К основным параметрам режима точечной, рельефной и шовной сварки относят силу сварочного тока /са, усилие сжатия FCB и время импульса /св. Для точечной и шовной сварки важное значе­ние имеют размеры рабочей поверхности электрода. Для шовной сварки к основным параметрам относят еще и режим прерывания (время импульса /св и пауза f„) и скорость сварки vCB. Для каждого из этих способов есть еще ряд дополнительных параметров, обуслов­ленных особенностями применяемых циклов.

Применяемые для точечной сварки циклы показаны на рис. 59, а на рис. 60 приведены возможные импульсы сварочного тока на машинах различного типа. В зависимости от материала, его толщины, применяемого оборудования выбирают соответствующий цикл. Для сварки металлов относительно небольшой толщины (до 3 мм) не тре­буется повышенное усилие проковки. Для металлов меньшей тол­щины, но с особой склонностью к трещинам проковку применяют.

с — с постоянным усилием н одним импульсом СИЛЫ Тока; б — с постоянным усилием ■ несколькимн импульсами силы тока, которые могут быть разными по величине; в — то же, с нарастанием и спадом силы тока (модулированный импульс); г — с проковкой увели­ченным усилием FK; д — с предварительным обжатием и проковкой увеличенным усилием; $ —■ СО ступенчатым увеличением /■'gp и проковкой увеличенным усилием

Рис. Ш. Импульсы сварочного тока: а — полнофазного переменного тока; б — переменного тока с плавным регулированием; в — переменного тока с прерыванием; г — переменного тока с нарастанием и спадом; д — низкочастотного; е — конденсаторного; ж — постоянного тока

Время приложения усилия проковки Fl( должно быть с небольшим запаздыванием /„ = 0,02-5-0,18 с. При запаздывании проковки на большее время металл успевает закристаллизоваться с образова­нием трещин. При ранней проковке увеличиваются пластические де­формации и появляются глубокие вмятины. Проковка кроме предот­вращения образования трещин устраняет усадочные дефекты в ли­том ядре, снижает общую деформацию изделия и существенно повы­шает усталостную прочность соединения.

При сварке деталей большой толщины (5 мм и более) для снижения н стабилизации контактного сопротивления применяют предваритель­ное обжатие повышенным усилием. Одновременно это уменьшает сборочные зазоры.

Для рельефной сварки применяют циклы, показанные на рис. 60, а—е. Шовную сварку можно осуществить непрерывным вра­щением роликов при постоянном усилии сжатия. Сварочный ток про­текает непрерывно или включается отдельными импульсами (см. рис. 60, а, в). Легкие сплавы сваривают при шаговом вращении ро­ликов. В момент пропускания сварочного тока вращение роликов останавливают, что способствует лучшему охлаждению роликов и детали, а в необходимых случаях позволяет прилагать ковочное уси­лие. Стойкость роликов существенно возрастает. Иногда на шовных машинах ■ выполняют шовно-точечную сварку с большим шагом без перекрытия литых ядер. При этом способе ролики машины плотно прижимают металл в течение всего процесса сварки. Шаг между точками выдерживается постоянным, точки располагаются на одной линии, что улучшает декоративный вид соединения.

Для получения хорошего качества сварки важно правильно выб­рать оптимальные параметры режима сварки. Исходными данными для выбора режима служат свойства и толщина металла, подготовка его поверхности, возможности сварочного оборудования и требова­ния к качеству. Параметры режима выбирают по таблицам, номо­граммам, рассчитывают или устанавливают опытным путем. Выбран*

ные или расчетные режимы про­веряют и уточняют для конкрет­ных условий.

Применяемые режимы условно разделяют на несколько групп по их жесткости. В основе такого деления лежит плотность тока на контактной поверхности и продол­жительность импульса. Большое значение плотности тока и мень­шая продолжительность импульса соответствуют более жестким режи­мам. Такое условное определение жесткости режима по принятым значениям плотности тока возмож­но для деталей, изготовленных из одного материала и одной тол­щины.

Режимы назначают по металлам и толщине. Металлы обычно раз­бивают на несколько групп: низко­углеродистые, среднеуглеродистые и низколегированные стали, слож­нолегированные стали, титановые сплавы, легкие металлы и др.

Самый распространенный ма­териал для изготовления шгампо - сварных. конструкций — низко­углеродистая тонколистовая каче­ственная конструкционная сталь марки 08кп, 08Ю и другие с содер­жанием углерода до 0,15 %. Этот металл обладает хорошей свари­ваемостью. Плотность тока и да­вление на контактной поверхности электродов колеблются в широких пределах соответственно 80—

600 А/мм2 и 50-120 МПа.

На практике для сварки этих металлов обычно используют же­сткие режимы с плотностью тока 200 А/мм2 и выше. Некоторые предприятия применяют несколько вариантов режимов, что опреде­ляется конкретными условиями. В табл. 5 даны несколько вариан­тов режима, получивших рас­пространение в автомобильной промышленности. Использование

жестких режимов обеспечивает большую производительность, умень­шение деформации, повышение работоспособности соединений при переменных нагрузках, уменьшение расхода энергии, но при этом требуется улучшение подготовки поверхности деталей и сборки.

Среднеуглеродистые и некоторые низколегированные стали (на­пример, ЗОХГСА) склонны к закалке. Смягчение режимов сварки предупреждает образование закалочных структур. При мягких режимах увеличивается тепловложение и снижается скорость охлаж­дения. Однако это приводит к увеличению остаточных деформаций и снижению производительности. Более целесообразно применять двухимпульсные режимы, в которых второй импульс производится меньшим током и замедляет скорость охлаждения. Время паузы /п между импульсом сварки tca и импульсом термической обработки составляет tn = (1,1 -*-1,4) tCB. Длительность второго импульса для термической обработки (т. о = (1,5-И,8) tCB, а сила тока /т 0 = = (0,7+0,8) /св.

Эги материалы более прочны в нагретом состоянии и требуют уве­личения усилия сжатия на 15—20 %. В табл. 6 приведены рекомен­дованные режимы точечной сварки некоторых марок закаливающих сталей с термической обработкой в электродах машины.

При сварке высоколегированных, коррозионно-стойких и жаро­прочных сталей, отличающихся повышенным электрическим сопротив­лением, снижают сварочный ток на 35—50 % по сравнению со свар­кой низкоуглеродистых сталей. Усилие же сжатия увеличивают в 1,5—2 раза. Для этих сталей полезно обеспечение нарастания пе­реднего фронта импульса сварочного тока. В табл. 7 приведены ре­жимы точечной сварки для материалов этой группы.

Титановые сплавы по свойствам приближаются к коррозионно - стойким сталям предыдущей группы. Сварочный ток ниже на 30— 40 % по сравнению с низкоуглеродистыми сталями вследствие низ­кой их теплопроводности и электропроводимости. Однако их сравни-

Табліша 6 Режимы точечной сварки закаливающихся сталей ЗОХГСА, 12Г2А, 23Х2НВФА, 40ХНМА, 25ХСНВФА Толщи­на каж­дой де­тали* мм Сварка Продол- житель- ность паузы, с Термическая обработка Усилие на электродах, даН Сила сварочного тока, кА Продолжи­тельность сварочного тока, с Сила тока отпуска, кА Продолжи­тельность тока отпу­ска, с 0,5 5—6 0,32—0,4 0,3—0,5 4—5 0,5—0,6 200—300 0,8 5,5—6,2 0,36—0,44 0,4—0,6 4,5—5,2 0,6—0,74 250—350 1 6,2—6,7 0,42—0,5 0,6—0,7 4,8-5,5 0,68—0,78 400—500 1,5 8,7—9,2 0,56-0,64 0,8—1,1 6,2—7,4 0,86—0,96 600—800 2 10—11 0,74—0,84 1-1,4 7—8 1,1-1.3 800—1000 2.5 11.5—12,5 1-1,1 1.1-1,5 8—9 1,3—1,9 1000—1200 3 13—14 1,2—1,4 1,3—1,6 9—10 1,8-2.2 1100—1400

трльно низкая жаропрочность Т* блица 7

не требует увеличения fc„.

Многочисленную группу легких алюминиегых сплагов сваривают точечной сваркой на весьма жестких режи­мах. Сварочный ток по срав­нению со сварочным током при сварке низкоуглеродис­тых сталей увеличивают в 3—

5 раз. Параметры режима при сварке этих материалов за­висят от термической обра­ботки сплава. Термообрабо­танные сплавы обычно скло­нны к горячим трещинам в ядре. Эффективным сред­ством для предупреждения такого дефекта является проковка F„ с повышенным усилием. К этой же группе относят магниевые сплавы, которые в отличие от алюминиевых имеют повышению пла­стичность, поэтому их сваривают с меньшими усилиями сжатия.

Ориентировочные режимы сварки этих материалов приведены габл. 8.

Сплавы на медной основе также отличаются высокой теплопро - гпдноетью, электропроводимостью и пластичностью. Жесткость ре­жима сварки повышается по мере увеличения этих показателей. Сварочные усилия выбирают так же, как при сварке низкоуглеро­дистых сталей. Чистую медь вследствие высокой теплопроводности и электропроводимости сваривают со сквозным проплавлением.

Таблица 8 Режимы точечной сварки легких сплавов Сила свароч­ ного тока. кА Усили ДаН Сплав Толщина каждой детали, нм Продолжи­тельность сварочиого импульса, с на элек­тродах а о х о о.* С * Время проков­ки, с Алюминиевые сплавы. ДІЄМ, Д19А1, 1 * 35 0,06 300 — — АМц, АМг 3 •• 70 0,16 820 1900 0,04 Магниевые сплавы: MAI, МА2, МА8, 1 * 30 0,04 250 — — МА2-1 3 *• 48 0,14 630 2000 0,06 * Для циклов, приведенных на рнс. 59, а, и электродов со сфериче­ской формой поверхности радиусом /?эл = 75 мм. * Для циклов, приведенных на рнс ской формой поверхности радиусом RPJl = . 59,г, и электродов со сфернче - = 150 мм.

Чтобы электроды не приварились к поверхности меди и для умень­шения отвода теплоты применяют тепловой экран в виде тонкой фольги из коррозионно-стойкой стали, которую прокладывают между электродами и поверхностью детали. Иногда применяют электроды со вставками из вольфрама или молибдена, что также уменьшает отвод теплоты в электроды. Химически активные тугоплавкие ме­таллы (W, Ло н др.) имеют высокие температуру плавления, тепло­проводность и электропроводимость. Эти свойства существенно осложняют их точечную сварку. Температура на их поверхности достигает (0,5-^0,6) Гпл, что приводит к оплавлению электродов на медной основе. Для сварки применяют многоимпульсный режим, снижающий температуру нагрева рабочей поверхности электрода.

Сварка пакета различных металлов осложняется их различными физическими и химическими свойствами. В результате интёнсивного перемешивания расплавленного металла в литом ядре образуется металл нового химического состава. Если у свариваемых металлов различны теплопроводность и электропроводимость, то литое ядро смещается в сторону детали с меньшими значениями этих показа­телей. В таких случаях симметрию можно восстановить, регулируя отвод теплоты в электроды путем изменения диаметра рабочей по­верхности электрода и подбирая материал электрода с соответству­ющей теплопроводностью и электропроводимостью.

Однако хорошая свариваемость разнородных металлов не всегда возможна, особенно при резком различии их свойств. При сварке стали с алюминием возникают хрупкие интерметаллидные фазы железа с алюминием, значительно снижающие механические показа­тели. При применении оцинкованных листов прочность соединения существенно возрастает, так как легирование расплавленного алю­миния цинком изменяет условия образования. хрупких фаз. Для улучшения свариваемости разнородных сталей иногда целесообразно введение в контакт между деталью и электродами стальных про­кладок (экранов), которые являются дополнительными источниками теплоты и одновременно уменьшают отвод теплоты в электроды.

Сварка деталей неравной толщины — частый случай в прак­тике. По сравнению со сваркой деталей одинаковой толщины при сварке деталей разной толщины усиливается поток теплоты в элек­трод со стороны более тонкой детали. На периферии контакта между деталями увеличивается плотность тока (рис. 61). Все это приводит к смещению литого ядра относительно плоскости соединения деталей в деталь большей толщины (рис. 61, в). Проплавление тонкой детали уменьшается, что может привести к полному непровару. Это про­является при отношении толщин более 1 : 3 для стальных деталей и 1 : 2 для деталей из легких сплавов. Для предупреждения смещения литого ядра в деталь большей толщины можно использовать различ­ные способы повышения температуры нагрева тонкой детали. На практике для сварки таких соединений применяют жесткие режимы. Электрод, находящийся в контакте с тонкой деталью, изготовляют с меньшей контактной поверхностью, а электродный металл с мень­шей теплопроводностью. В результате снижается отвод теплоты

в электрод от тонкой детали. Иногда выполняют рельефы, которые увеличивают и стабилизируют плотность тока в контакте между деталями. Стабилизации расположения литого ядра способствует применение тепловых экранов между тонкой деталью и электродами. Они служат надежной преградой на пути отвода теплоты в электрод. Изменяя толщину и металл экранов, можно смещать зону распла­вления в требуемых пределах. Обычно используют сменные экраны из менее теплопроводного металла небольшой толщины (0,05— 0,15 мм). Этот металл не должен свариваться с основным металлом.

Материалы с защитными покрытиями широко используют в штампо-сварных конструкциях. Для покрытия используют цинк, свинец, олово, алюминий, хром и др. Покрытие изменяет контактное и общее сопротивление в месте сварки, следовательно, меняются и условия нагрева. Если при сварке непокрытых сталей сопротивле­ние Дя. а после кратковременного спада несколько возрастает и достигает максимума в момент расплавления ядра, то при сварке металла с относительно легкоплавкими покрытиями максимальное сопротивление устанавливается позднее и имеет меньшее значение. Это объясняется большими размерами площади контакта электрод — деталь и особенно деталь — деталь. Для сварки таких материалов необходимо соответственно изменять параметры режима сварки.

Условия работы электродов при сварке материалов с покрытиями ухудшаются, так как металл покрытия частично переходит на по­верхность электрода, плакируя ее, окисляясь и образуя новые сплавы. Механизм разрушения и переноса особенно легкоплавких покрытий — комплексный процесс, состоящий из холодного и горя­чего схватывания, термодиффузии, электропереноса и сублимации. Все это существенно увеличивает сопротивление в контакте элек­трод — деталь, приводит к частой зачистке рабочей поверхности электрода и снижает их стойкость.

В автомобилестроении и других отраслях промышленности при­меняют оцинкованную низкоуглеродистую сталь. Для ее сварки используют жесткие режимы сварки, увеличивая сварочный ток до 20 %, усилия на электродах до 40 °6 и продолжительность импульса сварочного тока до 90 % по сравнению с режимами сварки непокры­той стали. Для сохранения покрытия в месте контакт^ с электродами существенно увеличивают длительность проковки после выключения

сварочного тока. В этот момент слой цинка, расплавленный при сварке, застывает и в меньшем количестве переходит на контактную поверхность электродов. При сварке оцинкованных сталей лучшую стойкость имеют электроды из сплава БрХЦр. Важно обеспечить интенсивное охлаждение электродов, что достигается при расходе воды не менее 7 л/мин. , ,

При сварке хромированных и никелированных сталей в месте контакта возникает несколько увеличенное электрическое сопроти­вление. Сваривают также стали на жестких режимах, увеличивая время прохождения тока и усилие сжатия на 20—25 % по сравнению с этими же параметрами при сварке непокрытых сталей.

Для придания поверхности свариваемых деталей антикорро­зионных свойств часто применяют неметаллические покрытия: за­щитные лаки, смеси лаков с металлическим порошком, фосфатные покрытия, полученные методом электроосаждения и различные клен. Покрытия такого типа — непроводники электричества, по­этом} они должны быть выдавлены из места контакта под действием усилия при сварке. Их выдавливание для обеспечения металличе­ского контакта зависит от вязкости покрытия, шероховатости по­верхности и скорости нарастания усилия сжатия. При предвари­тельном нанесении этих покрытий сварку выполняют тогда, когда еще сохраняется достаточная их вязкость. При применении в каче­стве наполнителей металлических порошков (цинка или алюминия) создание металлического контакта возможно при меньшей вязкости покрытия. Для лучшего выдавливания покрытия увеличивают сва­рочное усилие на 10—20 % и снижают ток на 10—15 %. При сварке по покрытию происходит частичное их испарение, поэтому необхо­димо применение местной вытяжки и усиление общей вентиляции.

В штампо-сварных конструкциях применяют и клеесварные со­единения. Клей одновременно повышает антикоррозионные свойства, придает герметичность точечным соединениям и существенно по­вышает их прочность, особенно при динамичном нагружении. Сварку выполняют по клею до его полимеризации. Клён при этом выдавли­вается из места сварки. Можно наносить клей и после сварки спе­циальным шприцем. Под действием капиллярных сил покрытие проникает в зазор и надежно герметизирует его.

Сварка деталей малой толщины (0,01—0,6 мм) характеризуется незначительным усилием сжатия и относительно малой продолжи­тельностью сварочного импульса. С уменьшением толщины сни­жается усилие сжатия и контактные сопротивления возрастают. Поэтому усиливается чувствительность процесса к состоянию по­верхности детали. Стойкость электродов значительно снижается. Точечная и шовная сварка ведется на жестких режимах. Рабочая поверхность электродов сферическая.

Сварка деталей большой толщины (более 10 мм) затрудняется значительной жесткостью деталей, низкой стойкостью электродов при большой продолжительности импульса сварки. Для сварки используют мощные трехфазные машины. Циклы сварки применяют с повышением усилия сжатия и проковки и с модуляцией переднего

фронта импульсов нагрева. Для снижения температуры нагрева электродов с целью повышения их стойкости применяют много­импульсную сварку. Во время пауз элек­троды интенсивно охлаждаются вследствие более высокой теплопроводности их мате­риала.

Сварка пакета из трех и более деталей.

При сварке пакета необходимо иметь литое ядро, которое обеспечивает проплавление всех деталей вне зависимости от соотношения толщин (рис. 62). Режимы сварки применяют жесткие. Параметры режима подбирают по той толщине, которая находится в соприкосновении с электродами. В пределах соотношения толщин I : 3 качество сварки получается вполне удовлетворительным, однако стабильные результаты опре­деляются хорошей подготовкой поверхности и сборкой с минималь­ными зазорами.

Точечная сварка на лицевых поверхностях. При этом стремятся снизить пластические деформации с одной стороны детали («бес­следная» сварка), что достигается увеличением площади одного из электродов. Необходимая для сварки плотность тока создается электродом с нормальными размерами его рабочей поверхности. Режим сварки выбирают по возможности большей жесткости.

При сварке деталей с закрытыми сечениями применяют косвен­ный токоподвод (рис. 63, о, б). Сварочный ток к месту сварки под­водится с одной стороны через электрод с рабочей поверхностью нормальных размеров, а с другой — через деталь со смещенным контактом. В этих случаях необходима достаточная жесткость нижней детали, создающей опору. Параметры режима сварки для таких случаев подбирают экспериментально. Лучшие результаты дают более жесткие режимы. В случае, показанном на рнс. 63, в, применяют те же режимы, что и для нормальной двусторонней сварки. Для создания необходимого контакта с ннжней деталью прилагается усилие которое по значенню равно FCB.

Шунтирование тока. При двусторонней точечной и шовной сварке часть вторичного тока может протекать (шунтироваться) вне зоны сварки. Чаще всего он проходит через ранее сваренные точки (рис. 64, а, б) или через случайные контакты между деталями или между деталью и боковой (не рабочей) поверхностью электрода. Шунтирование приводит к искажению формы и уменьшению разме­ров литого ядра точки (рис. 64, в). Отрицательное влияние шунти­рования увеличивается с уменьшением шага между точками.

Ток шунтирования через ранее сваренную точку можно рассчи­тать по формуле

Ли = ^2 (Rj. е,/£ш),

где Лэ. э — активное сопротивление в месте сварки; Z, u — общее сопротивление шунта, близкое к активному сопротивлению Rm при большой плотности тока; /, — ток во вторичном контуре /, = = /Св + /ш; ^св — сварочный ток, проходящий через точку.

При условии Rm ~ Zm ИМЄЄМ

Rm = R'ui (Pt/b),

где Rm — относительное сопротивление, зависящее от безразмерных параметров tmfd„ и tmlb Ли — шаг между точками; р4 — среднее удельное сопротивление шунта; b — ширина листа.

Токи шунтирования значительно снижаются к концу процесса сварки, так как нагрев металла этим током повышает сопротивление шунтирующей ветви. При шовной сварке шаг между точками мал, однако для компенсации токов шунтирования достаточно увеличение тока на 15—25 % по сравнению с его значением при точечной сварке. Сравнительное небольшое увеличение тока определяется значитель­ным нагревом металла в шунтирующей цепи. В режимах сварки

Рис. 65. Схемы односторонней сварки со схемами замещения

обычно приводят значения силы тока с учетом токов шунтирования, возникающих при минимальном шаге между точками. При расчетах режимов сварки учитывают и токи шунтирования.

Односторонняя сварка выполняется по нескольким схемам (рис. 65). Сварочный трансформатор располагается с одной стороны детали (рис. 65, а—в) или с двух ее сторон (рис. 65, г). Вторичный контур имеет небольшие размеры, что значительно снижает мощ­ность. При односторонней сварке двух точек увеличивается произ­водительность машины (рис. 65, а). Ток вторичного контура I, под электродами разветвляется на две части: одна идет через контакт между свариваемыми деталями /св, а другая, минуя место сварки, проходит по верхней детали /ш. Это увеличивает плотность тока на рабочей поверхности верхних электродов. При небольшом шаге между точками возможен перегрев металла между электродами, выплеск металла и подплавленне поверхности. Стойкость элек­тродов значительно снижается. Эту схему мало применяют на. практике.

Токи шунтирования через верхний лист значительно снижаются, если сварка ведется на токоведущей опоре (см. рис. 65, в). Этот способ широко используют для сварки деталей из низкоуглеродистых сталей толщиной до 1,3 мм. При сварке деталей большей толщины применяют схему двустороннего токоподвода с односторонним рас­положением сварочного трансформатора (см. рис. 65, б) или схему двустороннего токоподвода от спаренных трансформаторов (см. рис. 65, г). В первой из них отсутствуют токи шунтирования, через верхний лист, а во второй существенно снижаются. При односторон­нем токоподводе по схемам, показанным на рис. 65, а, в, условия сварки существенно изменяются в зависимости от сочетания деталей разной толщины и их расположения по отношению к контуру сва­рочного трансформатора. Если тонкая деталь находится сверху пакета, токи шунтирования снижаются, если снизу — увеличи­ваются.

При выборе или расчете режимов по схемам, показан­ным на рис. 65, в и г, учиты­вают токи шунтирования. В этих случаях сварочный ток в кон­туре 1г удобно определять по кривым, приведенным на рис. 66, в зависимости от шага между точками и по схеме подвода тока. Наиболее простая схема расчета следующая: расчет или выбор режимов двусторонней сварки, определение по кривым соотношения У2//сВ. определе­ние тока в контуре /г, про­верка плотности тока в кон­такте электрод — деталь (не выше 500 А/мм2). При получе­нии плотности тока выше до­пустимой следует повторить расчет, приняв более мягкий режим, добиваясь получения оптимальной плотности тока.

Перед практическим ис­пользованием режимов сварки необходимо экспериментально проверить достигнутое каче­ство соединения и стабиль­

ность процесса. Применение модулированного сварочного тока снижает вероятность выплесков металла, что целесообразно при этом процессе. Отрицательные явления шунтирования при одно­стороннем подводе тока в значительной степени зависят от элек­тропроводимости металла детали. При увеличении этого показа­теля шунтирование снижается, и наоборот. Алюминиевые и магни­евые сплавы, обладающие низким электросопротивлением при одно­стороннем расположении трансформатора, можно сваривать только по схеме, показанной на рис. 65, 6, при двустороннем подводе тока.