Контактная сварка

Контактная сварка

Контактная сварка является основным видом сварки давлением термомеханического класса. Она осуществляется с применением давления и нагрева места сварки проходящим через заготовки электрическим током. Основными видами контактной сварки являются стыковая, точечная, шовная.

Свариваемые заготовки (3), закреплены в зажимах (электродах) (2) стыковой машины, сжимаются осевой шиной Р. Электроды подключены к сварочному трансформатору (5), при включении которого через заготовки протекает варочный ток. Он нагревает заготовки, причём наибольшее количество теплоты выделяется в месте контакта (6) (отсюда название способа) между заготовками, так как сопротивление контакта является наибольшим во вторичной цепи и вот почему: действительное сечение контакта значительно меньше сечения заготовок за счёт касания заготовок только по выступам поверхностей; на поверхности металла имеются плёнки оксидов и загрязнений с малой электропроводимостью.

Количество теплоты Q (Дж) определяется законом Джоуля-Ленца:

Q = I² Rt,

где I – сварочный ток, А; R – сопротивление контакта, Ом; t – время протекания тока, с.

Нагрев металла приводит к повышению его пластичности. В результате под действием осевой силы происходит пластическая деформация. Микронеровности поверхности снимаются, плёнки разрушаются, поверхностные атомы сближаются до расстояний, соизмеримых с параметром кристаллической решётки, что обеспечивает возможность образования межатомных связей.

Контактная сварка осуществляется без расплавления металла. Стыковую сварку с разогревом стыка до пластичного состояния называют сваркой сопротивления, стыковую сварку с разогревом стыка до плавления – сваркой оплавлением.

При сварке сопротивлением заготовки сначала сжимают усилием, обеспечивающим образование физического контакта свариваемых поверхностей, а затем пропускают сварочный ток. После разогрева места сварки происходит осадка и образуется соединение в твёрдой фазе. Для обеспечения равномерного нагрева по всему сечению поверхности заготовок тщательно подготовляют.

Сущность сварки оплавлением заключается в том, что свариваемые заготовки сближают при включённом сварочном трансформаторе. Касание поверхностей происходит по отдельным выступам. Ввиду того, что площадь образовавшихся контактов очень небольшая, плотность тока, протекающего через эти контакты, настолько велика, что происходит мгновенное оплавление металла с образованием жидких перемычек, которые под действием паров металла разрушаются. Часть металла в виде искр выбрасывается из стыка. Вместе с жидким металлом выбрасываются загрязнения, которые присутствуют на поверхности заготовок.

Сварка оплавлением может быть прерывистая и непрерывная. При прерывистом оплавлении заготовки под током приводят в соприкосновение и вновь разводят. Образующийся при разведении электрический заряд между торцами заготовок оплавляет их. После нескольких повторных замыканий на торцах образуется слой жидкого металла. При включении механизма осадки жидкий металл выдавливается из стыка, торцы приходят в соприкосновение, и образуется сварное соединение.

Сварка оплавлением имеет преимущества перед сваркой сопротивлением: торцы заготовок перед сваркой не требуют тщательной подготовки, можно сваривать заготовки с сечением сложной формы и большой площадью, а так же разнородные металлы.

Стыковую сварку оплавлением применяют для соединения заготовок сечением до 100 000 мм². Типичными изделиями являются элементы трубчатых конструкций, колёса, кольца, рельсы, железобетонная арматура, листы, трубы.

Точечную сварку применяют преимущественно при соединении листовых заготовок. Свариваемые заготовки собирают внахлёстку, сжимают между двумя медными электродами и пропускают электрический ток (от сварочного трансформатора). При протекании тока выделяется теплота в заготовках и электродах. В связи с тем, что наибольшим электрическим сопротивлением обладает контакт между заготовкой электроды, как правило, охлаждаются водой и отводят теплоту с поверхности заготовок, происходит интенсивный нагрев металла только в месте контакта. Здесь металл расплавляется и появляется жидкое ядро, которое затвердевает после выключения сварочного тока, образуя сварную точку.

Режим точечной сварки может быть мягким и жёстким. Мягкий режим характеризуется плавным нагревом заготовок сравнительно небольшим током. Время протекания тока обычно 0,5-3 с. Мягкие режимы применяют для сварки сталей, склонных к закалке.

Жёсткие режимы осуществляют при малой продолжительности (0,1-1,5) тока относительно большой силы. Давление электродов также большое. Эти режимы применяют при сварке алюминиевых и медных сплавов, обладающих высокой теплопроводностью, а также высоколегированных сталей с целью сохранения коррозионной стойкости: на мягких режимах возможно объединение металла хромом за счёт образования карбидов хрома.

Точечную сварку используют для изготовления штампосварных конструкций. Толщина свариваемых металлов в среднем составляет 0,5-0,8 мм.

Шовную сварку выполняют непрерывным швом вращающимися дисковыми электродами. Заготовки (1), как при точечной сварке, собирают внахлёстку и сжимают между электродами (2), которые выполнены в виде роликов. Они передают усилие заготовкам, осуществляют подвод тока и перемещение заготовок. При движении заготовок между роликами образуются перекрывающие друг друга сварные точки, в результате чего получаются сплошной геометрический шов (3).

Шовную сварку можно осуществлять при одностороннем и двустороннем положении электродов.

Шовную сварку выполняют с непрерывным включением тока, с прерывистым включением тока, а также, впрочем, весьма редко, с прерывистым вращением роликов и остановкой их в момент включения сварочного тока.

Шовную сварку применяют при изготовлении различных ёмкостей с толщиной стенки 0,3-3 мм, где требуются герметичные швы – бензобаки, трубы, бочки, сильфоны и др.