточных пил весьма проблематично и является серьезным недостатком процесса сварки сопротивлением. Равномерность нагрева ухудшается с увеличением сечения свариваемых лент. Практика показывает, что равномерно нагреть ленту шириной более 20 мм весьма затруднительно. Поэтому рациональная область применения машин для сварки пил сопротивлением ограничивается данной шириной.
Обеспечение нагрева и получение требуемого температурного поля - это только первая половина задачи. Второй половиной задачи является формирование сварного соединения в процессе пластической деформации нагретых торцов во время осадки. Благодаря пластической деформации происходит следующее:
- свариваемые поверхности очищаются от загрязнений и окислов, выравнивается их рельеф;
- происходит повышение энергетического уровня атомов свариваемых металлов за счет их механической активации;
- свариваемые поверхности сближаются до межатомных расстояний с образованием металлических связей.
На процесс образования сварного соединения при стыковой сварке решающее влияние оказывают оксидные пленки на торцевой поверхности деталей. Они затрудняют межатомное взаимодействие и препятствуют формированию прочных металлических связей. При сварке сопротивлением в процессе осадки происходит лишь частичное разрушение и удаление оксидов, что определяет относительно низкую пластичность получаемых соединений. Для удаления оксидов и образования связей требуется относительно большая объемная пластическая деформация металла в стыке, которая вызывает интенсивное вытеснение приконтактных нагретых слоев металла и оксидов из зоны сварки в грат. Степень деформации стыка, определяется усилием осадки. На существующих машинах для контактной стыковой сварки сопротивлением усилие осадки такое же, как и усилие при нагреве. Это обусловлено конструкцией сварочных машин. Поэтому оно может меняться в узких пределах, существенно не влияя на равномерность нагрева, на скорость и степень деформаций. Таким образом, режимы сварки лент сопротивлением регулируются в узких пределах, и улучшить технологию их сварки и заметно повысить качество соединений нет возможности.
Машины для контактной стыковой сварки сопротивлением. Несмотря на невысокое качество получаемых сварных соединений, но благодаря простоте и низкой цене, машины для контактной стыковой сварки сопротивлением имеют достаточно широкое распространение. Это оправдано в тех случаях, когда к сварным соединениям не предъявляют жестких требований. На рынке предлагаются такие машины для сварки пил сопротивлением, как IDEAL BSS 016, IDEAL BSS 025, IDEAL BSS 040, IDEAL BSS 050, IDEAL BSS 060 (Германия), Griggio 5 – 30, Griggio 10 – 40, Griggio 20 – 60 (Италия), Fulgor (Италия), SM-30, SM-40, SM-60 (Китай), САКС-051, УСЛ-50 (Россия), и украинские копии старых болгарских машин САП-40, САП-50, САП-60 (г. Харьков) и Г-45 (г. Киев).
Причины низкого качества сварки пил сопротивлением обусловлены следующим. Указанные выше машины - это по сути одни и те же машины, которые изначально были предназначены для сварки пил шириной до 20 мм. Такие машины не имели спроса, поскольку не обеспечивали сварку наиболее распространенных пил шириной 35 мм. Для успешной торговли такой ширины недостаточно и предприимчивые бизнесмены заказали у производителей те же машины, но с зажимами для пил шириной до 40 мм, а некоторые и до 60 мм. Благодаря этому количество продаж возросло, хотя в данной ситуации речи о стабильной и надежной сварке нет. Продавец убеждает недостаточно технически информированного покупателя и последний приобретает разрекламированную машину. При этом покупатель соблазняется ценой и мыслями о том, что часть расходов на машину он покроет, обслуживая соседей - коллег по бизнесу. Последняя идея очень быстро угасает, поскольку ни один сосед не придет в третий раз переваривать порванную по сварке пилу. Покупатель остается один на один со своей машиной и вынужденно пользуется ею, переваривая рвущиеся швы и пытаясь компенсировать вложенные в машину деньги. Высказанные мысли не направлены на рекламу разработанных нами машин, во всяком случае, не в этом наша цель. Наша цель довести до потребителя факт, состоящий в том, что не следует приобретать сварочные машины, руководствуясь соображениями дешевизны и мыслью использования <<в основном для себя>>. Если недостаточно средств для приобретения хорошей сварочной техники следует пользоваться услугами того предприятия, где эта техника есть. Иначе неотвратимо наступит момент когда <<скупой платит дважды>>- в данном случае еще и за пилы. Хочется еще раз подчеркнуть, предупредить покупателей – когда речь идет о разработке и производстве контактных машин без участия технологов-сварщиков - дело обречено на провал (в данном случае мы имеем в виду машины САП-40 – САП-60 и упомянутую ниже машину МС4). Контактные машины - очень специфическая техника и это лишний раз подтверждает высокая цена хороших, правильных машин.
Комментариев нет:
Отправить комментарий