Шовная (роликовая) контактная сварка — применение, схема, ГОСТ

Как и для всех видов технологических операций, контактная сварка имеет свои преимущества и ограничения. Начнем с преимуществ:

1. Cварка проводится тремя способами, которые увеличивают функциональность метода: рельефная; шовная (может выполняться как контактная стыковая сварка); точечная;
2. Возможно соединение элементов неодинаковой толщины;
3. Возможность соединения сплавов с различным химическим составом;
4. Возможность менять мощность и временные режимы контактной сварки;
5. Шов выдерживает высокие нагрузки на разрыв, динамические, давление (стыки рельс, паровых котлов);
6. Благодаря очень высокой производительности (1точка – 0,02-1 сек) сварка применяется в потоке на производстве;
7. Автоматизация производства и снижение человеческого фактора;
8. Большая вариантность исполнения сварочных агрегатов:

• стационарные;
• подвесные (клещи);
• передвижными.

9. Не требуется проводить предварительные работы; нагрев заготовки, погружение в защитную атмосферу и т.д.;
10. Высокая экологичность.

Тем не менее, контактная сварка имеет свои минусы, сводятся они, в основном к организационным вопросам и стоимости технологической операции. Недостатки контактной сварки:

1. Соединение происходит на ограниченной площади;
2. Высокая стоимость оборудования;
3. Узкая специализация машин;
4. Высокая мощность питания эл.станций;
5. Жесткие требования на допуски (толщина стенок, диаметр).

Технология точечной и шовной контактной сварки

Требования к сварным конструкциям

Одно из главных требований — это возможность лёгкого подхода электродов к зоне сварки (узлы «открытого» или «полуоткрытого» типа). Наиболее удобны для сварки открытые панели, наименее удобны — узлы коробчатой формы, обечайки, трубы небольшого диаметра и другие.

Обычно точечной и шовной сваркой соединяются листовые и профильные детали. Если к изделию не предъявляется требований по герметичности, то применяют точечную сварку. Если необходимы прочные и плотные швы — используют шовную сварку. Если доступ к зоне сварки затруднён, то используют одностороннюю сварку.

Согласно ГОСТ 15878, различают основные конструктивные элементы соединений для групп А и Б, см. рисунок выше. Соединения группы А обладают большей прочностью благодаря большому диаметру ядра. На прочность и герметичность сварных швов наибольшее влияние оказывают диаметр ядра (для точечной контактной сварки) и ширина шва (для шовной контактной сварки). Фактический диаметральный размер ядра должен быть не меньше указанного в таблице ниже:

При наладке режима, диаметр ядра устанавливается на 15-25% выше указанного в таблице для того, чтобы компенсировать колебания различных параметров режима, например, уменьшение силы тока, состояние поверхностей деталей и др. Современные сварочные машины позволяют в некоторых случаях уменьшить диаметр ядра на 20-30%.

Глубина проплавления (относительная высота ядра) составляет 20-80% от толщины детали. Но при сварке титановых сплавов, из-за их низкой теплопроводности, глубина проплавления может достигать 95%. В среднем, для большинства сплавов оно составляет 50%.

Глубина вмятины g не должна превышать 20% от толщины деталей при их равной толщине. Если свариваются детали разных толщин, вмятина на тонкой детали может достигать 30%.

Минимальное расстояние (шаг) между центрами соседних точек tш выбирается из условий ограничения шунтирования тока при сохранении высокой прочности шва.

Перекрытие литых зон герметичного шва f должно составлять 25% длины литой зоны l, или чуть больше. В среднем, величина перекрытия составляет 50%.

Максимальная величина нахлёста В — это наименьшая величина сопрягаемой части соединяемых деталей. Расстояние между осями соседних рядов С на 20% превышает шаг.

Размеры конструктивных элементов увеличиваются при росте толщины деталей. При сварке деталей разной толщины, размеры выбирают исходя из более тонкой детали.

Рельефную сварку чаще всего используют при сварке стальных деталей, при этом за один импульс можно сварить до 20 рельефов. Основные виды рельефов, применяемых на практике, показаны на рисунке ниже:

Размеры сферических рельефов, формы пуансонов и матриц указаны на рисунке ниже:

При этом диаметр ядра, в большинстве случаев, на 20-50% превышает величину dр. Допуски на высоту и диаметр рельефа составляет ±0,05 и 0,1мм, если толщина деталей не превышает 1,25мм и ±0,12 при толщине деталей, превышающей 1,25мм. Размеры соединений приведены в таблице:

Подготовка к сварке

Технологический процесс изготовления сварных узлов включает в себя целый ряд различных операций, выполняемых в строгой последовательности. Для получения качественного соединения очень важны подготовительные операции: подготовка поверхности, сборка и прихватка.

Подготовка поверхностей деталей

Цель этой операции состоит в очищении свариваемых участков от оксидных плёнок. Для этого проводят две ступени очистки поверхности. Сначала поверхность обезжиривают в растворах карбоната натрия (для сварки титана и легированных сталей) или в растворах щёлочи и органических растворителях (для сварки алюминия, магния и их сплавов). Малоуглеродистые стали в условиях массового производства часто не обезжиривают.

Далее удаляют оксидные плёнки химическим или механическим путём. Механическую обработку проводят чугунной или стальной дробью (только для сварки стальных и титановых деталей) или механическими щётками (этот способ подходит для большинства свариваемых материалов). Механические способы очистки достаточно универсальны, но весьма ограничены из-за высокой активности поверхности. Срок хранения, например, для алюминиевых и магниевых сплавов 1-5 суток, в зависимости от условий хранения.

Химическая обработка применяется для всех металлов и позволяет получить достаточно чистую и относительно малоактивную поверхность. К примеру, сроки хранения обработанных алюминиевых и магниевых деталей составляют 15-30 суток.

Сборка деталей под сварку

При сборке деталей достигается их взаимное расположение, обеспечивающее минимальные зазоры между ними. Если детали не взаимозаменяемы, их подгоняют в ходе предварительной сборки, после чего подготавливают поверхности и выполняют окончательную сборку.

Большие зазоры увеличивают вероятность появления таких дефектов в сварном шве, как непровары, общее коробление сварного шва, выплески жидкого металла. Допускаемая величина зазора зависит от режима сварки, жёсткости свариваемой конструкции и длины этого зазора. При толщине свариваемых деталей 1мм на обычных режимах зазоры не должны превышать 0,4мм при длине 100мм и 1,2мм при длине 300мм.

Если толщина деталей 3мм, зазоры необходимо уменьшить до 0,3 и 0,9мм соответственно. Сборку выполняют по разметке, с помощью шаблонов и в специальных приспособлениях.

Прихватка деталей

Эта операция необходима для обеспечения точной фиксации свариваемых деталей и снижений остаточных деформаций после сварки. Прихватки выполняют с определённым шагом в отдельных точках. Для точечной контактной сварки шаг прихваток составляет 10-30см, для шовной сварки — 2,5-10см.

Для уменьшения коробления свариваемого узла прихватки выполняют в определённой последовательности. Последовательность выполнения прихваток на некоторых типах конструкции показана на рисунке:

Выбор режимов сварки

При точечной и шовной контактной сварке существует много возможностей управления термодеформационным циклом, например, путём изменения режимов на стадиях нагрева и охлаждения, сводя, таким образом, до минимума изменение структуры и свойств исходного материала, образование остаточных напряжений и износ рабочей поверхности электродов.

К основным показателям режима сварки на стадии нагрева относятся сила тока, время его воздействия и сварочное усилие. На стадии охлаждения — усилие проковки и время его приложения. Значения того или иного параметра может быть постоянным или меняться на каждой стадии по определённой программе. Это, в первую очередь, зависит от свойств свариваемого металла и его толщины. К примеру, с увеличением толщины металла увеличивается диаметр ядра, и возрастают остальные параметры. Ориентировочные режимы сварки для тех или иных металлов и сплавов представлены в таблицах ниже:

Обработка соединений после сварки

Для повышения циклической прочности в ряде случаев после точечной контактной сварки под нахлёстку вводят клей холодного, или горячего твердения (в последнем случае требуется термообработка при температуре 120-170°C). Вместо нанесения клея часто выполняют пропайку сварного соединения медными или серебряными припоями узлов из титановых и жаропрочных сплавов. При помощи этого приёма добиваются повышения циклической прочности в 2-3раза и коррозионной стойкости благодаря герметизации зазора.

При недопустимой степени коробления сварного узла соединение нагревают и выполняют правку с приложением внешнего усилия. Узлы с базовыми и посадочными поверхностями в некоторых случаях проходят механическую обработку (фрезерование, точение и др.).