Точечная контактная сварка реферат

Обновлено: 09.01.2025

Контактная сварка - это процесс образования соединения в результате нагрева металла проходящим через него электрическим током и пластической деформации зоны соединения под действием сжимающего усилия.
Преимущества контактной сварки перед другими способами:
• Высокая производительность (время сварки одной точки или стыка составляет 0,02.. 1,0 с)
• Малый расход вспомогательных материалов (воды, воздуха)
• Высокое качество и надежность сварных соединений при небольшом числе управляемых параметров режима, что снижает требования к квалификации сварщика
• Это экологически чистый процесс, легко поддающийся механизации и автоматизации.

Прикрепленные файлы: 1 файл

Контактная сварка.docx

Преимущества контактной сварки перед другими способами:

Высокая производительность (время сварки одной точки или стыка составляет 0,02.. 1,0 с)
Малый расход вспомогательных материалов (воды, воздуха)
Высокое качество и надежность сварных соединений при небольшом числе управляемых параметров режима, что снижает требования к квалификации сварщика
Это экологически чистый процесс, легко поддающийся механизации и автоматизации

Основные способы контактной сварки - это точечная, шовная ( роликовая) и стыковая сварка.

Стыковая контактная сварка

Стыковая контактная сварка заключается в том, что соединение свариваемых деталей происходит по всей поверхности стыкуемых торцов. При этом сварка может быть выполнена сопротивлением и оплавлением непрерывным или прерывистым (рис. 3).

Рис. 3. Схема стыковой контактной сварки:
1 — свариваемые детали; 2 — электроды; 3 — неподвижная контактная пластина; 4— подвижная контактная пластина

Сварка сопротивлением. При этом виде сварки обработанные поверхности двух деталей для сварки плотно прижимают и включают сварочный ток. При нагреве стыкуемых поверхностей до пластического состояния производят осадку (сжатие) и одновременно выключают ток. Таким способом можно сваривать детали из низкоуглеродистой стали круглого или прямоугольного сечения площадью до 1000 мм 2 и легированной стали площадью до 20 мм 2 . Также этим способом можно сваривать цветные металлы и их сплавы, разнородные металлы — сталь с медью, латунь с медью и различные сорта сталей.

Сварка сопротивлением не получила широкого применения, так как требуется высокая чистота свариваемых поверхностей и строгий контроль температуры нагрева.

Сварка непрерывным оплавлением . При этом способе сварки детали, закрепленные в зажимах на машине, приводят в соприкосновение плавным перемещением подвижного зажима при включенном сварочном токе, и происходит оплавление свариваемых торцов деталей. После этого производят осадку на определенную величину и отключают ток.

Достоинством этого способа сва рки является высокая производительность, недостатком — потери металла на угар и разбрызгивание.

Сварка таким способом применяется при соединении тонкостенных труб, листов, рельсов, разнородных металлов.

Сварка прерывистым оплавлением . При этом способе сварки производится чередование плотного и неплотного контакта свариваемых поверхностей при включенном сварочном токе. Происходят небольшие возвратно-поступательные движения подвижного зажима, которые периодически замыкают сварочную цепь в месте контакта деталей до тех пор, пока торцы их не нагреются до температуры 800. 900 °С. После этого — оплавление и осадка. Прерывистым оплавлением сваривают низкоуглеродистые стали при недостаточной мощности машины для сварки непрерывным оплавлением.

Подготовка к сварке. Она зависит от принятого способа сварки.

Сварка сопротивлением требует высокой точности обработки свариваемых поверхностей и их плотности прилегания. При перекосах и зазорах в соединениях происходит неравномерный прогрев деталей, образование окислов и снижение качества сварного соединения. Допустимые отклонения размеров стыкуемых поверхностей вдоль оси: круглого сечения — не более 2%, прямоугольного сечения — не более 1,5%. При этом свариваемые торцы деталей подвергают механической или химической очистке.

Поверхности соприкосновения деталей с зажимным устройством машины должны быть также хорошо очищены.

Установочная длина — длина конца свариваемой детали, выступающая из зажима машины. Она влияет на сварочный процесс, так как при большей установочной длине выше сопротивление контура с деталями и больше потребляемая мощность. При этом детали разогреваются на большей длине, осадка и сварка получаются некачественными.

При малой установочной длине значительная часть теплоты теряется через зажимы машины, и детали разогреваются неравномерно и недостаточно.

Установочная длина должна составлять 0,4. 0,7 диаметра заготовки или стороны квадрата.

Примерная величина установочной длины при сварке листов толщиной 2. 8 мм:

Установочная длина, мм

Припуск на сварку расходуется только на осадку и берется небольшим. Для деталей диаметром или со стороной квадрата до 50 мм он составляет 0,3. 0,5 диаметра, для деталей диаметром до 100 мм — 0,15. 0,2 диаметра.

Давление осадки. Это давление определяется по значению удельного давления и площади контакта сварки.

Удельное давление осадки составляет на автоматических машинах 40. 60 МПа/мм 2 , на неавтоматических машинах — 30. 40 МПа/мм 2 .

Электрические параметры процесса сварки зависят от материала свариваемых деталей и площади стыкуемых поверхностей.

Напряжение холостого хода составляет 1,5. 3 В, большее значение принимают для больших сечений.

Плотность тока принимается в пределах: для низкоуглеродистых сталей — 20. 60 А/мм 2 , для цветных металлов и сплавов — 60. 150 А/мм 2 .

Удельная мощность составляет: при сварке сталей сплошного сечения — 0,12. 0,15 кВ•А/мм 2 , для меди — 0,5. 1,6 кВ•А/мм 2 , для алюминия — 0,2. 0,6 кВ•А/мм 2 .

Обработка свариваемых поверхностей. Для сварки оплавлением допускается менее тщательная обработка свариваемых торцов по сравнению со сваркой сопротивлением, так как часть прилагаемого металла оплавляется. Детали под сварку оплавлением могут нарезаться прес-ножницами или кислородной резкой с очисткой от окалины и шлака. Допускаются отклонения размеров сечений: круглых — до 15%, прямоугольных — до 12%.

Припуск при сварке оплавлением расходуется на оплавление и осадку. Для углеродистых и низколегированных сталей величина припуска зависит от площади сечения свариваемого металла.

Величина припуска составляет при сечениях до 200 мм 2 примерно 60% диаметра или стороны квадрата, при сечениях более 200 мм 2 — до 50% диаметра свариваемых поверхностей. При этом нужно учитывать величину зазора между свариваемыми поверхностями.

Зазор составляет при площади сечения 100. 1000 мм 2 — 1,5. 4 мм, свыше 1000 мм 2 — до 8 мм.

При сварке оплавлением плотность сварочного тока составляет для поверхностей площадью сечения 100. 200 мм 2 — 10. 25 А/мм 2 .

Удельная мощность при сварке углеродистой стали составляет 0,04. 0,07 кВ•А/мм 2 .

Точечная контактная сварка.

При сварке этого вида соединение элементов происходит на участках, ограниченных площадью торцов электродов, которые подводят ток и передают усилие сжатия.

На рис. 4 приведена схема точечной контактной сварки. Свариваемые детали накладывают друг на друга и зажимают между электродами, присоединенными к сварочному трансформатору. При замыкании сварочной цепи происходит нагрев металла, при этом наибольшее количество теплоты выделяется на участке зажима свариваемых деталей, и металл расплавляется. После выключения тока и осадки на участке жидкого металла образуется сварная точка.

Рис. 4. Схема точечной контактной сварки:
1, 2 — электроды; 3 — свариваемые детали; 4 — медная прокладка подкладка

Подготовка поверхностей к сварке заключается в их очистке с обеих сторон от грязи, масла и окислов механически — абразивными материалами, металлической щеткой, пескоструйными аппаратами или химически травлением.

Цикл сварки включает сжатие свариваемых деталей, включение сварочного тока и его выключение, снятие усилия сжатия.

Может быть различное совмещение действия сварочного тока и давления. Усилие сжатия может увеличиваться после выключения сварочного тока. При этом происходит хорошее формирование металла и получается сварная точка повышенной прочности. Этот способ применяют для сварки изделий из низкоуглеродистой стали большой толщины.

Процесс сварки может быть выполнен при жестком и мягком режиме.

Мягкий режим характеризуется относительно малой плотностью тока (70. 160 А/мм 2 ) и большей длительностью цикла (2. 3 с) при сравнительно малом удельном давлении.

Жесткий режим характеризуется большими плотностями тока (160. 360 А/мм 2 ) и удельными давлениями и малой длительностью процесса (0,2. 1,5 с).

Диаметр электрода принимается больше суммарной толщины свариваемых листов на 3. 4 мм, диаметр сварной точки составляет 1. 1,5 диаметра электрода.

Режимы точечной сварки. Для низкоуглеродистых сталей толщиной до 4 мм, используемых в металлических конструкциях, применяют жесткий режим при плотности сварочного тока до 300. 360 А/мм 2 , продолжительности цикла сварки 0,8. 1,1 с и удельном давлении 100. 120 МПа.

При сварке алюминия и его сплавов применяют жесткие режимы при плотностях тока до 1600 А/мм 2 , удельных давлениях до 150 МПа и продолжительности цикла 0,1. 0,25 с. Свариваемые поверхности должны быть очищены от пленки окислов.

Точечная сварка применяется при изготовлении арматуры железобетонных изделий, сеток и пространственных каркасов. При этом сваривают пересекающиеся стержни или стержни, соприкасающиеся с плоскими элементами. В начальный момент соприкасаются небольшие поверхности и быстро разогреваются. Пластическая деформация металла в месте сварки приводит к увеличению площадей соприкосновения и их сварки.

Шовная контактная сварка

заключается в том, что соединение элементов осуществляется внахлестку в виде непрерывного или прерывистого шва при действии электродов в виде вращающихся роликов с подводом к ним тока и усилия сжатия (рис. 5).

Рис. 5. Схема шовной контактной сварки:
1 - контактные ролики; 2 - свариваемые детали

Возможны три способа шовной сварки: непрерывная, прерывистая с непрерывным вращением роликов и прерывистая с периодическим вращением роликов.

Непрерывная шовная сварка выполняется сплошным швом при постоянном давлении роликов на свариваемые листы и включенном сварочном токе. При этом имеют большое значение однородность химического состава металла, равномерная толщина листов и тщательная очистка свариваемых поверхностей.

При небольших нарушениях подготовки свариваемых кромок сварной шов получается низкого качества с непроварами и прожогами. Поэтому данный метод сварки не получил распространения.

Прерывистую сварку с непрерывным вращением роликов выполняют при периодическом замыкании и размыкании сварочной цепи и постоянном давлении роликов. Шов формируется в виде сварных точек, перекрывающих друг друга, и получается более высокого качества.

Прерывистую сварку с периодическим вращением роликов выполняют при замыкании сварочной цепи в момент остановки роликов (шаговая сварка), при постоянном давлении сжатия. При таком способе получается хорошее формирование сварной точки, и шов получается более качественный.

Прерывистая шовная сварка с непрерывным вращением роликов при постоянном давлении сжатия применяется для сварки резервуаров и емкостей, конструкций из листового металла.

Применяют швы с отбортовкой и внахлестку. Для листов толщиной до 1 мм ширина отбортовки до 12 мм, для листов толщиной до 2 мм — 20 мм. При соединении внахлестку ширина нахлеста составляет 10. 20 мм.

Шовная сварка может применяться для низкоуглеродистой стали и тонкой нержавеющей стали.

При суммарной толщине листов низкоуглеродистой стали до 2 мм сварку производят роликами с шириной контактной поверхности 6 мм. При этом давление сжатия до 4 кН, продолжительность импульсов тока в сварочной цепи составляет 0,04. 0,06 с, перерыв между импульсами тока — 0,02. 0,04 с, сварочный ток — 8. 16 кА, скорость сварки — 2 м/мин.

При суммарной толщине листов до 4 мм ширина контактной поверхности роликов составляет 8,5. 10 мм, давление сжатия — 6,5. 8,4 кН, продолжительность импульсов тока — 0,08. 0,12 с, перерывов — 0,06. 0,10 с; сварочный ток до 20 кА, скорость сварки — 1,4. 1,6 м/мин.

При сварке нержавеющей стали сварочный ток берется меньше указанного выше тока на 35. 40%.

Сварку листов из алюминия и его сплавов выполняют при сварочных токах 20. 40 кА, при скорости сварки не более 1 м/мин, давлении сжатия — 2,5. 5 кН, продолжительности импульсов сварочного тока, составляющей 15. 30% времени одного цикла сварки.

Машины для контактной сварки

Машины для контактной сварки бывают стационарными, передвижными и подвесными (сварочные клещи). По роду тока в сварочном контуре могут быть машины переменного или постоянного тока от импульса тока, выпрямленного в первичной цепи сварочного трансформатора или от разряда конденсатора. По способу сварки различают машины для точечной, рельефной, шовной и стыковой сварки.

Любая машина для контактной сварки состоит из электрической и механической частей, пневмо- или гидросистемы и системы водяного охлаждения (рис. 1).

Рис. 1. Типовые схемы машин для контактной точечной (а), шовной (б) и стыковой (в) сварки:
1 - трансформатор; 2 - переключатель ступеней; 3 - вторичный сварочный контур; 4 - прерыватель первичной цепи; 5 - регулятор; 6 - привод сжатия; 7- привод зажатия деталей; 8 - привод осадки деталей; 9 - привод вращения роликов; 10- аппаратура подготовки; 11 - орган включения

Электрическая часть включает в себя силовой сварочный трансформатор 1 с переключателем ступеней 2 его первичной обмотки, с помощью которого регулируют вторичное напряжение, вторичный сварочный контур 3 для подвода сварочного тока к деталям, прерыватель 4 первичной цепи сварочного трансформатора 1 и регулятор 5 цикла сварки, обеспечивающий заданную последовательность операций цикла и регулировку параметров режима сварки.

Механическая часть состоит из привода сжатия 6 точечных и шовных машин, привода 7 зажатия деталей и привода 8 осадки деталей стыковых машин. Шовные машины снабжены приводом 9 вращения роликов.

Пневмогидравлическая система состоит из аппаратуры 10 подготовки (фильтры, лубрикаторы, которые смазывают движущиеся части), регулирования (редукторы, манометры, дросселирующие клапаны) и подвода воздуха к приводу 6 (электропневматические клапаны, запорные вентили, краны, штуцера).

Система водяного охлаждения включает в себя штуцера разводящей и приемной гребенок, охлаждаемые водой полости в трансформаторе 1 и вторичном контуре 3, разводящие шланги, запорные вентили и гидравлические реле, отключающие машину, если вода отсутствует или ее мало.

Все машины снабжены органом включения 11. У точечных и шовных машин это ножная педаль с контактами, у стыковых - это комплект кнопок. С органов управления поступают команды на сжатие "С" электродов или зажатие "3" деталей, на включение "Т" и отключение "О" сварочного тока, на вращение "В" роликов, на включение "а" регулятора цикла сварки. Эти команды отрабатываются соответствующими блоками машины, обеспечивая выполнение операций цикла сварки.

Кроме универсальных применяются специальные машины, приспособленные для сварки конкретных конструкций и типов размеров изделий. Примером могут служить машины для контактной точечной сварки кузовов автомобилей, встроенные в автоматические линии, машины для стыковой сварки оплавлением продольных швов труб в прокатном производстве.

Электроды в контактной сварке

Электроды в контактной сварке служат для замыкания вторичного контура через свариваемые детали. Кроме этого при шовной сварке электроды-ролики перемещают свариваемые детали и удерживают их в процессе нагрева и осадки.

Важнейшая характеристика электродов - стойкость, способность сохранять исходную форму, размеры и свойства при нагреве рабочей поверхности до температуры 600 0 С и ударных усилиях сжатия до 5 кг/мм 2 . Электроды для точечной сварки - это быстроизнашивающийся сменный инструмент сварочной машины. Для изготовления электродов используют медь и жаропрочные медные сплавы - бронзы. Это может быть хромоциркониевая бронза БрХЦрА; кадмиевая БрКд1; хромистая БрХ; бронза, легированная никелем, титаном и бериллием БрНТБ или кремний-никелевая бронза БрКН-1-4. Последние две бронзы обладают повышенной износостойкостью, из них можно изготавливать электроды-губки стыковых машин. Материалы для электродов должны обладать также высокой электро- и теплопроводностью, чтобы их нагрев в процессе сварки был меньше. Температура разупрочнения бронз не превышает 0,5 их температуры плавления, а рабочая поверхность электрода нагревается до 0,6 Т_пл. При таких условиях электродные бронзы относительно быстро разупрочняются. Повысить износостойкость электродов можно, используя технологические факторы. Сварку алюминиевых и магниевых сплавов лучше производить на конденсаторных машинах, а не на машинах переменного тока. Вместо механической зачистки нужна химическая очистка поверхности, травление и пассивация. Расстояние l от рабочей поверхности до дна охлаждающего канала (рис. 2) не должно превышать 10. 12 мм, увеличение его до 15 мм повышает износ электрода в 2 раза. При сварке черных металлов стойкость электродов можно повысить в 3. 4 раза только за счет сферической заточки электрода и снижения темпа сварки до 40. 60 точек в минуту.

Рис. 2. Схемы электродов для точечной сварки:
а - с наружным посадочным конусом; б - колпачковых

Электрод должен иметь минимальную массу, удобно и надежно устанавливаться на сварочной машине. Диаметр D должен обеспечивать устойчивость электрода против изгиба при сжатии его усилием сварки, а также возможность захвата инструментом для снятия. Внутренний диаметр должен обеспечивать ввод трубки с охлаждающей водой и выход воды, обычно d₀ = 8 мм. Длина конусной части для крепления электрода в свече машины l₁ 32 мм. Диаметр рабочей части электрода выбирают в зависимости от толщины кромок свариваемых деталей d_э = 3S. Стойкость электродов с наружным посадочным конусом (рис. 2, а) обычно не превышает 20 000 сварок. Стойкость колпачковых электродов (рис. 2, б) с внутренним посадочным конусом достигает 100 000 сварок вследствие лучших условий охлаждения. Для сварки деталей сложной конфигурации в труднодоступных местах применяют фигурные электроды.

Электроды для рельефной сварки конструктивно приближаются к форме изделия. В простейшем случае это плиты с плоской рабочей поверхностью.

Электроды-ролики шовных машин имеют форму дисков. Ширина рабочей поверхности ролика В и его толщина Н зависят от толщины S свариваемой детали.

Токоведущие губки стыковых машин по форме и размерам должны соответствовать поперечному сечению свариваемых деталей. Длину губок выбирают такой, чтобы обеспечить соосность деталей и предотвратить их проскальзывание при осадке. При сварке стержней она составляет 3. 4 их диаметра, а при сварке полос - не менее 10 толщин полосы.

Точечная сварка

Описание конструкции свариваемого изделия, условий его эксплуатации. Выбор способа сварки изделия. Обоснование материала изделия и типа соединения. Обоснование термодеформационного цикла сварки, расчет параметров, конструктивной схемы сварочной установки.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	курсовая работа
Язык	русский
Дата добавления	19.11.2014
Размер файла	349,0 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

сварка соединение термодеформационный

Точечная сварка - это способ контактной сварки, при котором детали свариваются по отдельным ограниченным участкам касания, называемым точками.

После включения ток проходит от одного электрода к другому через металл деталей и разогревает металл больше всего в месте соприкосновения деталей. Разогрев поверхности металла под электродами при правильно проводимом процессе незначителен, так как контакт электрод - изделие имеет сравнительно небольшое сопротивление вследствие мягкости и высокой электропроводности электродного металла, а сам электрод интенсивно охлаждается проточной водой. Прохождение тока вызывает разогрев и расплавление металла в зоне сварки, создающее ядро сварной точки, имеющее чечевицеобразную форму. Диаметр ядра сварной точки в обычных случаях имеет величину 4-12 мм.

Точечная сварка представляет собой своеобразный процесс, в котором сочетается расплавление металла и получение литой структуры сварного соединения с использованием значительного осадочного давления. Давление должно быть достаточным для преодоления жесткости изделия и осуществления необходимой пластической деформации, обеспечивающей соответствующую прочность сварной точки. Необходимое давление быстро возрастает с увеличением толщины свариваемого металла. Давление осадки полностью передается электродами, имеющими небольшую рабочую поверхность, несущую значительную тепловую и электрическую нагрузку. При значительной толщине основного металла нагрузка электродов настолько велика, что срок их службы быстро сокращается. Поэтому точечная сварка применяется главным образом для металла небольшой толщины, не свыше 5-6 мм. Диаметр ядра определяет в основном прочность точки и зависит от диаметра рабочей поверхности электрода, толщины листов, давления, силы тока и времени его прохождения. При неправильно подобранном режиме сварки может не произойти достаточного плавления металла и точка получится непроваренной. Когда ядро расплавляется, прилегающая к нему по окружности зона металла находится в пластическом состоянии, плотно сжимаемая давлением электродов. Давление создает уплотняющее кольцо пластичного металла, удерживающее жидкий металл ядра. При недостаточном давлении уплотняющее кольцо не может удержать жидкий металл ядра и происходит внутренний выплеск металла в зазор между листами.

С увеличением времени прохождения тока диаметр и высота ядра растут. Чрезмерное увеличение размеров ядра ослабляет его оболочку из нагретого твердого металла и происходит сильное смятие металла под электродами, ведущее к наружному выплеску жидкого металла и снижению прочности точки. После отключения тока начинается охлаждение и затвердевание расплавленного ядра точки.

Кристаллизация жидкого металла происходит от поверхности ядра к его середине. В результате ядро имеет столбчатую дендритную структуру.

При охлаждении и затвердевании объем расплавленного металла ядра уменьшается. В результате в центральной части ядра может образоваться усадочная раковина, пористость и рыхлость металла. Чем толще металл, тем больше неблагоприятное влияние усадки и тем больше вероятность образования дефектов. Наиболее надежным способом борьбы с ними является повышение рабочего давления, а также переход на циклы сварки с проковкой.

Для точечной сварки загрязнения поверхности металла в зоне сварки должны быть предварительно тщательно удалены щетками, травлением в кислотах, опескоструиванием и т. д. Сборка под точечную сварку должна как можно точнее обеспечивать плотное прилегание деталей до сварки. Наличие зазора между деталями поглощает значительную часть давления электродов на деформацию деталей до плотного соприкосновения, действительное осадочное давление на точку становится недостаточным и получается разброс прочности точек. Требования к точности сборки повышаются с увеличением толщины листов.

Точечная сварка имеет очень широкое применение - от космических аппаратов до миниатюрных полупроводниковых устройств и пленочных микросхем. Видное место занимает этот способ в автомобилестроении, судостроении, самолетостроении.

1.1 Описание конструкции свариваемого изделия и условий его эксплуатации

Дверь МАЗа представляет собой сварную конструкцию, сваренную по периметру точечной сваркой и является неотъемлемой частью кабины.

Крепление двери к кабине осуществляется при помощи петель, которые обеспечивают ее поворот.

При сварке двери кабины МАЗа , толщины свариваемого металла колеблются от 0.5 до 1.5мм.

1.2 Технические условия на сборку и сварку изделия

Сборка должна обеспечивать точную установку свариваемых деталей в соответствии с чертежом, а также наилучшие условия для последующей прихватки и сварки.

Основные конструктивные элементы и размеры сварных соединения выбираются и данного ГОСТ-а в соответствии с толщиной и маркой свариваемого материала .

Толщина детали х= (мм)

Диаметр литого ядра d= (мм)

Величина проплавления h=0.2*х = (мм)

Глубина вмятины g=не более 0.2*х = (мм)

Ширина нахлестки B= (мм)

Величина перекрытия f=(0.3-0.5)*d= (мм)

1.3 Технико-экономическое обоснование выбора способа сварки изделия

Для сварки изделия выбрана точечная сварка т.к. данный тип сварки имеет ряд преимуществ по сравнению с другими видами сварки (например РДС или механизированная сварка ), а именно:

- Точечная сварка данной детали будет более производительнее.

- Точечная сварка позволяет значительно проще механизировать и автоматизировать процессы изготовления деталей.

-Сокращается расход основных и вспомогательных материалов.

- Т.к. при сварке изделия, толщины которой в пределах свариваемого металла колеблются от 0.5 до 3 мм, наиболее рационально применять именно точечную сварку.

2. Техническая часть

2.1 Обоснование выбора материала изделия и типа соединения

Материал изделия - Сталь 30Х ГСА. Средне углеродистая низколегированная сталь. Данная сталь достаточно хорошо сваривается. Средне углеродистая сталь чувствительна к термическому циклу и требует выбора режима нагрева и охлаждения элементов сварного соединения. Тип соединения- нахлесточное, с рядным расположение точек.

2.2 Оценка свариваемости материала изделия (пример страница 84-86 учебника Березиренко)

Низкоуглеродистые стали относятся к металлам первой группы. Металлы первой группы свариваются в широком диапазоне параметров режима. Это объясняется тем, что данная сталь содержит мало легирующих элементов, которые непосредственно влияют на свариваемость материала. Из-за малой чувствительности к термическому циклу, небольшой склонности к трещинообразованию применяют машины с простейшим циклом сварки. Из-за малой прочности сварочное усилие устанавливают небольшим. В связи с высокой тепло- и электропроводностью отдают предпочтение более жестким режимам сварки.

Контактная сварка

Содержание

Введение 3
1.Основы технологии точечной сварки 4
2.Машины для контактной точечной сварки 7
3.Применение промышленных роботов для точечной сварки 10
4.Заключение 13
5.Список использованной литературы 14

1.Основы технологии точечной сварки 4

2.Машины для контактной точечной сварки 7

3.Применение промышленных роботов для точечной сварки 10

5.Список использованной литературы 14

Контактная точечная сварка (КТС) — это один из способов контактной сварки, который наиболее широко применяется в машиностроении, в особенности в массовом производстве. Так, например, в автомобилестроении около 70 % объема сварочных работ выполняется именно этим способом. Значительное применение КТС получила и в других отраслях: в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении, при производстве пассажирских и товарных вагонов и других отраслях промышленности и строительства. Этому способствовали положительные особенности процесса КТС: незначительные остаточные деформации, высокая производительность, высокий уровень механизации и автоматизации, гибкость и универсальность технологического процесса, отсутствие вспомогательных сварочных материалов, высокая экологичность и культура производства.

Технологии традиционных способов КТС (к ним относят способы точечной сварки, при осуществлении которых детали сжимают токопроводящими электродами и в периоды сжатия, действия импульса тока и проковки соединений параметры режима сварки, как правило, не изменяют) к началу 70-х годов ХХ века достигли своего совершенства и практически исчерпали возможности своего развития. Они вполне удовлетворяли требованиям массового производства, но во многих случаях не могли обеспечить требуемый уровень качества при сварке изделий ответственного назначения. Поэтому в этот период и стали развиваться способы КТС с программированным изменением параметров режима (сварочного тока, усилия сжатия электродов) в период формирования соединений, которые позволяют управлять термодеформационными процессами, протекающими в зоне сварки. Они открывают новые возможности повышения качества получаемых точечных соединений.

1.Основы технологии точечной сварки

Родоначальник контактной сварки - английский физик Уильям Томсон (лорд Кельвин), который в 1856 г. впервые применил стыковую сварку. В 1877 г. в США Элиху Томсон самостоятельно разработал стыковую сварку и внедрил ее в промышленность. В том же 1877 г. в России Н.Н.Бенардос предложил способы контактной точечной и шовной (роликовой) сварки. На промышленную основу в России контактная сварка была поставлена в 1936 г. после освоения серийного выпуска контактных сварочных машин.

Точечную сварку применяют для соединений внахлестку, осуществляемых в отдельных местах детали в виде точек (рис. 1). Зажатые между медными электродами свариваемые листы разогреваются под электродами так, что центральная часть точки, обычно доводимая до расплавления за счет тепла, выделяемого в контакте между свариваемыми листами, образует литое ядро точки. Давление, приложенное к электродам, уплотняет металл в точке и делает ее достаточно прочной. Сварочный ток включают только после того, как к электродам приложено необходимое давление. После окончания сварки сначала выключают ток, а затем снимают давление. Точечную сварку применяют для соединения различного рода изделий из штампованных и прокатанных профилей сортового железа малой толщины с листами, для приварки круглых стержней друг к другу и к листам и т. д.

Риунок 1 - Типовые детали для точечной сварки: приварка точками сортового железа к плоским листам.

Рисунок 2 - Точечная сварка пакетов из нескольких листов

Точечной сваркой можно соединять два или несколько листов одновременно (рис. 2). Точечную сварку осуществляют также и при приложении электродов с одной стороны свариваемой детали (односторонняя сварка). В последнем случае число деталей не может быть больше двух.

Выбор режима точечной сварки при заданной суммарной толщине листов определяется: а) мощностью машины; б) длительностью нагрева; в) давлением между электродами во время и после нагрева. Мощность машины W для точечной сварки зависит от толщины свариваемых изделий и выбирается по следующему соотношению: W=KS (кВт), где S — суммарная толщина листов в мм. К — коэффициент, равный: для сварки малоуглеродистой и низколегированных сталей 8—14, для сварки нержавеющей стали и низколегированных сталей 25—40, для сварки алюминиевых сплавов на машинах большой мощности 100—150, на машинах малой мощности 20—25.

Время нагрева или прохождения сварочного тока изменяется в больших пределах (от десятков до тысячных долей секунды) и зависит от мощности машины и условий сварки. При сварке сталей, склонных к закалке и образованию трещин, время нагрева увеличивают, с тем чтобы замедлить последующее охлаждение металла (например, углеродистые стали). Сварку нержавеющих аустенитных сталей производят, наоборот, с возможно меньшей длительностью нагрева из-за опасности нагреть наружную поверхность точки до температуры структурных превращений и тем самым нарушить высокие антикоррозионные свойства наружных слоев металла.

Величина давления между электродами должна обеспечивать хороший контакт изделий в месте сварки. Она зависит от толщины свариваемых изделий и от рода свариваемого металла: обычно давление изменяется в пределах от 20 до 120 МПа. Особое значение имеет давление после нагрева. При соответствующей величине этого давления структура металла в месте сварки получается мелкозернистой и прочность точки приближается к прочности основного металла. Увязка величины давления во времени с длительностью нагрева в основном определяет прочность сварного соединения. Существует несколько вариантов с различным соотношением величины давления в разные моменты сварки. Наиболее правильными из них являются те, в которых давление к моменту прекращения нагрева повышается.

На качество сварки влияет также и правильный выбор диаметра медного электрода. Диаметр сварной точки зависит от диаметра конца электрода. Необходимо, чтобы диаметр сварной точки был в 2—3 раза больше толщины наиболее тонкого элемента сварного соединения.

Расстояние между сварными точками следует выбирать так, чтобы уменьшить шунтирование тока через соседние точки. Так, в случае сварки двух деталей при толщине каждой от 1 до 8 мм расстояние между точками соответственно изменяется от 15 до 60 мм, а при сварке трех деталей — от 20 до 100 мм. Электроды для точечной сварки должны обеспечивать высокую электро- и теплопроводность, прочность при рабочей температуре, а также легкость механической обработки. Материалами, отвечающими этим требованиям, являются холоднокатанная электролитическая медь, специальные бронзы с присадкой кобальта или кадмия, медные сплавы с присадкой хрома и сплава на вольфрамовой основе. Медь значительно превосходит эти бронзы и сплавы по своей электро- и теплопроводности, но в 5—7 раз уступает им в отношении стойкости против износа. Поэтому наилучшим из этих сплавов, мало уступающим меди по своим теплофизическим свойствам, но превосходящим ее по прочности, является сплав типа ЭВ, представляющий собой почти чистую медь с добавкой 0,7% хрома и 0,4% цинка. Для уменьшения износа электроды большей частью интенсивно охлаждают водой. Электроды целесообразно изготовлять со сменными наконечниками из износостойких сплавов.

Основные дефекты сварных соединений при точечной и шовной сварке - это непровар, заниженный размер литого ядра, трещины, рыхлоты и усадочные раковины в литом ядре и выплеск, который может быть наружным, из-под контакта электрод - деталь, и внутренним, из-под контакта между деталями. Причины этих дефектов - недостаточный или избыточный нагрев зоны сварки из-за плохой подготовки поверхностей и плохой сборки деталей или из-за неправильно выбранных параметров режима сварки.

При стыковой сварке по тем же причинам могут возникать непровары. Перегрев зоны сварки может вызвать структурные изменения (укрупнение зерна) и обезуглераживание сталей. Это ухудшает механические свойства соединений.

Контролируют качество контактной сварки чаще всего внешним осмотром, а также любыми методами неразрушающего контроля. Сложность контроля состоит в том, что этими методами непровар не выявляется, так как поверхности деталей плотно прижаты друг к другу, в их контакте образуется "склейка", проникающие излучения, магнитное поле и ультразвук не отражаются и не ослабляются. Наиболее оперативный метод контроля - разрушение контрольных образцов в тисках молотком и зубилом. Если непровара нет, разрушение происходит по целому металлу одной из деталей, можно измерить диаметр литого ядра при точечной и шовной сварке

3 Применение промышленных роботов для точечной сварки

Большинство роботов для точечной сварки применяется в автомобильной промышленнсти. При сборке автомобиля необходимо выполнить огромное количество операций точечной сварки , чтобы надлежащим образом соединить между собой различные детали кузова, например боковины, крышу и капот. На современных конвейерах эти детали вначале соединяются временно несколькими прихваточными сварными соединениями . Далее кузов перемещается по конвейеру мимо группы роботов, каждый из которых осуществляет сварку встрого определенных местах. Поскольку все кузова, монтируемые на одной производственной линии , для получения высококачественных соединений просто требуется , чтобы робот каждый раз повторял заданную последовательность перемещений .

При очевидных преимуществах такого использования роботов существует ряд и серьезных технических проблем. Запрограммировать робот весьма непросто. Необходимо не только задать точный маршрут движения манипулятора, но и подготовить инструкции, в соответствии с которыми регулируется напряжение и сила тока в каждой точке маршрута. А эти параметры могут меняться, например, в зависимости от толщины свариваемого материала или от того, какую форму имеет прокладываемый шов - прямую или криволинейную.

Также необходимо сконструировать фиксаторы , удерживающие детали в процессе сварки таким образом, чтобы сварка осуществлялась при высокой точности позиционирования. Когда сварочный пистолет держит человек , он способен учитывать незначетельные смещения заготовки. Сварщик-человеку лишь слегка сместит инструмент, с тем чтобы выполнить шов в заданном месте. .
Робот же не способен принимать подобные решения , если фиксаторы допускают перекос или смещение, то существует вероятность того ,что сварные швы будут расположенны с отклонением. Кроме того, фиксатор должен быть таким, чтобы манипулятор имел доступ к детали с разных сторон.

Следующая проблема касается допусков на изготавливаемые детали.
Сварщик-человек принимает во внимание неизбежные отклонения в размерах, но роботу подобная коррекция не под силу. Таким образом, когда сварка осуществляется с помощью автоматики, допуски на детали, изготавливаемые на других участках предприятия, должны быть минимальными.

В настоящее время контактная сварка получила очень широкое распространение и развитие. В авто-, судо-, авиа-, и других отраслях промышленности контактная (точечная) сварка (КТС) является одним из ведущих технологических процессов.
Большое значение контактной сварки в производстве обуславливается следующими её основными достоинствами:
- высокой производительностью;
- широкой возможностью автоматизации;
- высоким и стабильным качеством сварки
- отсутствием потребности в специальных технологических материалах (присадочная проволока, флюс, газы и т.д.)

Все способы контактной сварки основаны на нагреве и расплавлении металла теплотой, выделяющейся при протекании электрического тока по деталям, находящимся под давлением.

Контактная сварка представляет собой своеобразный процесс, в котором сочетается расплавление металла и получение литой структуры сварного соединения. Давление должно быть достаточным для преодоления жесткости изделия и осуществления необходимой пластической деформации, обеспечивающей соответствующую прочность сварной точки.

Для автоматизации процесса контактной сварки наиболее гибким носителем инструмента (сварочных клещей) является Шести-осевой промышленный робот с соответствующей грузоподъемностью.
При этом система управления (контроллера) промышленного робота должна позволять управлять как сварочными клещами, так и сварочным контроллером.
Среди существующего разнообразия сварочных роботов, выделим сварочные роботы KAWASAKI серии ZX, а среди сварочного оборудования для контактной сварки – сварочное оборудование OBARA.

Контроллер робота включает в себя опцию, разработанную именно для сварочных клещей, как пневматических, так и клещей с управляемым сервоприводом (сервоклещей).

Что такое сварочные сервоклещи? Сварочные сервоклещи, используемые в автоматизированных линиях контактной, точечной сварки, являются 7-ой осью робота, управляемой контроллером робота, и работающей синхронно вместе с остальными 6-ью осями робота. Благодаря приводу серводвигателя, в отличие от пневматических клещей, сила сжатия и величина хода электродов контролируются и задаются в контроллере робота. Кроме того, осуществляется автоматическая компенсация износа электрода с коррекцией обученных точек, компенсация смещения клещей.

При сравнении с пневматическими клещами сварочные сервоклещи обеспечивают следующие возможности:

Т.к. движущийся электрод сервоклещей замедляется до контакта с деталью при точечной сварке, звук от удара уменьшается. При этом уменьшается деформация деталей.
Т.к. воздух не используется для перемещения электродов, они не создают шума. Вместе с уменьшением шума, стало возможным реализовать бесшумную рабочую обстановку.
Т.к. промышленный робот управляет всеми движениями клещей, при программировании точек электроды можно разводить на минимальное расстояние, которое обеспечивает беспрепятственный переход от точки к точке, что существенно сокращает время цикла.
Т.к. промышленный робот может компенсировать износ электрода и смещение клещей, может быть достигнуто более высокое качество сварных точек, по сравнению с пневматическими клещами.
Т.к. сила сжатия, величина и время протекания сварочного тока являются хорошо управляемыми процессами для сварочных сервоклещей, может быть достигнуто наилучшее качество сварки.
Т.к. в сварочных сервоклещах используются стандартные компоненты, расходы на техническое обслуживание могут быть минимизированы.
Т.к. положение электродов клещей при сжатии может быть управляемо с высокой точностью, позиция детали остается неизменной. Это позволяет использовать простую, установленную в точном положении оснастку, которая исключает необходимость сложных оснасток и помогает реализовать более универсальную рентабельную систему точечной сварки.
Т.к. для обеспечения постоянного качества сварных точек, наконечники электродов необходимо периодически затачивать, для этого используется устройство автоматической заточки. Оператор в контроллере робота задает количество точек, через которое робот выполнит заточку наконечников. По достижении данного количества точек робот автоматически перемещает клещи к устройству заточки, сжимает с заданным усилием и включает заточку. После заточки выполняется проверка износа наконечников путем сжатия клещей в воздухе и на калибровочной пластине. Затем робот продолжает выполнять сварочные операции с компенсацией обученных точек на величину износа наконечников.
Отметим еще некоторые преимущества роботизированной контактной сварки при помощи сервоклещей:

• Простой процесс обучения, не требуется большой точности при задании траектории

•Не требует операторов со специальной квалификацией (запрограммированные операции)

• Этот вид сварки идеален для сварки металлических листов

• Чрезвычайно надежные и прочные сварочные точки
• Низкий износ электродов

• Сохраняются особенности металла (малая зона термообработки)
• Сохраняются антикоррозионные покрытия

• Отсутствуют вредные дымовые газы

• Чрезвычайно низкий риск пожара

• Высокая производительность (не требует сверления и заполнения отверстий, не требует шлифовки и пр.)

Один из результатов использования сварочного робота KAWASAKI и сервоклещей OBARA - реальная возможность выполнять контактную сварку двух поверхностей без появления следов деформации металла на лицевой стороне изделия, при сохранении всех преимуществ контактной сварки.

Применение контактной точечной сварки в современной промышленности является одним из основных высокопроизводительных технологических процессов, позволяющих успешно решать многие вопросы развития производства.

Применение промышленных роботов для точечной сварки и интегрированных производственных систем, позволяет добиться существенно большей экономии затрат, гибкости и повышенной производительности во многих прикладных отраслях, что в условиях современного экономического кризиса является одной из приоритетных задач для бизнеса.

Читайте также: