Богодухов С.И., Бондаренко Е.В., Проскурин А.Д. и др. Материаловедение и технологические процессы машиностроительного производства. Лабораторный практикум

Подождите немного. Документ загружается.

351

постоянного тока с редуктором, на выходном валу которого установлен ве-

дущий ролик.

Скорость подачи проволоки регулируется ступенчато путем смены ве-

дущих роликов разного диаметра и плавно – изменением частоты вращения

электродвигателя. Электродная проволока поджимается к ведущему ролику,

подпружиненному поджимным роликом. Регулировка усилия поджатия про-

волоки для исключения проскальзывания осуществляется эксцентриком.

Электродная проволока, сматываясь с катушки, проталкивается подающими

роликами по специальному направляющему каналу к горелке 7 (рисунок

31.3).

Рисунок 31.3 - Устройство сварочной горелки

с автоматической подачей проволоки

Направляющий канал 4 (рисунок 31.4), выполненный в виде спирали,

закрепляется на токопроводящей трубке 6 с помощью мундштука 3, в кото-

рый вворачивается токопровод 1. На мундштук устанавливается изолятор 5

для крепления сопла 2.

Защитный газ из баллона 3 (рисунок 31.2) через подогреватель 4 и ре-

дуктор с расходомером 5 подается в корпус подающего механизма и через

электропневматический клапан по зазору между шлангом и направляющим

каналом подается в горелку (рисунок 31.4), в которой через отверстия 8 в

мундштуке 3 поступает в зону дуги.

352

1 – токопровод; 2 – сопло; 3 – мундштук;

4 – токопроводящая трубка; 5 – изолятор;

6 – направляющий канал; 7 – изоляция;

8 – отверстие для выхода газа; 9 – подвод газа

Рисунок 31.4 – Схема наконечника сварочной горелки

Электрическая схема полуавтомата при нажатии кнопки «пуск» на

держателе обеспечивает предварительную продувку защитным газом с по-

следующим включением сварочного тока и двигателя подающего механизма.

Процесс сварки продолжается при нажатой кнопке. При отпускании

кнопки происходит резкое торможение двигателя, и сварочная дуга горит до

естественного обрыва. Затем отключаются сварочное напряжение и подача

газа.

Контроль режимов сварки осуществляется по амперметру и вольтметру

8, установленным на пульте управления 2 (рисунок 31.2).

31.4 Технология сварки углеродистых сталей

Детали из низкоуглеродистых сталей хорошо свариваются в СО

; в

смесях СО

+О

; Ar+СО

и Ar+О

+СО

. Сварка среднеуглеродистых и осо-

бенно высокоуглеродистых сталей затруднена ввиду опасности образования

трещин в швах и в зоне термического влияния.

Для сварки углеродистых и низколегированных сталей марок 14ХГС,

10Г2С, 10ХСНД, 15ХСНД, 25ХГС и других применяют электродные прово-

локи марок СВ08ГС и СВ08Г2С или порошковые проволоки трубчатой кон-

струкции с сердечниками рутилового типа или рутил-флюоритного типа ма-

рок ПП-АН-8, ПП-АН-10, ПП-АН-4 и др. Применение порошковых проволок

обеспечивает значительное уменьшение разбрызгивания электродного ме-

талла и хорошее формирование сварного шва. По механическим свойствам

металл шва отвечает требованиям, предъявляемым к электродам типа Э50А

(таблица 31.3).

353

Таблица 31.3 - Механические свойства металла швов, выполненных в

СО

проволоками Ø 0,8-1,2 мм

Сталь

Марка

проволо-

ки

Предел прочности

при растяжении,

, МПа

Предел

текучести

, МПа

Относитель-

ное сужение

ψ, %

Ударная

вязкость

, кДж/м²

Ст3сп Св08ГС 520-540 370-390 60-66 1,2-1,8

Ст3сп Св08Г2С 540-580 410-430 60-66 1,2-1,7

Ст3сп ПП-АН-4 502-572 419-449 66-69,8 0,94-1,65

Для получения швов высокого класса необходима тщательная сборка

(без больших зазоров и смещения кромок), точное направление электрода по

шву и поддержание неизменным режима сварки. Требования к качеству

сборки и подготовки под сварку должны соответствовать требованиям ГОСТ

14771-76. Сварку металла малой толщины (0,8-1,0 мм) рекомендуется вы-

полнять в вертикальном положении сверху вниз. Металл толщиной более

1,2 мм сваривают на весу. При этом дугу рекомендуется для исключения

прожогов направлять на ванну жидкого металла.

31.5 Порядок выполнения работы

31.5.1 Ознакомиться с методическими указаниями.

31.5.2 Ознакомиться с оборудованием поста для сварки в углекислом

газе А-547У.

31.5.3 Подобрать режимы и провести сварку контрольного образца.

31.6 Содержание отчета

31.6.1 Цель работы

31.6.2 Описание схемы процесса сварки в среде углекислого газа.

31.6.3 Режим сварки образца в виде таблицы.

Толщина

свариваемого

материала, мм

Тип

соединения

Сварочный

ток, А

Напряже-

ние дуги, В

Расход газа,

л/мин

354

31.7 Контрольные вопросы

31.7.1 В чем сущность процесса сварки в среде углекислого газа?

31.7.2 Основные параметры режима сварки?

31.7.3 Состав оборудования сварочного поста.

31.7.4 Требования к источнику питания для сварки в среде углекислого

газа.

31.7.5 Каким параметром измеряется разбрызгивание электродного ма-

териала при сварке электрической дугой?

355

32 Лабораторная работа № 32

Изучение технологии и оборудования контактной сварки

32.1 Цель работы

32.1.1 Изучить процессы и виды электрической контактной сварки.

32.1.2 Изучить технологию сварки и ознакомиться с машиной для элек-

трической контактной точечной сварки МТ-501.

32.2 Основные сведения

32.2.1 Сущность и основные виды контактной сварки

Контактной сваркой называется сварка с применением давления, при

которой нагрев производится теплотой, выделяющейся при прохождении

электрического тока через находящиеся в контакте соединяемые части. Кон-

тактная сварка предложена в 1882 году русским изобретателем, инженером

Н.Н.Бенардесом.

Способы контактной сварки весьма разнообразны. Их можно класси-

фицировать по ряду признаков:

1) по методу получения соединения, определяемого фазовым состояни-

ем металла в зоне сварки (соединение в твердой или жидкой фазах);

2) конструкции соединений (нахлесточное или стыковое);

3) технологическому способу получения соединений (например, сты-

ковая сварка сопротивлением, оплавлением, точечная, шовная);

4) виду атмосферы (сварка на воздухе или в защитной среде);

5) способу подвода тока и форме импульса тока (контактный и индук-

ционный подвод, сварка переменным током различной частоты, постоянный

ток или монополярный импульс);

6) количеству одновременно выполняемых соединений (одноточечная

и многоточечная сварка, одиночный и непрерывный рельеф и т.д.);

7) характеру перемещения деталей или электродов во время пропуска-

ния импульса тока (сварка неподвижных или подвижных деталей, например,

непрерывная и шаговая шовная сварка) и т.д.

Схемы основных способов контактной сварки представлены на рисунке

32.1.

По характеру образования сварного соединения контактной сварки

можно подразделить на две основные разновидности: плавлением и пласти-

ческой деформацией.

При сварке плавлением соединение возникает в результате плавления и

последующей кристаллизации контактирующих объемов металла с образова-

нием общего литого ядра (сварной точки). При сварке пластической дефор-

356

а – сварка сопротивлением; б – шовно-стыковая;

в – точечная сварка двусторонняя; г – шовная сварка

Рисунок 32.1 – Схемы основных методов контактной сварки

мацией сварное соединение образуется за счет рекристаллизации твер-

дого металла, подвергнутого пластической деформации.

Необходимое и достаточное условие образования соединения при то-

чечной и шовной сварке – образование зоны расплавленного металла или яд-

ра заданных размеров, формирование соединений происходит по следующей

схеме (рисунок 32.2).

Рисунок 32.2 – Этапы формирования соединения

Первый этап начинается с момента включения тока и характеризуется

образованием электрического контакта, нагревом и расширением твердого

металла, приводящим к увеличению зазоров и вытеснению под действием

сварочного усилия металла в зазор и образованию уплотняющего ядра поя-

ска.

357

Второй этап отличается дальнейшим увеличением площади контактов,

возникновением и ростом расплавленного ядра до установленного (номи-

нального) для данной толщины деталей диаметра d

я.ном

. На этом этапе проис-

ходит дробление и перераспределение поверхностных пленок в жидком ме-

талле, и продолжаются процессы пластической деформации и расширения

металла.

Третий этап в большинстве случаев начинается с момента выключения

тока и характерен охлаждением и кристаллизацией металла.

Точечная контактная сварка – это сварка, при которой соединение эле-

ментов происходит на участках, ограниченных площадью торцов электродов,

подводящих ток и передающих усилие сжатия. Существуют следующие спо-

собы точечной сварки: одноточечная двусторонняя, двухточечная односто-

ронняя, двухточечная двухсторонняя, многоточечная односторонняя, рель-

ефная, рельефно-точечная.

При точечной сварке детали 2 и 4 располагают на нижнем инструменте

– электроде 1 (рисунок 32.3).

Рисунок 32.3 – Схема точечной контактной сварки

После опускания верхнего электрода 5 и сжатия деталей усилием Р

сж

по

цепи пропускают один или несколько импульсов тока, нагревающих детали

до плавления на небольших контактирующих участках 3, называемых точка-

ми. Затем верхний электрод поднимают и детали перемещают в новое поло-

жение.

Контактная сварка осуществляется без расплавления и с расплавле-

нием металла. После расплавления металл кристаллизируется под давле-

нием в зоне соединения

. Для сварки однородных материалов типично образо-

вание таких же межатомных связей, как и в целом материале.

Количество выделяющейся теплоты Q, Дж, по закону Джоуля-Ленца

может быть определено по формуле

Q = 0,24IRt , (32.1)

где I – сила тока, А;

358

- сопротивление участка цепи в месте контакта деталей, Ом;

)

полн

= R

+ R

(согласно рисунку 32.3)

t – продолжительность действия тока, с.

Из формулы видно, что количество теплоты зависит от тока в свароч-

ной цепи. Поэтому для быстрого нагрева свариваемых кромок применяют

большие токи, достигающие нескольких десятков тысяч ампер. С повышени-

ем температуры металла в зоне контакта его сопротивление возрастает, сле-

довательно, еще более возрастает количество выделяющейся теплоты и уско-

ряется процесс нагрева металла. Сварка выполняется за десятые, и даже со-

тые доли секунды.

В месте наибольшего контактного сопротивления (R3) происходит

расплавление локального объема металла, который после отключения тока

кристаллизуется с образованием литого ядра – сварочной точки (рисунок

32.4).

1 – литое кольцо; 2 – кольцевая зона

Рисунок 32.4 – Сварочная точка

Давление, приложенное к электродам, уплотняет металл в сварной точ-

ке и обеспечивает получение прочного сварного соединения. Вокруг литого

ядра образуется кольцевая зона 2, в пределах которой произошла сварка в

пластическом состоянии.

Режимы сварки можно условно разделить на так называемые «жест-

кие» и «мягкие». Жесткий режим характеризуется применением больших то-

ков и малым временем процесса сварки. Такой режим применяется для ста-

лей, чувствительных к нагреву и склонных к образованию закалочных струк-

тур, а также при сварке легкоплавких цветных металлов и сплавов.

Мягкий режим характеризуется большей продолжительностью процес-

са и постепенным нагревом свариваемого металла. Таким режимом пользу-

ются при сварке низкоуглеродистых сталей, обладающих низкой чувстви-

тельностью к тепловому воздействию.

Параметры режима сварки задаются циклограммой.

Циклограмма представляет собой совмещенные во времени изменения

сварочного тока и усилия сжатия (рисунок 32.5).

359

I – сила сварочного тока;

св

– длительность сварки;

сж

- усилие сжатия электродов;

– паузы для низколегированных сталей при толщине до 2 мм равны

0,1-0,2с.

Рисунок 32.5 – Циклограмма точечной сварки с постоянным усилением

и одним импульсом тока

Подготовка поверхности деталей для точечной сварки предусматривает

обезжиривание, травление, промывку, нейтрализацию, сушку, либо зачистку

наждачной бумагой. Грязь, жиры, ржавчина и различные покрытия на дета-

лях нарушают стабильность нагрева и ухудшают формирование точки. Каче-

ство очистки проверяют путем измерения переходного сопротивления.

Детали перед сваркой правят, подгоняют и собирают в приспособлении

или прихватывают. Прихваты производят точечной сваркой, а для толстых

листов – иногда дуговой.

В качестве электродов применяют медь М1 – температура разупрочне-

ния 250-270 °С, электропроводность 97 % и легированные сплавы меди,

бронзы, например, БрХ – электропроводность снижается до 80-85 %, темпе-

ратура разупрочнения 400-420 °С.

Рекомендуемые размеры прямых электродов в зависимости от толщи-

ны свариваемых заготовок (0,5+0,5) мм и (1+1) мм – диаметры электродов

12 мм и 16 мм соответственно, диаметр контактной поверхности – 4 мм

и 6 мм.

Основными параметрами режима точечной сварки являются: диаметр

электрода (в месте контакта) d; усилие сжатия электродов Р

сж

; сварочный ток

I; время сварки t.

Параметры режима сварки устанавливаются по технологическим кар-

там или таблицам ориентировочных режимов (таблицы 32.1, 32.2).

360

Таблица 32.1 - Рекомендуемые размеры точечных сварных

соединений, мм

Толщина тонкой

детали, мм

Минимальная

нахлестка

Диаметр литого

ядра точки

Минимальный шаг

при точечной сварке

низкоуглеродистых

сталей

0,3 6 2,5-3,5 8

0,5 8 3-4 10

0,8 10 3,5-4,5 13

1,0 12 4-5 14

1,2 13 5-6 15

Таблица 32.2 - Режимы точечной сварки углеродистых сталей на ма-

шинах переменного тока

Толщина детали,

мм

Сила тока, А

(примерная

ступень)

Длительность

тока, с

Усилие сжатия,

МПа

Жесткие режимы

0,5 6-6,5 (IV) 0,08-0,1 1200-1800

0,8 6,5-7,0 (V) 0,1-0,14 2000-2500

1,0 7,0-8,0 (VI) 0,12-0,16 2500-3000

Мягкие режимы

0,5 3,5 (I) 0,2 500-1000

1,0 5 (III) 0,4 1000-2000

После выполнения сварки пробных «точек» производят проверку каче-

ства сварного соединения: заданные размеры сварной точки и механические

свойства (технологическая проба). При необходимости корректируются ре-

жимы сварки.

К дефектам точечной сварки относят недопустимые отклонения в раз-

мерах деталей, точек и расстояний между ними, наружные выплески и глу-

бокие вмятины, подплавления и трещины, прожоги и вырывы точек, прили-

пания материала электрода, непровар, малый диаметр ядра, внутренние тре-

щины и другие. Дефекты сварки выявляются внешним осмотром, анализом

излома, микроанализом.

Контактная сварка широко применяется в автомобильной, авиацион-

ной, электронной и строительной промышленности, судостроении, металлур-

гическом производстве, вагоностроении, котло- и турбостроении, производ-

стве бытовых приборов и т.д.