Типовая технология контактной сварки включает в себя следу­ющие основные операции: подготовка поверхностей; сборка; при­хватывание; сварка; последующая обработка; контроль качества. Вы­бор оптимальной технологии предопределяется исходными данными: программой изготовления деталей;

конструкцией деталей: ее материалом, толщиной, габаритны­ми размерами;

видом сварки, предусмотренным чертежом детали; выбором средств производства.

7.1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИИ

Выбор оптимального способа сварки. Наибольшую сложность при разработке технологии сварки представляет выбор конкретных конструкторско-технологических признаков способа сварки данных деталей, так как на чертеже детали указывается только вид сварки (Кт, Кш, Кс), а оптимальность технологии зависит от грамотно­го выбора способа сварки. Для облегчения такого выбора удобно руководствоваться классификацией, представленной в табл. 7.1.

С позиций приведенной классификации способ контактной сварки как обоснованный технологический процесс представляет собой сочетание вида контактной сварки и всех конструкторско - технологических признаков. Поиск и выбор оптимального спосо­ба контактной сварки данных деталей начинается с анализа и кри­тики базового способа, т. е. способа, наиболее широко применяе­мого в производстве для сварки данных деталей на момент анали­за. Затем каждая подгруппа признаков проверяется на техничес­кую осуществимость. Из всех возможных способов выбирается тот, который при условии обеспечения качества сварки обладает наи­более высоким положительным эффектом по сравнению с базо­вым. Например, для крепления ушка к корпусу алюминиевого ведра с толщиной стенки 1 мм, предназначенного для бытовых целей, учитывая сложности сварки алюминиевых сплавов, вместо клеп­ки был выбран следующий способ: соединение контактной то­чечно-рельефной сваркой на постоянном токе, с модулированием его переднего и заднего фронта, одним импульсом, без предвари-

Классификация конструкторско-технологических признаков контактной сварки Группа признаков контактной сварки Подгруппа признаков Род сварочного тока Постоянный, переменный Форма импульса тока Неизменная, модулированная, программирован] шя Место подвода тока Одностороннее, двухстороннее, смешанное Число импульсов тока Один, несколько, много Число одновременно свариваемых точек Одна, две, много Характер нагрева металла До пластичности, до расплавления, смешанное Характер сжатия Постоянный, с проковкой, программный Степень деформации Нормативная, бесследная Подготовка поверхности Без подготовки, с подготовкой, рельефная Жесткость режима Жесткий, средний, мягкий

тельной подготовки поверхности, с двухсторонним подводом тока, при постоянном сжатии, одновременной сварке трех точек-рель­ефов, на жестком режиме, с введением ультразвуковой энергии под электроды для зачистки сжатых ими деталей непосредственно перед импульсом сварки.

Выбор средств производства. К средствам производства при контактной сварке относят:

оборудование для подготовки поверхности; приспособления для обеспечения точности сборки-сварки; электроды и вторичный контур для подведения тока к детали; сварочное оборудование с оптимальным вторичным контуром; устройства для механизации и автоматизации подготовитель­но-заключительных и сборочно-сварочных операций;

оборудование для доводочных операций после сварки (правиль­ное, механической обработки, термообработки, антикоррозион­ной обработки);

аппаратуру для активного и пассивного контролем;

алгоритмы производства — технологические карты, содержа­щие параметры режима сварки, последовательность операций, нормировочные данные.

Подготовка поверхностей деталей. К подготовке поверхностей относят удаление поверхностных пленок и загрязнений, Необхо­димость подготовки поверхности деталей под контактную сварку обусловлена тремя требованиями: в контакте электрод—деталь должно быть минимальное сопротивление; в контакте деталь - деталь должно быть постоянное, стабильное сопротивление; поверх­ности деталей в плоскости контактирования и сварки должны быть ровными и согласованными.

Выбор конкретного способа подготовки определяется матери­алом детали, исходным состоянием их поверхностей, характером производства. Для штучного и мелкосерийного производства не­обходимо предусмотреть операции правки, рихтовки, обезжири­вания и травления. В условиях серийного, крупносерийного и мас­сового производства, где заранее обеспечивается высокое каче­ство поверхностей исходных материалов в заготовительных и штам­попрессовых производствах, вопросы подготовки поверхностей в сборочно-сварочном производстве отпадают. Исключение состав­ляют детали из алюминиевых сплавов, требующих свежеобрабо - танных поверхностей с пролеживанием после обработки не более чем 3 ч. Достаточно объективным параметром качества подготов­ки поверхностей деталей является величина контактного сопро­тивления, которое легко проверяется на данных сварочных ма­шинах при помощи микроомметра Ф415. Для сталей значение кон­тактного сопротивления более 200 мкОм свидетельствует о нека­чественной подготовке поверхностей, что приведет к перегреву электродов, к подплавлению поверхностей деталей, их продавли - ванию и появлению выплесков.

Сборка под сварку. Сборка должна обеспечить точную установ­ку деталей относительно друг друга и их фиксацию перед свар­кой; это достигается с помощью элементов сборочно-сварочной оснастки (упоров, фиксаторов, установочных пальцев, техноло­гических отверстий) или кондукторов (шаблонов). Накладные кон­дукторы базируют по наружному или внутреннему контуру свари­ваемых деталей, по отверстиям, приливам, пазам.

При разработке конструкции оснастки необходимо руковод­ствоваться следующими общими правилами проектирования:

• установочные базы приспособлений необходимо совмещать с поверхностями, обработанными по достаточно высокому классу чистоты. Схема базирования должна обеспечить достаточно лег­кий съем и установку собранного или сваренного узла;

■ необходимо обеспечивать свободный доступ к местам крепле­ния деталей и месту сварки, предусмотреть возможность ремонта и безопасность работы;

Ї точечной и роликовой или устройства для подъ - аг сварки или прихватки [елия, преждевременного ности свариваемого узла; тъ надежный подвод тока приспособлений. Необхо - ез узлы приспособлений, ий определяется точнос - о допуски на линейные соблениях принимают в ующие сварные узлы. Де - ,е всего по 3—4 классу

приспособлений, применяющихся при других спо - металлов, сварочные приспособления не несут ігрузок и не требуют мои ного механического при - е приспособления должг ы обеспечивать удобный нов при сварке, по возможности без деформации я и нагреве; надежный і годвод тока к детали при жарке; водяное охлажден яе их токоведущих частей, - говных условий технолої ичности и работоспособ - блений является правилы ый выбор материалов. Ма­сний. вводимых во втор одимо выполнять из немагнитных материалов — плавов, коррозионно-стойких сталей, сплавов на

лтсриалами: резиной и полимерными материалами

где d — диаметр сварного соединения при точечной, шовной или стыковой сварке, который обеспечивается данным соотношением параметров режима, мм; К— коэффициент, учитывающий тепло­физические свойства материала данных деталей К = (1 ...4) • 10‘3; /св — ток сварки, А; т — время сварки, с; Р — усилие сжатия, Н; dv — диаметр соединения, предусмотренный ГОСТ 15878—79 для тайных толщин (диаметров), мм.

Из формулы видно, что основными параметрами режима яв- тяются размеры ядра сварного соединения, время сварки, сила сварочного тока и усилие сжатия.

Размеры ядра сварного соединения обеспечивают главную цель всей сварки — достижение прочностных характеристик соедине­ния. Поэтому размеры (диаметр d и глубина АП проплавления) ядра сварного соединения являются исходным параметром режи­ма, регламентируемым ГОСТ 15878 — 79 в зависимости от толщи­ны свариваемых деталей (ориентировочно d = Зя, где s — толщина детали). Так как размеры диаметра сварной точки являются функ­цией рабочего диаметра электрода, то более технологично зала­зать исходный параметр ядра точки глубиной проплавления ha ; согласно стандарту hn = (0,2...0,8)д).

Время сварки — ведущий параметр контактной сварки, кото­рый удобно представить в виде тСЕ = KyShn/a. Из этого выражения следует, что время сварки ограничено коэффициентом жесткости режима — Ку (для жесткого режима АГТ = 1,5; для среднего К% - 2,5; для мягкого Ку = 4); толщиной детали s; глубиной проплавления h„ л температуропроводностью данного материала а.

Косвенным признаком характера длительности сварки являет­ся температура прогрева поверхности детали под электродом. При мягком режиме поверхность прогревается до 600... 800 °С (точка начинает светиться), при жестком — не более чем до 300 °С.

Сварочный ток — исполнительный параметр, величина кото­рого определяется следующим образом:

где Кс — коэфициент жесткости режима сварки (для жесткого режима Кс = 150; для среднего режима Кс = 100; для мягкого ре­жима Кс = 30); Иц — глубина проплавления (прогрева), м; Т — температура плавления материала детали, К; —- теплопровод­

ность, Вт/(м-К); р — удельное сопротивление, Ом-м, т|т — термический КПД сварки.

Усилие сжатия — исполнительный параметр, обеспечивающий многообразные функции. Для обеспечения электрического кон­такта достаточно усилия сжатия не менее 2 МПа. Для сближения деталей по всей поверхности сварки с преодолением упругого

Ориентировочные режимы контактной точечі ой сваркн J, мм /св* ^ Тсв, с Л», кН S, мм Лв, кА 'TcBj С Ра, кН Низкоуглеродистые стали 1,5 27 0,14 3,5 0,8 6...7 0,1...0,14 2-2,5 2 32 0,18 0,5 1 7...8 0,12...0,16 2,5-3 Алюминиет АМгАМ, свар і е сплавы типа :а на постоянном юке 1,2 8...9 0,14...0,18 3...4 1 34 0,06 2,5 1,5 9... 10 0,16. ..0,22 4...5 1,5 38 0,08 3,5 2 10... 11,5 0,18... 0,24 6-7 2 50 0,1 5 3 11,5-14 0,24...0,3 9-10 Титановые на перел сплавы, сварка енном токе Алюминиевые сплавы типа АМгАМ, сварка на переменном токе 1 5 0,16 2,2 0,8 18 од 2 1,5 7 0,2 3 1 22 0,12 2,5 2 8,5 0,26 4

Примечание, s — толщина деталей; /„ — ток сварки; тс„ — время сварки; Ра — усилие сжатия электродов.

Ориентировочные режимы контактной шовнфй сваркн
низкоуглеродистых сталей

Таблица 7.3 st мм 7™, кА Ра, кН Т 1» с 1’св, м/мин 0,8 9 0,06 3 0 ,06 1,2 1 11 0,08 4 0 ,08 0,8 1,2 12 од 5 U 0,7 1,5 14 0Д2 5 0 ,14 0,6 2 16 0,16 7 0 ,16 0,5 3 20 0,28 10 0 ,28 0,4 Примечание, s — толщина деталей; — ток сварки; тсо — время сварки; — усилие сжатия электродов; тп — время паузы; — скорость сварки.

Л,

!

сопротивления сжатия достаточно 30...60 МПа. Усилие сжатия более 60 МПа необходимо для задавливания усадочных литейных рыхл от, газовой пористости и выдавливания окисленного метал­ла. Такое повышенное (ковочное) усилие или усилие осадки при­кладывается в момент затвердевания места сварки.

Кроме основных параметров выделяют технологические пара­метры режима:

для стыковой сварки — установочная длина или вылет детали из губок, усилие зажатия деталей в губках, скорость оплавления и осадки, величина оплавления и осадки, степень предварительно­го подогрева;

шовной сварки — продолжительность паузы между импульса­ми, скорость сварки.

В качестве примера приведем расчет режима для разных видов сварки.

1. Определим режим точечной сварки деталей из стали 10 рав­ной толщины s = 1 мм. Усредненные теплофизические свойства стали 10 выбираем из табл. 1.1: Гсв = 1 500 °С, а = 8 • 10“6 м2/с, X = = 0,06 кВт/(м - К), р = 1,26 ■ 10~б Ом-м. Зададимся средним режимом сварки (Ап = 0,5j = 0,5 ■ 1 = 0,5 мм; Kt = 2,5; = 100; г|т = 0,3). Время

сварки точки тсв = K^shja. = 2,5 • 1 -10-3,0,5 • 10~3/(8 ' Ю“6) = 0,15 с.

Определяем ток сварки без учета тока шунтирования

Усилие сжатия электродов при диаметре рабочей части электро­да, рассчитанном по формуле </э = 2j + 3 = 2 -1 + 3 = 5 мм, его площа-

Таблица 7.4 Ориентировочные режимы стыковой сварки оплавлением низкоуглеродистых сталей d, мм ММ мм мм ^ОП» ^ и2й, В 8 13 4 1,6 2,5 3,5 10 17 3,5 2 з, з 3,8 15 25 7,5 3 4 4 20 34 10 3,5 9 4,5 35 60 15 5 25 5 Примечание, d — диаметр стержня; — установочная длина детали; 10П — длина оплавления; l0Q — длина осадки; топ — время оплавления; U2Ci — напряжение холостого хода сварочной машины.

ди F= ndl/A = 3,14 ■ 25/4 = 30 мм2 и удельной нагрузке q = 60 МПа равно Рсв = Fq = 30 ■ 60 = 1,8 кН (180 кгс).

2. Расчет импульсного режима для шовной сварки этих же деталей выполним с учетом того, что импульсная шовная сварка произ­водится на жестких режимах, поэтому в качестве исходных пара­метров по глубине проплавления и коэффициенту жесткости при-

тсв. ігеРі число периодов

нимаем hn = 0,4 мм; Kz = 1,5. Откуда время импульса тока: тси = = 1,5 ■ 1 • 10~3- 0,4- 10“У(8 • 10"6) = 0,08 с. Время паузы принимаем равным времени импульса, т. е. 0,08 с. Приняв Кс = 150 и т|т = 0,35, определим сварочный ток

Ток шунтирования принимаем /ш = 0,2/св = 0,2 ■ 10 500 = 2 100 А. Расчетный вторичный ток /2Р = /св + /ш = 10 500 + 2 100 = 12600 А.

Скорость роликовой сварки при шаге между точками t = 2,6 мм и времени цикла тц = 0,16 с определяется по формуле

v = 60?/т„ = 60-2,6-10 3/0,16 = 1 м/мин.

3. Расчет режима для стыковой сварки прутков из стали 10 диа­метром 15 мм выполним для мягкого режима. Технологические параметры режима берутся из табл. 7.4, а необходимое вторичное напряжение холостого хода уточняется следующим образом. Вна­чале, задавая ре]) = 8 ■ 10"6 Ом-м в контакте между деталями, вели­чину проплавления в один пруток 3,5 мм, Кс = 30 (мягкий режим) и пт = 0,25, определим сварочный ток

Затем уточним вторичное напряжение по известному выраже­нию (А = 4,2^. Так как при стыковой сварке оплавлением Р2» %і> то ZCB s R2 = рср/(2Л„). Отсюда

U2 - 7 300 - 8 -10-6/(2 • 3,5 • 10“3) = 8,3 В.

На практике, зная толщину и материал деталей, режим сварки определяют по таблицам (табл. 7.2—7.4) или номограммам (рис. 7.1), разработанным для основных групп сплавов и металлов: низкоуг­леродистых, среднеуглеродистых и низколегированных сталей, легированных сталей и сплавов, титановых, алюминиевых и маг­ниевых сплавов.

7.3. СВАРИВАЕМОСТЬ МАТЕРИАЛОВ ПРИ КОНТАКТНОЙ

СВАРКЕ

По свариваемости контактной сваркой все сплавы и металлы объединяют в восемь групп.

1. Низкоуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,15 % (марок 08кп, 08Ю и др.) успешно свариваются всеми способами контактной сварки во всем диапазоне параметров режима. При
сварке деталей толщиной более 2 мм для предотвращения усадоч­ных раковин требуется проковка. При средних режимах сварка происходит в следующем диапазоне параметров:

/* = 8s, кА; т* = 0,2s, с; Я* = 1 500s, Н,

где s — толщина более тонкой детали, мм.

2. Среднеуглеродистые и низколегированные стали с содержани­ем углерода 0,25 — 0,45% и с суммарным содержанием присадок (Mn, Ni, Сг, Si, Ті, Nb, W, Mo) до 2,5 % склонны к закалке, поэтому требуют медленного нагрева и охлаждения. При этом па­раметры режима сварки сталей этой группы по сравнению с ре­жимами сварки сталей первой группы (обозначены индексом «*») выбираются в следующем соотношении:

1= /*; т = т*; Я = 2Я*.

3. Легированные и коррозионно-стойкие стали типа 12ХІ8Н10Т, ХН70Ю имеют повышенное электросопротивление и сопротив­ление деформированию, что способствует выплескам, поэтому при контактной сварке предусматривают следующие сравнитель­ные параметры режима сварки:

I=» 0,5/*; х = Зт*; Я= ЗЯ*.

4. Титановые сплавы типа ВТ5, ВТ22, ОТ4 обладают высоким удельным сопротивлением и хорошей свариваемостью всеми спо­собами контактной сварки при

I - 0,6/*; т = т*; Р=Р*.

5. Алюминиевые деформационно-упрочняемые ставы типа АМц, АМг и термоупрочняемые сплавы типа Д16Т обладают склонностью к го­рячим трещинам, в особенности сплавы типа Д16Т, поэтому свар­ку деталей из таких сплавов производят с ковочным сжатием в конце цикла сварки Я= 5Я*. Так как эти сплавы отличаются малым удельным сопротивлением и высокой температуропроводностью, то их сваривают на жестких режимах:

/ = 4 /*; т = 0,5т*; Я=Я*.

Для термоупрочняемых сплавов в конце сварки прикладывают ковочное усилие, равное трем сварочным. Большая газонасыщен - ность поверхностей детали требует их удаления непосредственно перед сваркой или во время сварки с использованием ультразвука. Стойкость электродов при сварке алюминиевых сплавов не превы­шает I 000 точек.

6. Магниевые сплавы типа MAI, МА13, как и алюминиевые спла­вы, свариваются на жестких режимах. Стойкость электродов ниже, чем при сварке алюминиевых сплавов.

7. Медные сплавы (бронзы, латуни) сваривают на жестких ре­жимах:

/ = 4/*; т = 0,5т*; 7> = Р*.

Для концентрации теплоты в детали под электроды подклады­вают тугоплавкую нетеплопроводящую фольгу, например из ста­ли Х18Н9Т. Требуется обязательная защита от брызг и попадания оксидов меди в окружающую атмосферу. В этом случае обязатель­на принудительная вытяжка.

8. Тугоплавкие сплавы, содержащие в большом количестве Сг, V, Mo, Nb, W, температура плавления которых выше 1 875 °С, сваривают на жестких режимах или режимах, близких к сварке титановых сплавов с использованием защитных или нейтральных сред. Стойкость электродов ниже по сравнению со стойкостью элек­тродов при сварке магниевых сплавов. Стойкость электродов по­вышают применением подкладок из никеля, ниобия или исполь­зуя сварку по рельефу.