Процессы сборки с помощью электроконтактной точечной и роликовой сварки

При производстве самолетов и вертолетов, в конструкции которых используются листы и профили из сталей и титана, широко применяется электроконтактная точечная и роликовая сварка. Схема процесса такой сварки приведена на рис. 162. Наряду с электроконтактной сваркой в промышленности применяется и ультразвуковая точечная и роликовая контактная.

При ультразвуковой сварке в качестве источника энергии исполь­зуются упругие колебания высокой частоты, разрушающие окисные плен­ки и способствующие развитию высоких температур в зоне контакта.

Достоинствами этого вида сварки являются:

— возможность сварки металлов с различными физическими свой­ствами;

— незначительный нагрев свариваемых металлов и только в зоне сварки, вследствие чего зона нагрева мала, а прочность свариваемых деталей снижается меньше, чем при электроконтактной сварке.

Технологический процесс электроконтактной и ультразвуковой то­чечной и роликовой сварки состоит из ряда последовательно выполняе­мых операций: подготовка поверхностей деталей к сварке, предваритель­ная сборка и прихватка деталей, сварка, контроль качества, термообработка, нанесение защитных покрытий, окончательный контроль изделия.

Подготовка поверхностей деталей к сварке необ­ходима для создания хорошего электрического контакта между свари­ваемыми деталями и между свариваемыми деталями и электродами. Применение того или иного способа подготовки поверхности к сварке зависит от характера производства, материалов и размеров свариваемых деталей. В условиях опытного производства обычно поверхности дета­лей подготавливают вручную зачисткой щетками, в серийном производ­стве дуралюминовые и стальные детали из листов подвергают химической обработке, а отливки, поковки и стальные листы очищают обдувкой песком.

Предварительная сборка и прихватка деталей вы­полняется за две операции, в первой из которых свариваемые детали прихватываются, во второй — полностью свариваются. Такая последо­вательность операций устраняет возможное смещение деталей при свар­ке и снижает суммарную деформацию больших участков шва.

При сборке узлов и панелей контактной сваркой применяют сборочно-сварочные приспособления.

По конструкции сборочно-сварочные приспособления для сборки и прихватки узлов и панелей аналогичны приспособлениям для сборки клепаных узлов и панелей. В таких приспособлениях производят сборку — при­хватку деталей контрольны­ми сварными точками, пос­ле чего панель или узел пе­редают на сварочную маши­ну для сварки всех точек или роликовых швов.

Приспособления, в кото­рых выполняется весь объем сборочно-сварочных работ, проектируют с учетом ис­пользования их в комплексе с универсальной сварочной машиной (рис. 172).

Рис. 172. Приспособление для сварки изделия на точечной сварочной машине:

1 – опорные плиты приспособления; 2 – зажимы для крепления свариваемых деталей; 3 – свариваемые детали; 4 – консоли сварочной машины

Эти приспособления обеспечивают соосность сое­диняемых кольцевых дета­лей и заданный размер меж­ду ними по опорным поверх­ностям А и Б, к которым со­бираемые детали прижима­ются зажимами 2. Прихват­ку и сварку кольцевого шва производят на универсаль­ной машине.

Практика показывает, что количество сварных точек для прихватки деталей составляет примерно 20% от общего количества точек в шве. После прихватки собираемых деталей контролируют размеры изделия и качество сварочных точек, а затем изделие передают на окончательную сварку.

Сварка деталей. Сварочное оборудование выбирают в зависи­мости от потребной силы тока и условий сварки данного изделия. Элек­трические сварочные машины характеризуются диапазоном силы сва­рочного тока, величиной электродного давления, габаритами и конструк­цией консольно-силового механизма, на котором размещены электроды или ролики.

На рис. 173 приведена схема электросварочной машины для точеч­ной сварки. На консолях станины смонтированы электроды 1 и 2 (элек­трод 2 — неподвижный, электрод 1 может перемещаться по вертикали в процессе сварки).

После установки деталей 9 между электродами включают, нажимая педаль 10, привод синхронизатора 6. На валу синхронизатора установ­лено два кулачка: кулачок 4, управляющий движением электрода 1, и кулачок 5 прерывателя сварочного тока. При вращении валика синхронизатора происходит последовательное сжатие электродом свариваемых деталей и пуск через них сварочного тока.

Электрические сварочные машины разнообразны по конструкции (привод для перемещения электрода может быть механическим, пневматическим и гидравлическим), но имеют одинаковую принципиальную схему, аналогичную схеме рис. 173.

Рис. 173. Схема электрической сварочной машины для точечной электросварки:

1 и 2 – электроды; 3 – система управления электродом; 4 и 5 – кулачки; 6 – привод синхронизатора; 7 – прерыватель тока; 8 – трансформатор; 9 – свариваемые детали; 10 – педаль управления

Синхронизация моментов подведения давления к электроду и вклю­чение сварочного тока производятся по цикловому графику. На рис. 174 приведены два типа цикловых графиков, относящихся к точечной сварке.

На рис. 174, а давление на электроды Р нарастает постепенно, и когда оно достигает наибольшей величины, к электродам подводится сварочный ток, действующий очень короткое время (t_т=0, 1ч-0, 2 сек). После этого давление на электроде снижается до нуля и электроды отводятся от изделия. В течение следующего промежутка времени изделие продвигается на расстояние, равное шагу между сварными точками, для сварки следующей точки и описанный цикл повторяется.

Рис. 174. Цикловые графики синхронизации момента включения сварочного тока и подведения электродного и ковочного давления при электроконтактной точечной сварке:

а – график подведения электродного давления и включения тока; б – график подведения электродного и ковочного давления и включения тока (Т_о – основное время; Т_п – время на паузы между моментами включения сварочного тока и приложения ковочного давления; t_т – время действия сварочного тока; t_к – время действия ковочного давления)

На другом цикловом графике давление на электроды Р в течение всего цикла сварки точки возрастет дважды: первый раз — для сжатия свариваемого пакета, так же, как и по рис. 174, а, второй раз—до за­данной величины ковочного давления (см. рис. 174, б). Ковочное дав­ление создается через 0, 06—0, 15 сек после выключения сварочного тока. Преждевременное создание ковочного давления, т. е. ранее чем через 0, 06 сек, приводит к выдавливанию металла, еще не успевшего застыть, из ядра сварной точки, а при большой паузе, т. е. более 0, 15 сек, приме­нение ковочного давления не дает эффекта, так как металл в ядре свар­ной точки успевает застыть и не поддается уплотнению.

Рис. 175. Деформации изделий при контактной сварке

При сварке алюминиевых сплавов сварочное давление (на электро­ды) изменяется в пределах 400—600 кГ, а ковочное давление достигает 1000—1200 кГ.

Применение ковочного давления при электроконтактной сварке уве­личивает прочность соединений и позволяет производить высококачест­венную сварку трех-, четырех- и пятислойных пакетов.

Деформации изделия после сварки. Деформации соеди­нения при контактной сварке вызываются двумя основными причинами: неравномерностью нагревания свариваемых деталей и местными пласти­ческими деформациями материала под давлением электродов.

Характерные для контактной сварки деформации приведены на рис. 175. При соединении цилиндрических или конических обечаек в месте наложения поперечного шва образуется стянутый пояс, т. е. умень­шение диаметра в зоне сварного шва (рис. 175, а).

Замкнутые сварные швы вызывают обычно выпучивание изделия, сопровождающееся потерей устойчивости участка, окруженного швом (рис. 175, б). Неравномерность нагрева свариваемых деталей вследствие различ­ной контактной площади электродов приводит к деформациям вида, по­казанного на рис. 175, е.

Электрод с большой контактной поверхностью больше нагревает ту деталь, с которой он имеет непосредственный контакт, поэтому изделие после остывания выпучивается в направлении к этому электроду. Чтобы устранить такие деформации, следует применять электроды одинакового диаметра. Деформации вследствие неравномерного нагрева наблюдают­ся и при сварке деталей различного сечения. При этом деталь меньшего по площади поперечного сечения будет нагреваться до большей темпе­ратуры и больше расширится, чем деталь большего сечения (рис. 175, г, д).

Этот вид деформации можно предупредить предварительной при­хваткой деталей перед сваркой и искусственным охлаждением их во время сварки, например, струей воды.

В качестве общих мероприятий, предупреждающих возникновение деформаций или значительно уменьшающих их величину, рекомендуется прихватка деталей перед сваркой, наиболее рациональная последова­тельность и направление швов, применение нагрева или охлаждения де­талей во время сварки.

Деформации кольцевых сварных изделий устраняются путем обтяж­ки их на прессах типа ПКД-2. Сварные изделия произвольной формы правятся после сварки на оправках или плитах рихтовкой, т. е. выпрям­лением киянкой (деревянный или резиновый молоток).

Хорошие результаты при устранении деформации дает также про­ковка точечных или роликовых швов после сварки, так как эти соедине­ния, обладая достаточной вязкостью, хорошо деформируются в холод­ном состоянии.