Контактная электрическая сварка

Контактная сварка — процесс соединения деталей нагревом их в
 месте контакта до пластического или жидкого состояния с применением
 одновременного или последующего сильного сжатия (осадки), обеспечивающего взаимодействие атомов металла.

Контактная сварка — один из высокопроизводительных способов
 сварки; она легко поддается механизации и автоматизации и ее широко применяют в машиностроении и строительстве.

На заводах, изготовляющих стержни для арматуры из углеродистой (Ст3, Ст5) и низколегированной стали (25Г2с, 35Гс, 30Г2с), а
 также при монтаже каркасов, сеток и других арматурных конструкций
 применяют контактную сварку, которая обеспечивает высокую производительность.

По форме свариваемого соединения, определяющего тип сварочной машины, контактную сварку разделяют на стыковую, точечную
 и роликовую. При всех видах контактной сварки металл нагревается
 за счет выделения тепла при прохождении электрического тока по
 свариваемым деталям; количество этого тепла определяется известным законом Джоуля—Ленца:

где I — сварочный ток, А; R — сумма сопротивлений отдельных
 участков цепи, Ом; t — время протекания тока, с.

Особенностью контактной сварки является применение кратковременных (доли секунды) импульсов сварочного тока большой силы
 (иногда до 100000 А) при напряжении 0, 3—10 В. Такой режим сварки повышает производительность труда, экономит электроэнергию, 
 снижает возможность окисления деталей, уменьшает зону термического влияния, позволяет управлять процессом тепловыделения и
 теплоотвода, т. е. процессом формирования соединения.

Машина для контактной сварки состоит из понижающего трансформатора; механизмов, обеспечивающих закрепление, создание усилий
 сжатия и перемещение свариваемых деталей; пульта управления.

Стыковую сварку (рисунок 68.а) разделяют на сварку оплавлением и
 сварку сопротивлением. При сварке сопротивлением торцы деталей тщательно обрабатывают, детали сводят до соприкосновения и включают
 ток. После нагрева металла в месте контакта до пластического состояния давление сжатия повышают. Этот способ может быть использован для сварки изделий из стали, меди и
 латуни с площадью контакта до 1500 — 2000 мм².

Наибольшим распространением пользуется сварка оплавлением. При этом
 не требуется тщательная подготовка
 кромок. После включения тока детали
 сводят до соприкосновения и в местах
 контактов благодаря высокой плотности тока происходит оплавление. При
 последующих соприкосновениях происходит оплавление всего стыка. Прилегающий к стыку металл нагревается
 до пластического состояния и в этот
 момент осуществляется его осадка.
 В процессе осадки с торцов выдавливается жидкий металл и вместе с ним
 удаляются окислы и загрязнения с кромок. В результате полного удаления
 окислов удается получать более стабильные результаты по качеству образующихся соединений.

Различают два вида сварки оплавлением: непрерывным оплавлением и оплавлением с подогревом. Последнюю
 применяют для деталей, способных резко закаливаться. Предварительный
 подогрев металла способствует более
 равномерному нагреву и некоторому
 снижению скорости его охлаждения
 (для стали типа 30ХГСА, инструментальной и др.).

При стыковой сварке цветных металлов в основном применяют сварку
 сопротивлением, причем плотность тока
 выбирают в несколько раз больше плотности тока, применяемой при сварке
 стали. Мощность стыковых машин выбирают из расчета 0, 12—0, 15 кВА/мм²
 сечения свариваемых деталей; при сварке изделий с замкнутым контуром мощность увеличивают в два раза. Напряжение сварочного тока составляет 5—15 В; давление, создаваемое при осадке равно 15—50 МН/м² (МПа).

Рисунок 68. Схемы различных видов контактной сварки:

а – стыковая: 1 – контактная плита, 2 – свариваемые детали, 3 – станина, 4 — трансформатор, 5 – электроды; б – точечная: 1 – хобот, 2 – свариваемые детали, 3 — электрододержатель, 4 – трансформатор, 5 – зона термического влияния шва, 6 – пластичный слой, 7 – расплавленное ядро; в – роликовая, 1 – ролик, 2 – свариваемые детали, 3 — трансформатор; г – импульсная сварка

В зависимости от мощности и назначения стыковые машины могут быть
 ручными и автоматическими.

Точечную сварку применяют в нескольких вариантах в зависимости
 от конструкции изделий.

Для получения точечной сварки детали (см. рисунок 68.б) помещают
 между электродами. При нажатии на педаль верхний хобот 1 машины
 опускается и зажимает детали 2. Через определенное время, необходимое для создания плотного контакта между деталями, включается
 сварочный ток, который доводит металл между электродами до плавления, а прилегающую к ядру 7 зону 6 до пластического состояния.
 После кристаллизации расплавленного ядра давление снимается.

Электроды должны обладать высокой электро— и теплопроводностью, сохранять необходимую прочность до 400° С. Электроды изготовляют полыми из холоднокатаной электролитической меди и сплавов на ее основе. Во время сварки электроды охлаждают водой.

Для повышения производительности труда при массовом производстве применяют многоточечную сварку. Точечная сварка может
 быть одно— и двусторонней.

Машины для точечной сварки могут быть механизированные и автоматические. В последних включение и выключение тока производится
 при помощи специальных механических электромагнитных или ионных прерывателей.

Машины разделяют на стационарные и переносные. Стационарные
 машины бывают одно— и многоточечными. Последние одновременно сваривают до 50 точек при производительности до 200 точек в минуту.

Мощность точечных машин достигает 600 кВА, плотность тока
 не менее 120 А/мм², вторичное напряжение 1—12 В, давление между
 электродами 20—120 МН/м² (МПа).

Мощность машины определяют по формуле:

где s — суммарная толщина листов, мм; k — коэффициент, равный
 8—25 (зависит от свариваемого материала).

Рельефная сварка по существу представляет собой многоточечную
 сварку, при которой расположение точек определяется рельефом деталей. Равномерным распределением усилия сжатия и величиной
 тока достигается одинаковый провар во всех точках. Свариваемые детали после сварки по всей поверхности плотно прилегают друг к другу.

При роликовой сварке отдельные точки частично перекрывают друг
 друга, образуя непрерывный шов свариваемых деталей (см. рисунок 68.в).
 Подготовленные полосы с толщиной до 4 мм пропускают между
 вращающимися роликами—электродами машины, через которые проходит электрический ток. В результате образуется плотный герметичный шов.

Роликовую сварку выполняют непрерывной, прерывистой и шаговой. При непрерывной сварке детали перемещаются непрерывно, причем все время к электродам поступает ток. Поверхность свариваемых деталей сильно перегревается, электроды быстро изнашиваются, 
 что ухудшает качество сварки.

При прерывистой сварке детали перемещаются непрерывно, а ток
 к электродам поступает периодически.

При шаговой сварке в момент включения тока детали неподвижны, 
 после кристаллизации сваренного участка металла происходит перемещение деталей на определенный шаг.

Короткие швы сваривают от одного конца к другому, а длинные —
 от середины к концам. Роликовую сварку осуществляют на переменном токе силой 2000—5000 А. Диаметр роликов равен 40—350 мм; 
 усилие сжатия свариваемых деталей роликами достигает 6 кН; скорость сварки 0, 5—3, 5 м/мин.

Сущность этого нового прогрессивного способа контактной сварки
 состоит в том, что к первичной обмотке трансформатора подключают
 колебательный контур, состоящий из выпрямителя В, конденсатора К
 и прерывателя Т (рисунок 68.г).

Электрическая энергия предварительно накапливается на пластинках конденсатора К и затем разряжается, нагревая металл. Мощный импульс энергии производит мгновенное плавление металла в
 месте стыка изделия. Кратковременность импульса создает реальные
 возможности для сварки стержней с различными сечениями. Преимуществом этого способа сварки является также значительная экономия
 электрической энергии.

В строительстве наиболее распространенным способом сварки
 является электрическая дуговая сварка плавящимся электродом, 
 позволяющая производить сварку решетчатых, стержневых, сплошностенчатых и листовых конструкций. При сварке решетчатых конструкций (ферм, башен, мачт, колонн) применяют главным образом ручную
 сварку, так как сварные швы имеют незначительую длину и находятся в разных пространственных положениях.

Наоборот, стержневые сплошностепчатые конструкции (балки, двутавровые колонны) имеют сварные швы значительной протяженности
 и обычно выполняются при помощи автоматической сварки под слоем
 флюсов.

При сварке двутавровых балок необходимо соблюдать определенную последовательность: в первую очередь сваривают стыковые соединения стенок, затем поясов и элементов, соединяющих стенку с поясами. Только после этого можно приваривать ребра жесткости. Большой объем сварки производится при строительстве и монтаже промышленных зданий, в которых имеются колонны, балки, фермы, опоры
 и т. д. При монтаже на строительной площадке сварку стыков конструкций производят вручную в различных пространственных положениях.

Автоматическую сварку под слоем флюсов применяют также для
 сварки листовых конструкций, имеющих чаще всего большую протяженность сварочных швов. К листовым конструкциям относятся вертикальные цилиндрические резервуары для хранения нефтепродуктов емкостью до 5000 м³
 и более из малоуглеродистой стали с толщиной стенок от 2, 5 до 16 мм.
 К сварке таких конструкций допускают сварщиков не ниже
 5—го разряда.

Различные виды дуговой и электрошлаковой сварки широко применяют при монтаже арматурных стержней и сборных железобетонных конструкций.