что называют шунтированием тока при контактной сварке

Шунтирование тока при точечной сварке

В реальных соединениях сварку или одноточечное сварное соединение стараются не применять, т. к. его работоспособность будет недостаточна, даже для приварки ушка ручки чайника лучше поставить три точки, это обеспечит прочность как на срез, так и на отрыв.

А в случае контактной точечной сварки автомобилей, различных тележек, рам, количество сварных точек достигает несколько тысяч, т. к. технологически удобно ставить каждую последующую точку вслед за предыдущей, то ранее сваренное соединение оказывается в непосредственной близости от вновь формируемого.

Т. К. ток шунтирования значительно снижает величину тока, проходящего через контакт деталь – деталь свариваемого соединения, литое ядро при постановке последующей точки может быть недопустимо малых размеров или не сформироваться вообще.

Это необходимо учитывать и компенсировать токи шунтирования, увеличивая ток в импульсе. Кроме того шаг сварки должен определяться от толщины детали и свойств материала ( — удельное сопротивление).

Для нержавеющих сталей, обладающих большим , шаг должен быть 8 и должен возрастать при уменьшении удельного сопротивления и увеличении .

При высоком темпе сварки металл в области ранее сваренной точки не успевает остыть и его сопротивление будет больше, чем у холодного металла.

При шовной сварке с взаимным перекрытием влияние тока Iм на величину I2 будет значительно, т. к. шаг сварки при перекрытии точек будет минимальным.

Шунтирование при шовной сварке проявляется в значительной мере больше, чем при точечной, т. к. ток шунтирования имеет меньший путь через ранее сваренные точки, представляющие собой сплошной шов.

Однако время постановки каждой последующей точки в значительной мере меньше, чем при точечной, в пределах 1 сек. Металл в зоне нагрева находится при высокой t и удельное сопротивление очень велико, что несколько исправляет ситуацию.

При высокой скорости прохождения импульса шунтирование будет проявляться меньше.

Поэтому для обеспечения одинакового размера литых ядер при шовной сварке, ток I2 увеличивается на 20% при сварке жаропрочных и легированных сталей, на 25% у углеродистых сталей, а при сварке алюминиевых сплавов на 50 %.

Ток шунтирования может наблюдаться не только через ранее сваренные соединения, но и за счет контактирования неровностей.

Чем чище поверхность деталей, тем выше ток шунтирования.

Особенности плавления, кристаллизации и пластичной деформации металла при точечной шовной сварке.

При контактной точечной и контактной шовной сварке металл под электродами нагревается с большой скоростью.

Часто достигает Vнагр сотен тысяч градусов в секунду.

Нагрев металлических тел сопровождается увеличением их линейных размеров или объема.

и — термический коэффициент линейного и объемного расширения.

Скачкообразное изменение температуры металла при достижении Tм очень важно, т. к. по этому показателю можно судить о начале формирования литого ядра.

Проведя достаточное количество экспериментов по определению увеличения объема жидкого металла в зависимости от времени можно определить взаимосвязь между линейным и объемным расширением нагретого металла и размером литого ядра.

Данный эффект называется дилатометрическим эффектом (линейного и объемного расширения).

Объем нагретого металла увеличивается по всем направлениям или осям, но свободное применение возможно только по оси z, т. к. верхний электрод подвижен.

Если детали имеют развитую поверхность, то расширение металла по оси z создаст напряженное состояние сжатия, так как расширению металла препятствуют холодные области металла.

При охлаждении, наоборот, возникает напряженное состояние расширения, т. к. сдеформировавшийся в горячем состоянии металл по объему стал меньше, а уменьшение его температуры приводит к появлению напряжения растяжения.

Те же процессы могут происходить в направлении оси z, если приложено очень большое сварное усилие, а также при неправильном подборе малых подвижных элементов.

Если инерционная масса механизма усилия сжатия велика, и электрод не успевает отработать перемещение вверх за счет дилатометрического эффекта, то произойдет пластичная деформация и рабочее сечение станет значительно меньше и ухудшатся прочностные свойства.

Для снижения деформации детали и уменьшения глубины деформации от электрода следует уменьшить массу механизма нагружения, т. е. его подвижных элементов.

При этом приложенное сварочное усилие останется практически без изменений, в то время как при большой массе оно может увеличиваться от 0,5 т до 1 т. При правильно подобранном сварочном усилии и массы подвижных элементов с помощью перемещения электродов можно регулировать рост размеров литого ядра и вовремя выключать сварочный ток. Изменение величины сварочного тока, а также величины деформации электрода, материло-детали от электрода ΔТ тесно связаны между собой и при правильных параметрах величины тока Ιсв, сварочного усилия Рсв, длительности импульса tсв и правильном подборе массы подвижных элементов способствует увеличению качества сварных соединений. Т.к. электрод поднимается на величину Δl которая является функцией деформации в объеме зон соединения, а также глубины отпечатка, то распространение деформаций происходит в детали и создает напряжения сжатия, и плоскости контакта деталь-деталь. Эти деформации определяют формирование упрочняющего пояска деформируемого метала, который играет большую положительную роль, т.к. герметизирует расплавленный металл ядра и повышает стойкость сварной точки при знакопеременных нагрузках. При выключении тока происходит кристаллизации металла и сварное соединение должно находиться под действием давления, вызванного сварочными усилиями. Если масса подвижной детали будет высока, то при охлаждение и уменьшение объема остываемого металла электрод может зависнуть в связи с инерционностью подвижных электродов и сварочное давление может резко снизиться, что приведет к появлению пор и трещин в литом ядре. Сам процесс кристаллизации жидкого метала ядра осуществляется при очень высоких скоростях охлаждения и при этом требования к осуществлению необходимого сварочного усилия заставляют применять мало инерционный механизм нагружения.

Однако эти показатели в значительной мере определяются длительностью протекания сварочного импульса, жаропрочностью материалов детали и его теплопроводностью. Т.к. Аl и цветные металлы обладают низким удельным электрическим сопротивлением и высокой теплопроводностью, то их необходимо сваривать мощными, но короткими импульсами тока, т.е. жесткий импульс. Необходимо применять малоинерционные механизмы нагружения.

При сварке сталей и жаропрочных сплавов эти требования снижаются. Для сварки низкоуглеродистых сталей применяются обычные поршневые системы механизмов сжатия.

При шовной сварке происходят такие же процессы нагрева и объемного расширения, как и при точечной, но условия деформирования под электродами отличаются тем, что металл расширяется в сторону катящегося электрода.

При шовной сварке сопротивление металла деформации меньше, чем при точечной, т.к. отличаются повышенным теплосодержанием металла под электродом.

Поэтому шовную сварку можно производить при применение относительно небольших усилиях, даже при применение жестких режимов.

Точечная сварка. Виды точечной контактной сварки и ее применение.

Источник

ВЛИЯНИЕ ШУНТИРОВАНИЯ ТОКА НА РАЗМЕРЫ И ПРОЧНОСТЬ СВАРНОЙ ТОЧКИ

Явление шунтирования тока при контактной сварке оказывает очень большое влияние на результаты точечной сварки любых металлов и нередко является причиной ее неудовлетворительного качества. Шунтирование при точеч­ной сварке сопровождается не только ответвлением части электрического тока через ранее сваренные точки или через случайные контакты между деталями, но и передачей части приложенного к электродам усилия и точках касания свариваемых деталей, лежащих вне зоны сварки. В результате этого усилие, действующее в месте сварки в контакте между деталями, оказывается меньше усилия, приложенного к электродам. В связи с тем, что при шунтировании и ток и усилие в месте с парки уменьшаются, причем степень этого уменьшения непостоянна, создаются условия, существенно понижающие стабильность качества (прочности) сварных точек.

Степень шунтирования тока уменьшается с увеличением расстояния между центрами смежных точек (шага точек). Эго иллюстрируется графиком зависимости отношения тока в шунте к полному току (в процентах) от шага точек (К. А. Кочергин) для сварки пластин из малоуглеродистой стали толщиной 2 и 4 мм (фиг. 87). Как видно из графика, при наиболее часто применяемом шаге точек (30—50 мм) ток шунтирования достигает 40-25% от полного тока. Степень шунтирования тока увеличивается с увеличением толщины свари­ваемых деталей.

Отношение S’’/S’ характеризует влияние шунтирования на прочность точки, а отношение S’’_min/S’’ — его влияние на стабильность прочностных свойств точек.

Как видно из фиг. 88, при шаге с = 3d и толщине деталей 2—8 мм средняя прочность второй точки составляет 80—90% прочности первой (сваренной при отсутствии шунтирования). Рассеивание результатов испытаний, умеренное при толщине деталей до 4 мм, быстро растет с увеличением их толщины.

Влияние шунтирования на прочность точки резко возрастает с увеличением числа одновременно свариваемых деталей. Например, при сварке двух деталей из малоуглеродистой стали толщиной 2 мм рассеивание результатов испытания образцов, сваренных внахлестку, близко к 15%, в то время как при одновременной сварке трех деталей той же толщины рассеивание результатов достигает 30%, В связи с этим шаг точек при одновременной сварке трех деталей должен быть больше, нем при сварке только двух деталей той же толщины.

Снижение прочности точки в результате шунтирования может быть особенно велико при расположении свариваемой точки в близком со­седстве более чем с одной уже сваренной точкой. Например, при сварке точками пересечений прутков диаметром 6,5 мм и последовательности, по­казанной цифрами на фиг. 89, а, разрушающая нагрузка последней, 36-й точки, окруженной при сварке четырьмя близко расположенными точками, составляла всего 30% прочности первой точки. При изменении последо­вательности сварки в со­ответствии с фиг. 89 б наибольшее понижение прочности в результате шунтирования не превышало 10%, Это, в частности, указывает на важность продуманного порядка в постановке отдельных точек, образу­ющих соединение.

Усилие, передаваемое в контакте между деталями непосредственно в свариваемой точке,

где Р — усилие, приложенное к электродам, и Р_д — усилие, затрачи­ваемое на деформирование деталей, необходимое для получения плот­ного контакта между ними в зоне свариваемой точки. В предельном случае (при некачественной заготовке или сборке деталей и значитель­ной их жесткости) зазор между деталями в месте сварки может ока­заться настолько большим, что необходимое для деформирования деталей усилие Р_д будет равно или больше приложенного к электродам усилия Р — контакта между деталями в месте их сварки не будет, весь ток потечет через шунт (сварка в этом случае совершенно невоз­можна).

Источник

Шовная сварка

Основным конструктивным элементом, определяющим прочность и герметичность сварного соединения, является ширина литой зоны сварного шва d. Размеры литой зоны и других конструктивных элементов (см. рис. 1) в зависимости oт толщины и материала регламентирует ГОСТ 15878-79 (табл. 1), в соответствии с которым допускается получение соединений групп А и Б. Соединения группы Б c меньшей нахлесткой и меньшей шириной литой зоны примeняют в конструкциях для снижения иx массы.

В тех случаях, когда нужно сваривать цветные и легкие сплавы или детали толщиной >2мм, используют шовную шаговую сварку. Она выполняется при прерывистом включении тока и прерывистом (шаговом) вращении роликов (см. рис. 1, в). При этом способе ток включаетcя во время остановки роликов, следовательнo, кристаллизация и обжатие расплавленного металлa происходят пoд давлением электродов и появляется возможноcть прикладывать повышенную силу проковки. Такой цикл с варки применяют для алюминиевых, магниевых, медных сплавов, имеющих широкий интервал температуры кристаллизации и склонных к возникновению в литом ядре трещин, пор и других дефектов усадочного характера.

Поверхности деталей под шовную сварку должны быть свободны от грязи и ржавчины и подготовлены по той же технологии, что и под точечную сварку, с учетом группы свариваемого металла и состояния поставки под сварку (см. табл. 5.5). Шовная сварка выполняется c использованием дисковых электродов-роликов c цилиндрической (шириной b_эл) или сферической (радиусом R_эл) рабочей поверхностью. Фopмy и размеры рабочей поверхности роликoв нужно выбирать в зависимости oт толщины и гpуппы свариваемого металла, что будeт рассмотрено далее.

Основными параметрами шовной сварки являются сила сварочного тока I_св, длительность импульсов тока t_св, длительность пауз t_п, сварочная сила F_св и скорость сварки v_св,

В связи с увеличением скорости сварки и шунтированием тока через ранее сваренный участок шва сила сварочного тока при шовной сварке с прерывистым включением тока в 1,5-2 рaза больше. чем при точечной сварке.

Влияние теплофизических свойств свариваемых металлов на выбор параметров режима при шовной сварке такое же, как и при точечной (см. рис. 3). Режимы шовной сварки основных групп металлов и сплавов, при которых образуются соединения группы А, приведены в таблицах на упомянутых ниже страницах.

В связи с меньшим t_св и наличием вмятин от предыдущих точек шва I_св больше, чем при точечной.

Источник

Контактная сварка

Принципы процесса контактной сварки и общее представление о его разновидностях

Контактная сварка это процесс образования неразъемных соединений конструкционных металлов в результате их кратковременного нагрева электрическим током и пластического деформирования усилием сжатия.

Разновидности процесса контактной сварки

Точечная сварка

При точечной сварке детали 1 собирают внахлестку, сжимают между электродами 2, к которым подключен источник электрической энергии 3 (например, сварочный трансформатор). Детали нагреваются при кратковременном прохождении сварочного тока до образования зоны взаимного расплавления деталей 4, называемой ядром. Нагрев зоны сварки сопровождается пластической деформацией металла в зоне контакта деталей (вокруг ядра), где образуется уплотняющий поясок 5, надежно предохраняющий жидкий металл от выплеска и от окружающего воздуха. Поэтому специальной защиты зоны сварки не требуется.

После выключения тока расплавленный металл ядра быстро кристаллизуется, и образуются металлические связи между соединяемыми деталями. Таким образом, образование соединения при точечной сварке происходит с расплавлением металла.

Шовная сварка

Подвод тока и перемещение деталей осуществляют с помощью вращающихся дисковых электродов – роликов 2. Как и при точечной сварке, детали 1 собирают внахлестку и нагревают кратковременными импульсами сварочного тока от источника 3 в результате чего образуется ряд перекрывающихся точек 4.

Рельефная сварка

При этом на поверхности одной из деталей 1 предварительно формируют выступ – рельеф, который ограничивает начальную площадь контакта деталей. В результате в этой зоне повышаются плотность тока и скорость тепловыделения. При нагреве рельеф постепенно деформируется; на определенной стадии процесса сварки формируется ядро, как при обычной точечной сварке. Сжатие деталей 1 и подвод к ним сварочного напряжения осуществляется при помощи плит 2.

Стыковая сварка

Детали 1 закрепляют в токоподводящих зажимах 2 и 4, один из которых (4) подвижен и соединен с приводом усилия сжатия машины. Напряжение к деталям подают от источника 3.

При стыковой сварке сопротивлением детали предварительно сжимают усилием и включают в сеть сварочный трансформатор. По деталям протекает сварочный ток, и происходит постепенный нагрев стыка деталей до температуры, близкой к температуре плавления. Затем сварочный ток выключают и резко увеличивают усилие осадки деталей, которые деформируются в стыке. При этом из зоны сварки частично выдавливаются поверхностные пленки, формируется физический контакт, и образуется соединение.

При стыковой сварке оплавлением вначале на детали подают напряжение от сварочного трансформатора, а затем их сближают. При соприкосновении деталей в отдельных контактах вследствие большой плотности тока металл контактов быстро нагревается и взрывообразно разрушается. Нагрев торцов деталей происходит за счет непрерывного образования и разрушения контактов – перемычек. К концу процесса на торцах образуется сплошной слой жидкого металла. В этот момент резко увеличивают скорость сближения и усилие осадки F деталей; торцы смыкаются, большая часть жидкого металла вместе с поверхностными пленками и частью твердого металла выдавливается из зоны сварки, образуя утолщение – грат. Сварочный ток выключается автоматически во время осадки деталей. Для более равномерного нагрева деталей по сечению и получения однородных свойств соединений в ряде случаев до начала оплавления торец подогревают током способом сварки сопротивле­нием.

Шунтирование тока. Шунтирование тока проявляется в протекании части тока вне зоны сварки, например, через ранее сваренные точки при двухсторонней точечной сварке или через одну из деталей при односторонней сварке, при шовной сварке, при стыковой сварке изделий замкнутой формы. Шунтирование в значительной мере нарушает симметрию электрического поля и может привести к уменьшению плотности тока. Токи шунтирования обычно снижаются в процессе сварки за счет нагрева шунта и снижения сопротивления электрод-электрод.

Роль пластической деформации

Пластическая деформация металла вызывается как внешними, факторами – усилием со стороны электродов, так и внутренними – напряжениями, возникающими при несвободном расширении металла зоны сварки. При точечной, шовной, рельефной и стыковой сварке сопротивлением пластическая деформация металла присутствует на протяжении всего процесса сварки: от формирования холодного контакта до проковки соединения. При сварке оплавлением деформация происходит на этапе предварительного подогрева и осадки.

Основная роль пластической деформации при точечной, шовной и рельефной сварке заключается в формировании электрического контакта, в образовании пластического пояса для удержания расплавленного металла от выплеска и ограничения растекания сварочного тока во внутреннем контакте, в уплотнении металла на стадии охлаждения.

Основная роль пластической деформации при стыковой сварке заключается в удалении оксидов для образования металлических связей в стыке (второй этап цикла сварки) и электрических контактов (преимущественно в течение первого этапа нагрева). Деформация вызывается действием усилия сжатия, создаваемого приводом сварочной машины. Для образования начального электрического контакта достаточно небольшого давления, при котором происходит микропластическая деформация рельефа поверхности торцов. Для удаления оксидов и образования связей требуется относительно большая объемная пластическая деформация деталей. При стыковой сварке в большинстве случаев используется свободная схема объемной деформации, при которой металл течет без какого-либо внешнего ограничения. В процессе стыковой сварки о величине деформации судят по укорочению деталей, вызванному осадкой.

Дефекты соединений и причины их образования при контактной сварке

Основными дефектами при точечной, шовной и рельефной сварке являются:

Основные дефекты стыковой сварки:

Области применения процессов контактной сварки и основные проблемы

Точечной и шовной сваркой обычно соединяют детали толщиной 0,5-6 мм. Толщина свариваемых деталей может быть одинаковой или различной. Материал деталей может быть однородным или разнородным. Если герметичность не требуется, то применяют точечную сварку. Прочноплотные соединения выполняют шовной сваркой.

При ограниченном доступе к месту сварки применяют односторонний подвод тока. Для повышения производительности и уменьшения коробления используют многоточечную сварку.

Сваркой сопротивлением обычно соединяют детали небольшого, как правило, круглого, сечения (например, из низкоуглеродистых сталей не более 200 мм 2 ).

Сваркой непрерывным оплавлением сваривают детали сечением до 1000 мм 2 (из низкоуглеродистой стали) и детали большого периметра (трубы, листы и др.).

Оборудование и приспособления

Для машин общего назначения ГОСТ 297—80 устанавливает, в частности, следующие основные параметры.

Оснастка машин включает консоли, электрододержатели, электроды, токоподводящие губки и другие элементы, размеры и конструкция которых может меняться в зависимости от конструкции изделия. На этих элементах иногда устанавливают приспособления, фиксирующие или поддерживающие свариваемые, детали, загрузочные или съемные механизмы. Вторичный контур характеризуется такими параметрами:

В состав точечных, рельефных, шовных, подвесных и многоэлектродных машин входят приводы сжатия. В период протекания сварочного тока эти приводы формируют на электродах постоянное или изменяющееся во времени сварочное усилие. В необходимых случаях такие приводы создают на электродах усилие предварительного обжатия (до включения тока) и ковочное усилие (после выключения тока), превышающие уровень сварочного усилия. В большинстве машин приводы сжатия являются пневматическими, реже – пружинными.

Привода вращения роликов шовных машин – обеспечивают передвижение свариваемых деталей на шаг точек. Вращение роликов может быть непрерывным и прерывистым. Приводным может быть один из роликов, а в некоторых случаях крутящий момент передается сразу на оба ролика.

Электроды для точечной сварки и ролики для шовной сварки состоят из: рабочей части, части, обеспечивающей соединение с машиной, и средней (основной) части. Рабочая часть обеспечивает непосредственный контакт (электрический и механический) электрода со свариваемыми деталями и имеет рабочую поверхность, форма и размеры которой являются важной технологической характеристикой электрода (ролика). В настоящее время наиболее распространены две формы рабочей поверхности: плоская (цилиндрическая у роликов) и сферическая. Основной функцией электродов и роликов является подвод тока к деталям и передача к ним сварочного усилия. Внутренняя часть большинства электродов для точечной сварки имеет канал для подачи охлаждающей воды. Внутри охлаждающего канала находится трубка, по которой поступает вода.

Параметры режима контактной сварки

В зависимости от роли процессов тепловыделения и теплоотвода различают жесткие и мягкие режимы сварки.

Жесткий режим характеризуется высоким значением сварочного тока и малым временем сварки. Жесткий режим характеризуется высокими скоростями нагрева и охлаждения. Такие режимы применяют при сварке материалов, обладающих высокой теплопроводностью и малым удельным электрическим сопротивлением.

Мягкие режимы характерны значительной длительностью протекания тока относительно малой силы. При этом происходит значительный теплообмен внутри деталей и с электродами.

Цикл контактной точечной и рельефной сварки состоит из предварительного сжатия, нагрева и проковки.

При сварке сопротивлением основными параметрами режима являются сварочный ток, или плотность тока, время протекания тока, начальное усилие сжатия и усилие осадки, укорочение деталей при сварке, установочная длина (начальное расстояние между внутренними краями токоподводов).

Основные параметры режима при сварке оплавлением: скорость оплавления, плотность тока при оплавлении, припуск на оплавление, время оплавления, величина осадки и ее скорость, длительность осадки под током, величина осадки под током, усилие осадки или давление осадки, установочная длина детали. Задают также напряжение холостого хода машины и программу его изменения.

Типовой технологический процесс производства сварных узлов состоит из таких операций:

Источник