Н.С. Кабанов Сварка на контактных машинахПРОФЕССИОНАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕОБРАЗОВАНИЕН.С. КАБАНОВ fJMKXLСваркана контактных
машинах••
Н.С. КАБАНОВСваркана контактных
машинахИздание четвертое,
переработанное и дополненноеОдобрено Ученым советом
Государственного комитета СССР
по профессионально-техническому образованию
в качестве учебникадля средних профессионально-технических
училищМосква • Высшая школа ■ 1985
ББК 34.641
6П4.3
УДК 621 791.76Рецензент - канд. техн. наук В.М. Рыбаков (МИСИ им.
В.В. Куйбышева)Кабанов Н.С.К 12 Сварка на контактных машинах: Учеб. для сред.
ПТУ. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1985. -
271 с., ил.— (Профтехобразование)35	к.Даны сведения о технологии, типовом оборудовании, инстру¬
менте и материалах для стыковой, точечной, рельефной, шовной и
шовно-стыковой сварки; изложен материал об эксплуатации и
контроле работы сварочных машин и качества сварных соединений.Четвертое издание (3-е - в 1979 г.) переработано и допол¬
нено с учетом новых достижений в области контактной сварки.К -2-^Ж°)°Г858 64-86	ББК 34.6416П4.3© Издательство ’’Высшая школа”, 1973
© Издательство ’’Высшая школа”, 1985, с изменениями
ВВЕДЕНИЕКонтактная сварка — прогрессивный, универсальный и
широко распространенный в промышленности способ соедине¬
ния металлов.Контактная сварка, предложенная нашим соотечественни¬
ком Н.Н. Бенардосом, широко применяется в автомобильной,
авиационной и электронной промышленности, в космической
технике, котло- и трубостроении, металлургическом производ¬
стве, прокладке железнодорожных путей и трубопроводов,
производстве предметов широкого потребления и в других
отраслях промышленности.Дальнейшее развитие народного хозяйства, ускорение на¬
учно-технического прогресса требуют дальнейшего развития
сварочного производства и повышения его эффективности,
лучшего использования материалов, энергоресурсов, рабочего
времени и оборудования, широкого применения робототехни¬
ки, вычислительных машин и высокопроизводительной
технологии.Большое значение при этом приобретает дальнейшее раз¬
витие высокопроизводительной, легко автоматизируемой кон¬
тактной сварки, используемой в сварных конструкциях многих
изделий и обеспечивающей стабильное качество соединений
при высокой культуре производства и хороших условиях труда.Развитие контактной сварки требует непрерывного попол¬
нения промышленности высококвалифицированными сварщи¬
ками, использующими современную технологию и оборудова¬
ние; таких специалистов готовят в средних профессионально-
технических училищах.Производственное обучение с теоретическими основами
по специальности позволяет начинающим рабочим в кратчай¬
шие сроки приобрести* необходимые производственные навыки,
выпускать продукцию высокого качества, совершенствовать
методы работы и при освоении современного оборудования,
новейшей технологии и приемов труда добиваться наивысшей
его производительности.
Глава I. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СВАРКЕ МЕТАЛЛОВ§ 1. Сущность и классификация сваркиСварка — старейший способ получения неразъемного соеди¬
нения металлов. Еще в древности медь и серебро наряду с
пайкой сваривали ковкой. С появлением железа была освоена
его кузнечная сварка с нагревом в горящем древесном угле и
снижением температуры плавления окислов кварцевым песком
перед ковкой.Горящие газы (вначале ацетилен), сжигаемые в кислороде,
ускорили нагрев металла до плавления специальными горелками
и позволили создать газовую сварку, которая вплоть до двад¬
цатых годов нашего века была основным способом неразъем¬
ного соединения металлов.В 1802 г. профессор В.В. Петров открыл электрический
дуговой разряд и предложил его применять для расплавления
металла. Впервые дугу, горящую между угольным электродом
и расплавляемым металлом, использовал для сварки русский
изобретатель Н.Н. Бенардос в 1881 г,, а в 1889 г. инженерН.Г. Славянов вместо угольного электрода предложил метал¬
лический плавящийся. В 1887 г. Н.Н. Бенардос разработал
точечную сварку с пропусканием тока через сжатые угольными
электродами детали, а американец Э. Томсон — электрическую
стыковую сварку сопротивлением стержней. В дальнейшем
повышенное сопротивление току в контакте между деталями
было использовано при разработке других способов контакт¬
ной сварки.Сварка дугой в воздухе сопровождалась окислением рас
плава и растворением в нем кислорода и азота, что резко сни¬
жало пластичность металла. Для защиты расплава Н.Г. Слав*
нов предложил добавлять ферросплавы и стекло, что послужилс
базой для разработки сварки под флюсом и электродами с по
крытием. Идеи НИ. Бенардоса по защите расплава газами,
подаваемыми через горелку, были использованы при создании
других способов дуговой сварки в газах. Многочисленные
современные способы различаются температурами, защитными
средами и источниками нагрева, а также условиями формирс
вания соединений.В нашей стране разработана сварка в углекислом газе, диф¬
фузионная, электрошлаковая и другие способы сварки, созда¬
ны принципиально новые сварочные материалы, технология и
оборудование. Особенно велики достижения по контактной
сварке, росту ее материало-технической базы.4
Сварка — процесс получения неразъемных соединений
посредством установления межатомных связей между сварива¬
емыми частями при их местном или общем нагреве (сварка
плавлением) или при пластическом деформировании (сварка
давлением), или совместным действием того и другого.Для образования между свариваемыми частями межатом¬
ных связей необходимо приложить внешнюю энергию. В зави¬
симости от формы энергии различают три класса сварки: тер¬
мический, термомеханический, механический.К термическому классу относятся виды сварки,
осуществляемые плавлением, — дуговая, электрошлаковая,
газовая, электронно-лучевая и др.К термомехайическому классу относятся
виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энер¬
гии и давления, — контактная, диффузионная, печная и др.К механическому классу относятся виды свар¬
ки, осуществляемые с использованием механической энергии
и давления, — холодная, взрывом, ультразвуковая и др.При сварке плавлением в ванну может добавляться рас¬
плавляемый присадочный материал (проволока, пластины,
порошок и др.), а при сварке давлением на соединяемые поверх¬
ности могут наноситься покрытия или между ними закладывать-
1 ся прокладки других металлов.В промышленности сваривают металлы и их сплавы, а
также неметаллические материалы (пластмассы, стекло, ке¬
рамику и др.) непосредственно или через промежуточный мате¬
риал. Между частицами соединяемых поверхностей однородных
материалов обычно образуются такие же связи, как в основном
материале, в металлах преимущественно металлические, а
- у разнородных (металл с неметаллом) — химические ковалент-
-1ные или ионные.б В металлах и их сплавах атомы расположены на определен-
зных расстояниях друг от друга, образуя кристаллические решет-
■<ки. Энергия связи атомов решетки определяется взаимодей-
t ствием электронов проводимости (примерно один на атом)* С ионами и связями подвалентных электронов в ионах. Валент-
$ные электроны обеспечивают высокую (более 106 Ом - мм"1)
Электропроводность металлов, которая при повышении тем¬
пературы уменьшается.Атомы узлов решетки взаимодействуют между собой
на расстояниях атомного радиуса гд = (3 5) 10“16 м (или3	5° А), совершая под действием тепловой энергии колеба¬
ния с частотой 10"3 с"1 и амплитудой А = 0,1 /*А.При накоп¬
лении определенной энергии атомы покидают свои узлы коле¬
бания. Это перемещение в чистых металлах и твердых растворах5
постоянной концентрации называют самодиффузией.
С повышением температуры и энергии А и увеличиваются,
а длительность колебаний в узлах решетки ионов уменьшается,
составляя при Т доли секунды. При плавлении самодиффу-
зия резко усиливается, а объем решетки увеличивается на5	8%; это существенно влияет на условия формирования
соединения.Свободные электроны перемещаются беспорядочно с разной
скоростью. Внешнее электрическое поле напряжением Е зас¬
тавляет их двигаться упорядоченно, что сопровождается стол¬
кновениями с атомами и нагревом металла, который усили¬
вается при нарушениях порядка в строении атомов и наличии
посторонних атомов.Эти нарушения с отклонениями отдельных атомов или их
групп неизбежны для многих металлов. Реальные металлы
состоят из кристаллов (зерен), сопрягаемых на границах при
еще большем искажении решеток и большем количестве при¬
месных атомов. В зависимости от размера зерен и состояния
их границ прочность таких металлов в десятки и сотни раз ниже,
чем у металлов с правильными решетками.В металлах атомы перемещаются в зерне и на его границах.
При низких температурах они перемещаются на границах в
10 — 10Q раз быстрее, чем в зерне, а при высокой — скорости на
границах и в зерне повышаются и выравниваются. Перемеще¬
ние чужеродных растворенных атомов при наличии градиента
(перепада) их концентрации называют химической диф¬
фузией.Коэффициент диффузии характеризуется количеством ато¬
мов, перемещаемых за единицу времени через определенную
площадь. Он помимо Т также зависит от условий деформации,
состояния металла и размеров атомов. При образовании новых
фаз между разнородными атомами диффузия называется р е-
акционной.Таким образом, взаимодействие частиц в зоне соединения
(в зернах и на их границах) связано с их скоростями диффу¬
зии и самодиффузии.Силы связи между атомами внутри металла уравновешены.
Атомы поверхностей со свободными связями могут присоеди¬
нять атомы или молекулы окружающей среды (воздуха, газа,
пыли, влаги, масла и др.). В частности, взаимодействие с газа¬
ми может сопровождаться окислением твердых или жидких
соединяемых поверхностей металлов. Поэтому соединяемые
поверхности перед сваркой очищают механическими, электри¬
ческими и другими способами или создают условия для умень¬
шения взаимодействия или удаления посторонних частиц. Атомы6
газов заполняют свободные связи (адсорбируются), в распла¬
ве газы растворяются за счет диффузии вглубь и перемешивания
металла.Инертные газы (аргон, гелий и др.) практически не раст¬
воряются в металле и не образуют с ним химических соедине¬
ний, их при сварке используют для защиты расплава от воздуха.
Взаимодействие активных газов (02, Н2, С02, N2) и их смесей
зависит от Т, давления газа, состава металла, размеров поверх¬
ности и длительности контакта.Кислород, активно взаимодействующий с многими метал¬
лами, обычно образует на них пленки окислов (на расплаве -
шлаки). С повышением температуры сродство кислорода с
металлами уменьшается, а скорость окисления растет. Интен¬
сивность окисления зависит от времени и давления кислорода.В воздухе на железе при комнатных температурах образу¬
ется пленка Fe203 небольшой (20-30° А) толщины. При на¬
греве до 400° С появляется Fe304, а при 570° — FeO. Для
700° С отношение толщин слоев Fe203 Fe304 и FeO близко
к 1:5:100, т. е. окись FeO становится преобладающей. Для
каждого металла характерно свое строение и соотношение
окислов. Так, в сплавах железа с марганцем возможно образо¬
вание слоя (Fe, Мп)2Оэ и др.Азот N2 адсорбируется железом, после диссоциации (раз¬
ложения) на атомы при Т = 1530° С. Следовательно, без рас¬
плавления железа он взаимодействует слабо, а при расплавлении
образует Fe2N4 и Fe4N, которые в атмосфере чистого газа
разлагаются при Т = 550° и 300° С. Находясь в расплаве, N2
резко снижает пластичность быстро кристаллизирующегося
железа. Водород Н2 поглощает все металлы в атомарном
состоянии, кроме Ti, Те, Nb и Zr, с которыми он образует поры
после кристаллизации расплава.Следовательно, сварку без расплавления в основном за¬
трудняет 02 и примесь влаги в Н2 и N2, а сварку с расплавле¬
нием - 02, N2 и Н2 .Реальные поверхности свариваемых деталей волнисты и
шероховаты. Высота шероховатости достигает 0,2 мм. При са¬
мой совершенной электрохимической обработке эту высоту
можно уменьшить до (1 3) 10”6 мм, а взаимодействие
частиц возможно на расстояниях (3 ... 5) 10"10 мм. При свар¬
ке сближение поверхностей достигается или пластической дефор¬
мацией неровностей, или расплавлением. При этом частицам
надо сообщить определенную энергию, обеспечивающую обра¬
зование связей и называемую энергией активации.Сварка давлением начинается с образования физи¬
ческого контакта при слабом химическом взаимодействии7
контактируемых поверхностей и образовании активных цент¬
ров. Она завершается диффузией частиц в некотором объеме
зоны соединения. Критерием завершения всех этих стадий для
однородных металлов служит образование общих зерен часто
с их дроблением, а для разнородных — реакционная диффузия
с образованием в объеме новых фаз.Сварка давлением связана с пластической деформацией
твердого или жидкого металла при формирован™ соединения.
Кроме холодной, все остальные виды сварки требуют нагрева
металла.Нагрев повышает пластичность металла и подвижность
частиц, а пластическая деформация, уменьшая неровности
и сближая соединяемые поверхности, создает на них центры
взаимодействия и снижает концентрацию посторонних атомов.
Уменьшение неровностей на поверхностях, очистка, преду¬
преждение окисления, повышение температуры и снижение
скоростей деформации снижают требуемое усилие сварки Рс.
Поэтому в защитных средах или вакууме металл сваривается
при меньших Рс и меньших степенях деформации, чем на
воздухе.Минимально допустимая температура сварки Тс зависит
от упругих сил, создаваемых при деформации и разрушающих
соединения после снятия Р 9 а максимальная определяется
пережогом, оплавлением границ зерен и насыщением металла
газами. Тс и Р существенно влияют на длительность сварки
tc. При малых j и Рс даже при большой tQ сварка некоторых
металлов невозможна.Выбор t во многом зависит от пластичности металла при
заданной Тс и соотношения между давлением Рс и пределом
текучести металла сгт.Формирование связей между нагретыми деталями завер¬
шается объемной диффузией в зоне соединения. Поэтому Рс
при сварке давлением снимают после кристаллизации распла¬
ва и его уплотнения (если расплав есть) или после частичного
или полного снятия напряжений (при отсутствии расплава).
Термодеформационный цикл, обычно описываемый совмещен¬
ными во времени графиками Тс и Pq9 существенно влияет как
на формирование соединения, так и на структуру металла.
Его выбирают в зависимости от вида сварки и особенностей
соединяемых материалов. С повышением Гс и Рс длительность
tc резко снижается, достигая иногда при наличии расплава
долей секунды. При низких Тс и Рс длительность увеличива¬
ется до десятков минут. Взаимное влияние параметров на ка¬
чество во многом определяется видами сварки, материалом
и требованиями к качеству.8
Сварка плавлением связана с образованием об¬
щей ванны жидкого металла (сварочной ванны) и последующей
кристаллизацией расплава, в результате которой образуется
сварной шов.Качество металла соединения во многом зависит от формы
и размера ванны, а также от свойств присадочного металла и
вида сварки. Сварной шов в этой связи может существенно
отличаться от исходных материалов как по структуре, так и
по химическому составу.Источники теплоты должны обладать достаточной тепловой
мощностью, локальностью нагрева, эффективностью и эконо¬
мичностью. Поверхностные источники, обеспечивающие нагрев
деталей через их поверхность, оценивают мощностью, приходя¬
щейся на единицу поверхности, а объемные — на единицу
объема.Повышение температуры ускоряет диффузию и образова¬
ние межатомных связей, одновременно усиливает взаимодей¬
ствие поверхностей с газами или окружающей средой, что может
облегчать или затруднять формирование соединения. Расплав
от воздуха защищают шлаками, газами, созданием вакуума,
парами металла или введением элементов раскислителей, а
твердый металл — нейтральными или активными газами, созда¬
нием вакуума или нанесением покрытий, снижающих интенсив¬
ность окисления.Под ’’защитным действием” газов, флюсов и покрытий
обычно понимают оттеснение воздуха или нейтрализацию его
действия, а под активным — снижение скорости растворения02,	N2, Н2 за счет более быстрого их удаления или связыва¬
ния в соединения, мало влияющие на качество металла сое¬
динения.Наиболее часто используется оттеснение воздуха. Активное
действие типично для сварки в С02 и открытой дугой, при
использовании проволоки, легированной элементами, связы¬
вающими кислород и азот в легко удаляемые вещества.§ 2. Сварка плавлениемСварка плавлением осуществляется источниками нагрева,
оказывающими обычно давление на расплав с вытеснением его
в хвостовую часть (рис. 1). Чем больше это давление, тем
глубже ванна и больше проплавление. Присадочный металл
увеличивает количество расплава и позволяет получать усиле¬
ние шва g. В зависимости от мощности и количества источни¬
ков, скорости сварки и толщины деталей получают ванны раз¬
ной длины / и глубины, а шов — с разной шириной Ъ и усиле¬
нием g.
Газовая сварка. При этом виде сварки металл нагревает¬
ся пламенем газа, сжигаемого в смеси с кислородом в специаль¬
ной горелке. Горючими газами служат ацетилен или его замени¬
тели (пропан, бутан, природный газ, водород и др.)» а также
пары жидкостей (бензол, бензин, керосин и др.) . Газы в горел¬
ку подают по шлангам через понижающий давление редуктор
и смешивают с кислородом в смесителе горелки. При сгорании
в зависимости от соотношения газа и кислорода образуется
нейтральное, окислительное или восстановительное пламя.
При левом способе сварки горелка наклоняется на угол а против
движения (рис. 2), а при правом — в сторону движения. При¬
садочный металл подается с противоположной от горелки сторо¬
ны. Шов образуется при колебательном перемещении горелки
и присадочного металла поперек шва и поступательном пере¬
мещении — вдоль шва. Этот способ применяется главным обра¬
зом при ремонтных работах.Дуговая сварка. Сварка осуществляется при нагреве метал¬
ла электрической дугой. Дуга как электрический разряд воз¬
буждается между электродом и изделием (дуга прямого
действия) или между двумя электродами (дуга косвенного
действия). Разряд в ионизированной смеси газов и паров раз¬
личных материалов (электрода, его покрытия, флюса и др.)10Рис. 1. Сварочная ванна и размеры шваРис. 2. Схема газовой сваркиРис. 3. Схема ручной дуго¬
вой сварки покрытым элек¬
тродом
сопровождается нагревом среды до высоких температур
(6000° С) и значительным падением напряжения на разрядном
промежутке. Большие токи, протекающие через дугу, обеспе¬
чивают интенсивный нагрев поверхностей электрода и изделия.
Плотности тока в дуге, достигающие 6000 А/см2, меняются
мало из-за роста диаметра столба дуги с увеличением тока.
Дуга имеет колоколообразную форму. При подаче под опреде¬
ленным давлением газа, который сжимает дугу; усиливается
ионизация, повышается температура (до 15 000 20 000° С)
и дуга становится цилиндрической. Такая дуга называется низ¬
котемпературной плазменной.При переменном токе дуга питается от сварочного транс¬
форматора с особыми внешними характеристиками, обеспечи¬
вающими устойчивое ее горение, а при постоянном — от преоб¬
разователя, выпрямителя или агрегата с двигателем внутрен¬
него сгорания.Ручная дуговая сварка осуществляется при
ручной подаче и перемещении электрода. Требуемое для горе¬
ния дуги напряжение получают от трансформатора (или пре¬
образователя) .Дуга возбуждается при касании и отрыве электрода от
изделия. При горении дуги на торце электрода и части поверх¬
ности ванны образуется анодное и катодное пятна с температу¬
рой кипения металла. Температура капель при отрыве близка
к 2100° С, а при полете через дугу повышается на 150 ... 300° С.
Средняя температура ванны близка к 1800° С, а дуги —
к 5000° С. Плавление электрода с покрытием сопровождается
интенсивным газовыделением и шлакообразованием.Стержень электрода б и его покрытие 5 плавятся дугой4	равномерно (рис. 3), образуя ванну 2, покрытую ишаком3,	защищающим ее от 02, М2 и Н2. Расплавленный шлак об¬
волакивает отделяемые капли, а образующиеся при плавлении
покрытия газы (СО, Н2, С02 и др.) оттесняют воздух из зоны
дуги. В ванне шлак перемешивается и, взаимодействуя с рас¬
плавом, легирует и очищает его, всплывая на поверхность и
застывая на шве в виде шлаковой корки 1.В порошковой проволоке стальная оболочка электрода
заполняется железным порошком, шлакообразующими и рас¬
кисляющими элементами. Эти наполнители создают газовую
защиту и шлаки, защищающие расплав. Проволока большой
длины, смотанная в бухты, позволяет автоматизировать про¬
цесс. Недостатки такой проволоки связаны с окислением ком¬
понентов и поглощением ими влаги.Дуговая сварка под флюсом осуществляется
плавящимся электродом 1 (рис. 4) при введении в зону дуги11
Напрадлеиие сборки
12 3 4 5 5 7 8Рис. 4. Схема сварки под Р*10- 5. Схема сварки вольфрамо-
флюсом	вым электродомРис. 6. Схема сварки сжатой	Рис- 7. Схема электро¬дугой	шлаковой сваркидля защиты гранулированного (зернистого) флюса 4, слой
которого полностью закрывает дугу и, частично расплавляясь,
создает вокруг нее подвижную защитную оболочку 5 (пузырь),
которая перемещается с дугой 6. При сварке электродвигатель
через редуктор вращает ролик 29 который подает прижатую
роликом 3 электродную проволоку из бухты (катушки). Так¬
же могут использоваться другие подающие и правильные уст¬
ройства. Ток и проволока подводятся скользящими или катя¬
щимися контактами.Флюс 4 подается через воронку из бункера и может отса¬
сываться пневматическими устройствами. Наряду с одноэлек¬
тродной (однодуговой) используют двух- и трехэлектродную
сварку при последовательном, параллельном и смешанном
положении дуг.12
Пузырь 5 возникает из-за выделения паров и газов. Сверху
пузыря — расплавленный ишак 7, а снизу — расплав 8. Газы
могут периодически прорываться через расплавленный шлак.
Изоляция от воздуха позволяет получать высококачественный
металл, а высокая плотность энергии (~ 103 Вт/см2) — глубо¬
кое проплавление, малый объем расплава и высокую произ¬
водительность.Сварка в защитных и активных газах
осуществляется вдуванием в зону дуги через электрододержа-
тель-горелку 1 (рис. 5) защитного или активного газа. Также
возможна дополнительная защита нагреваемого и охлаждаемо¬
го активного металла (титан, цирконий и др.) в камерах с
газом. Для защиты используют также вакуум, в котором дуга
горит в парах металла, а расплав очищается от растворенных
газов; в вакууме опробована также сварка сжатой дугой.Наиболее широко применяют сварку вольфрамовььм элек¬
тродом 2 в аргоне и стальным электродом в углекислом газе
и его смесях с другими газами. Ручной аргонодуговой сваркой
соединяют тонкие (1 5 мм) детали с подачей присадочного
материала 3 в зону плавления. В углекислом газе используют
плавящийся электрод из легированной Мп и Si проволоки
(например, 08Г2С). Активность кислорода, получаемого при
разложении С02, подавляется Мп и Si, которые связывают
его в окислы Мп и Si, всплывающие ка поверхность шва.Сварка вольфрамовым электродом сжатой
в плазмотроне-горелке дугоц более производительная благода¬
ря повышенной удельной мощности (104 105 Вт/см2). Для
сжатия дуги используют аргон, гелий, азот, водород и их смеси,
а при соответствующем выборе электрода — С02 и пары боды.
Дуга горит между вольфрамовым электродом 1 (рис. 6) и
деталью. Корпус плазмотрона 2 имеет изоляционную втулку
3 и вход для плазмообразующего газа 4. Он охлаждается пода¬
ваемой через канал 5 водой. Защитный газ, поступающий через
входы 6, сжимает дугу 7, образуя струю защитного газа 8.
Возможны и другие конструкции горелок.Тонкие детали сваривают импульсной дугой при по¬
стоянном горении маломощной дежурной дуги между электро¬
дом и деталью. Периодически на дугу подают импульсы большо¬
го тока, расплавляющие металл точками.Злектрошлаковая сварка осуществляется при нагреве
металла теплотой расплавленного током шлака. Ток от источ¬
ника подводится к изделию и к электродной проволоке
1 (рис. 7) , подаваемой роликами 2 в относительно большой
зазор между деталями 6. Образующаяся при нагреве сопротив¬
лением шлаковая ванна расплавляет основной и электродный13
металл с появлением общей ванны 5. Ванна и шлак удержива¬
ются медными водоохлаждаемыми башмаками 3, которые
по мере кристаллизации металла перемещаются вверх с задан¬
ной скоростью при определенной глубине шлака 4 и ванны.Ток также может подводиться к шлаку пластиной или
плавящимся мундштуком. Плотность тока в проволоке и плас¬
тине соответственно составляет 15 160 и 0,3 ... 2,5 А/мм2
Перед сваркой детали снизу соединяют подкладками, а сверху
выводными планками. Параметрами служат ток, напряжение,
скорость сварки, скорость подачи проволок, их число и площадь
и др. Глубина шлаковой ванны изменяется в пределах
30 90 мм. Флюс, расходуемый на корку между швом и
ползуном и на испарение, периодически добавляется в плавиль¬
ное пространство. Бездуговой процесс плавления шлака под¬
держивается при значительном (более 10 мм) расстоянии тор¬
цов проволок от расплава и применении специального флюса»
шлака. Вылет проволок достигает 60 70 мм. Этот высоко¬
производительный, легко автоматизируемый способ широко
применяется для соединения крупногабаритных деталей тол¬
щиной более 20 мм, таких, как станины, толстостенные емкос¬
ти, котельные барабаны и др. Его используют также при верти¬
кальной наплавке деталей и электрошлаковом переплаве ме¬
талла с целью повышения его механических сзойств.Электронно-лучевая сварка. При этом виде сварки для
нагрева используется энергия электронного луча. Электроны
в свободном состоянии получают нагревом до высоких тем¬
ператур термоэлектронных катодов. Покидающие катод элек¬
троны электромагнитными полями при напряжениях 60
150 кВ могут разгоняться в определенном направлении до
60 000 100 000 км/с и накапливать значительную кинети¬
ческую энергию. В зависимости от накопленной энергии элек¬
троны при ударе в анод (деталь) проникают в него на опреде¬
ленную глубину, называемую пробегом электрона. Пробег
составляет от нескольких микрон до 1 мм. Свою энергию элек¬
трон теряет при многократном соударении с ядрами атомов и
электронами решетки свариваемого металла, что сопровожда¬
ется рентгеновским и тепловым излучением, появлением отра¬
женных вторичных электронов, испарением атомов и ионов
металла. Коэффициент использования энергии электронов
достигает 0,9, а температура может превышать температуру
испарения металла. Основную энергию электрон теряет в кон¬
це пробега при интенсивном тепловыделении.Узкие электронные пучки с большой плотностью энергии
получают с катода 1 (рис. 8) электронной пушки, нагреваемо¬
го до высоких температур и размещаемого у прикатодного14
электрода 2. Ускоряющий электрод (анод) 3 с отверстием раз¬
мещается на некотором расстоянии от катода. При положитель¬
ном потенциале анода в несколько десятков киловольт электро¬
ны приобретают требуемую скорость и энергию. Пушка пита¬
ется от высоковольтного источника 7 постоянного тока.Плотность отталкивающихся друг от друга электронов
повышают, фокусируя их магнитной линзой 4. Магнитная откло¬
няющая система 5 направляет и перемещает луч по шву детали
6. Глубокий вакуум 133 (1(Г4 ... 10"5) Па, предотвращающий
образование дуги между катодом и анодом и защищающий
катод от теплового и химического воздействия, создается на¬
сосной системой. Электронный луч в вакууме не виден, плот¬
ность энергии в луче достигает 500 ООО кВт/см2, Его диаметр
в современных пушках изменяется от 0,05 до 5 мм, а мощ¬
ность — от сотен ватт до сотен киловатт.Зона расплавления распространяется вдоль лучей. На перед¬
ней стенке кратера, подвергаемой воздействию луча, темпера¬
тура может достигать температур испарения, а на задней она
близка к температуре кристаллизации.Глубина проплавления растет с увеличением ускоряющего
напряжения. При 60 кВ, скорости 500 мм/мин и точности на¬
правления луча + 0,1 мм проплавляют детали толщиной 5 =
= 115 мм, имеющие зазор не более 0,125 мм. Способ характе¬
ризуется ’’кинжальной” зоной нагрева и узкой зоной терми¬
ческого влияния, хорошей структурой металла соединения и
малыми деформациями деталей.Высокая стоимость оборудования быстро окупается бла¬
годаря автоматизации, экономии металла и высокому качеству
соединений.Электронно-лучевая сварка широко применяется для соеди¬
нения химически активных тугоплавких металлов, высоко¬
легированных сталей и разнородных материалов, алюминиевых
и титановых сплавов 5 = 200 ... 300 мм, деталей автомобилей,
тракторов, корпусов судов, различных ёмкостей и др. Осваи¬
вается сварка с местным вакуумированием на выходе луча
в воздух. Созданы высокопроизводительные сварочные авто¬
маты, оснащенные пушками большой мощности с быстродей¬
ствующими системами автоматического регулирования.Лазерная сварка — сварка, осуществляемая когерентным
(одинаковой фазы) световым лучом с определенной длиной
волны, который создается оптическим квантовым генератором
(лазером). Активное вещество излучателя может быть твердым,
жидким и газообразным. Его возбуждают световым потоком,
потоком электронов или радиоактивных частиц, несамостоя¬
тельным разрядом и др.
.7 Рис. 8. Схема сварки электронным
лучом в вакуумеРис. 9. Схема лазерной установки
/Iлучом16
В рубиновом лазере газоразрядная лампа накачки 2 (рис. 9)
при освещении рубина (или другого вещества 1) зеленым
светом создает когерентное излучение, которое через опти¬
ческую систему 3 направляется к детали 4. В газовом лазере
активный элемент заполняют С02 с добавками N2 и возбужда¬
ют тлеющим разрядом. Газовый лазер достаточно мощен и
может работать непрерывно или импульсно. Его энергию уси¬
ливают в объемном резонаторе с двумя сферическими зер¬
калами тысячекратным отражением световых лучей.На воздухе при высокой плотности энергии, ’’кинжальном”
проплавлении и узкой зоне термического влияния лазерная
сварка обеспечивает такое же прочное и качественное соедине¬
ние, как электронно-лучевая сварка. Некоторые окисляющие¬
ся материалы сваривают в защитной среде. Термический КПД
в два раза выше, чем при дуговой сварке. Соединения мел¬
козернисты и равнопрочны в широком диапазоне мощности
излучения (от 2 до 5 кВт) и скорости сварки (80 ... 200 м/ч).
Ударная вязкость шва такая же высокая, как при электронно¬
лучевой сварке. Процесс сопровождается электронной и ион¬
ной эмиссией, тепловым и рентгеновским излучением (энер¬
гия до 2 кэВ), часть энергии луча отражается от поверхности.
Плазменный факел вблизи детали, поглощающий часть энер¬
гии, легко сдувается при мощности 1 кВт газом, что сужает
и углубляет шов.Лазером разрезают и сваривают керамические материалы,
нержавеющую и другие легированные однородные и разно¬
родные стали, включая трубы из высокопрочных сталей для
арктических трубопроводов. Она перспективна в машинострое¬
нии, радиоэлектронике, авиационной, космической и химичес¬
кой промышленности.В установках для сварки важно точное изготовление меха¬
нических систем и защиты оптики от паров и брызг.Световая, или фотонная, сварка — сварка, осуществлен¬
ная нагревом световым лучом, получаемым от газорядных ксе-
ноновых, галогенных и других ламп накаливания, а также от
солнца. Бесконтактный подвод энергии, достаточная ее кон¬
центрация (103 Вт/см2), возможность нагрева металлов и не¬
металлов в контролируемой и обычной среде при пропускании
луча через прозрачные оболочки, незначительное механичес¬
кое воздействие на расплав (можно сваривать тонкие детали
на весу) выгодно отличают этот способ сварки от других.Ксеноновая лампа как источник энергии имеет шаровой
баллон из кварцевого стекла. Ксенон в баллоне под давлением
обжимает дугу, обеспечивая интенсивное излучение. В галоген¬
ных лампах вольфрамовая спираль находится в инертном газе17
с добавками йода. Равномерный нагрев обеспечивают различ¬
ными отражателями (рефлекторами), а зону нагрева ограничи¬
вают защитными диафрагмами или насадками с отражательной
поверхностью.Источник света 1 (рис. 10) размещается перед отражателем
2, а сфокусированные лучи линзой 10 концентрируют нагрев
и расплавляют деталь 6. При сварке половина теплоты теряет¬
ся. Световой сваркой соединяют и паяют тонкостеннные (0,02 ...
1,0 мм) детали, металл со стеклом и керамикой. Скорость
сварки (25 ... 60 см/мин) не уступает скорости дуговой сварки
деталей таких же толщин.Ксеноновая лампа питается от источника 9 через токопод-
воды 3 и блок поджига 8, кратковременно подающего импуль¬
сы высокого напряжения на электроды лампы. После отража¬
теля 2 при открытом затворе 4 лучи фокусируются через линзу
и сопло 5 на деталь 6. Система настраивается узлом подвески
и юстировки отражателя 7.§ 3. Классификация и основные видыконтактной сваркиКонтактная сварка - сварка с применением дав¬
ления, при которой нагрев производится теплотой, выделяемой
при прохождении электрического тока через находящиеся в
контакте соединяемые части.Нагрев проводника током, впервые отмеченный русским
академиком Э. Ленцем и английским физиком Д. Джоулем,
обусловлен направленным движением валентных электронов.
По закону Джоуля-Ленца теплота Q, выделенная за время
t при прохождении постоянного тока I через твердый или жид¬
кий проводник с сопротивлением R, равна Q = kPRt, где к —
коэффициент пропорциональности.Активное сопротивление участка между электродами Лээ
складывается из следующих сопротивлений (рис. 11): Иээ -
= R + 2R + 2Д , гдеД - контактное сопротивление, R —К	ЭД	Д	К	т>	дпереходное сопротивление электрод - деталь, Кд — сопротив¬
ление детали.Сопротивление R непрерывно изменяется из-за изменения
состояния контактов, температуры и теплофизических
свойств свариваемого металла.Известно, что с увеличением длины проводника тока / и
удельного сопротивления р и уменьшением сечения проводника
F сопротивлениеR увеличивается: R =пр lfF9 гдет>1 — коэф¬
фициент поверхностного эффекта, учитывающий неравномер¬
ное распределение переменного тока по проводнику.С учетом зависимостей Q =kf2Rt, R =mpl/FuI = U/R можно18
гпРис. 11. Общее сопротив¬
ление участка контактной
сваркиРис. 12. Схема машины для контактной
сварки:П - пускатель, ТВ - тиристорный вы¬
ключатель, БУ - блок управления, ТС -
сварочный трансформатор, КС - контур
сварочный, ГП - гибкая перемычка, ЭГ -
электродная головка| Контактная сварка ]По форме
сварного соединения—I—По роду
сварочного токаПо виду
источника
энергииПо количеству
одновременно свариваемых точекПо характеру
протекания процесса[Одноточечная |[71вухточечная|| Многоточечная ЦОплавлением]|Сопротивлением*|По характеру оплавленияРис. 13. Классификация видов контактной сварки
найти количество теплоты Q, которое нагревает проводник
до требуемой температуры Т: Q = klf1 Ft/(mpl). Определение
Q затруднено изменением р im,a также потерями теплоты кон¬
векцией, лучеиспусканием и теплопроводностью. Без учета
потерь теплопроводностью нагрев проводника от Tt хдо Т2
(на Д 7) зависит от плотности тока /, причем у круглых провод¬
ников наДТ влияет их диаметр cf, а у плоских — отношение
сечения F к периметру П проводника: ДТ = pj2d/(4k); АТ =
= pj2F/(m).Из равенств видно, чем меньше d или F/П, тем для нагре¬
ва проводников на ДГ необходимо большее /\Для нагрева при контактной сварке используется перемен¬
ный, выпрямленный, низкочастотный и импульсный токи,
которые подводятся к деталям при их сдавливании электрода¬
ми. Теплота выделяется на сопротивлениях Лэд, RK иЛд. Для
контактной сварки важен местный нагрев с преимущественным
тепловыделением на RK. Для уменьшения нагрева на R^ ис¬
пользуют электро- и теплопроводные электроды.При нагреве переменным током используют понижающие
напряжение сварочные трансформаторы ТС (рис. 12), которые
подсоединяются к сети через пускатель П и тиристорный вы¬
ключатель ТВ, управляемый блоком управления БУ. Ток регу¬
лируют переключателем ступеней мощности ПС. Сварочный
ток / при контактной сварке зависит от электродвижущей
силы Е источника, активного R и индуктивного X сопротивле-
ний сварочного контура машины и деталей: /с = Е/у/к1 VБольшие токи в сварочном контуре КС получают, резко
понижая напряжение сети трансформатором. Для уменьшения
R и X при больших / проводники контура сближают и изго¬
товляют из меди или ее сплавов (иногда из алюминия) боль¬
шого сечения, уменьшают количество переходных контактов
и размещают трансформатор как можно ближе к электродной
головке ЭГ.Классификация контактной сварки приведена на рис. 13.Точечная контактная сварка — контактная
сварка, при которой соединение деталей происходит на участ¬
ках, ограниченных площадью торцов электродов, подводящих
ток и передающих усилие сжатия Р .При точечной сварке детали обычно располагают на нижнем
электроде 1 (рис. 14, а). После опускания верхнего электрода
3 и сжатия деталей усилием Рс по цепи пропускают ток, нагре¬
вающий детали до плавления на небольших контактируемых
участках 2, называемых точками (рис. 14, б). Затем верхний
электрод поднимают и детали перемещают в новое положение.Шовная контактная сварка — контактная20
Рис. 14. Схема точечной сварки(а)	и сварные точки (б)сварка, при которой соединение деталей выполняется внах¬
лестку вращающимися дисковыми электродами с образовани¬
ем непрерывного или прерывистого шва.При шовной сварке соединение состоит из ряда точек,
образующих сварной шов (рис. 15, б), а электроды — ролики1	и 2 (рис. 15, а) — перемещают детали или катятся по ним.
Если расстояние между точками за счет удлинения пауз между
импульсами тока увеличить, то вращающимися электродами
можно получить производительную точечную сварку.Стыковая контактная сварка — контакт¬
ная сварка, при которой соединение свариваемых деталей про¬
исходит по поверхности стыкуемых торцов.При стыковой сварке зажатые электродами-губками уси¬
лием Рзаж детали соединяются по всей поверхности их контак¬
та при осадке усилием PQ после местного нагрева соединяемых
концов (рис. 16, а). Усилие P3SfK обычно значительно больше
PQ. После сварки деталь имеет в стыке грат (рис. 16, б)у кото¬
рый часто удаляется механической обработкой.Рельефная сварка - контактная сварка, при кото¬
рой соединение деталей происходит на отдельных участках по
заранее подготовленным или естественным выступам.При рельефной сварке детали контактируют по выступам-
рельефам (рис. 17, а) и сжимаются между электродом 3 и
контактной плитой 1 с электродными вставками 2 или без них.
Рельефная сварка может осуществляться по одному или не¬
скольким (рис. 17,5) рельефам одновременно.Шовно-стыковая сварка — контактная сварка,
при которой стыковой шов образуется последовательным
нагревом и сжатием соединяемых кромок. При шовно-стыко-
вой сварке зажатые в приспособлениях или прихваченные детали1	и 2 сжимаются одним или двумя вращающимися дисковыми
электродами 3 и 4 (рис. 18, а). Соединение формируется при
деформации концов деталей и почти полном устранении на¬
хлестки (рис. 18,5).При всех видах контактной сварки сваренную деталь или
узел освобождают от электродов при выключенном токе.21
6)Рис. 15. Схема шовной сварки
(а) и сварной шов (б)Рис. 16. Схема стыковой свар¬
ки (о) и сварной стык {б)Рис. 17. Схема рельефной сварки (я) и сваренные релье¬
фами детали (б)Рис. 18. Схема шовно-стыковой сварки
(а) и сварной шов (б)
Рис. 19. Электродные головки точечной (д), рельефной(б), стыковой (в) и шовной (г) машинВ целях свободного перемещения одного из электродов
контур имеет гибкую перемычку /77 (см. рис. 12). Электрод¬
ная головка ЭГ в зависимости от способа сварки, формы дета¬
лей и технологических приемов может иметь разное конструк¬
тивное исполнение (рис. 19,1, 2 — электроды).Для каждого вида сварки создана серия универсальных
и специальных машин. Технические требования к контактным
машинам изложена в ГОСТ 297 - 80.
Глава И. НЕКОТОРЫЕ ВИДЫ СВАРКИ ДАВЛЕНИЕМ
И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НИХ§ 4. Холодная сваркаХолодная сварка осуществляется без внешнего нагрева
соединяемых частей при значительной пластической деформации.
Преимущественное течение металла в плоскости соединения,
необходимое при сварке на воздухе, достигается вдавлива¬
нием в детали инструмента, их осадкой (с ограничением де¬
формации около стыка) или сдвигом, совмещенным с осад¬
кой. Осадку совмещают со срезанием грата или его надреза¬
нием губками при образовании усиления в стыке (рис. 20, б)
или без него (рис. 20, а). Инструмент 3 вдавливают с одной
(рис. 20, в) или обеих сторон деталей 1, иногда после их пред¬
варительного сжатия пуансоном 2 (рис. 20,г). При растекании
металла разрушаются и вытесняются из зоны соединения поверх¬
ностные пленки, сглаживаются микронеровности и создаются
активные очаги взаимодействия частиц поверхностей.Хрупкие пленки Ni и Сг толщиной 5 15 мкм, наносимые
электролитически или химически на А1 или Си, а также неко¬
торые искусственные оксиды, разрушаясь хрупко, облегчают
взаимодействие частиц между поверхностями. Жировые пленки,
растекаясь в плоскости соединения, затрудняют сварку. Тол¬
щина и тип покрытий в этой связи существенно влияют на
качество соединений.В глубоком вакууме требуемая степень деформации при
Т = 20° С у Sn, Pb, Cd снижается до 1,5; 2 и 5% соответственно,
а при - 196° С до 3, 10 и 26%.Таким образом, повышение Т9 нанесение хрупких пленок
определенной толщины, разряжение воздуха и хорошая зачист¬
ка снижают требуемые степени деформации в зоне соединения.Жировые пленки удаляют растворителями или прокалива¬
нием. Окислы зачищают вращающейся со скоростью 1500
3000 об/мин стальной щеткой. Абразивы, внедряемые в металл,
нежелательны.Торцы перед стыковой сваркой торцуют, строгают, обре¬
зают специальными ножами или кусачками. Чем пластичнее
металлы, ровнее и чище их поверхности, тем качественнее
они свариваются. Детали обычно сваривают сразу после за¬
чистки, не позднее 20 с. Выдержка песле зачистки щетками до
20' мин ведет к утолщению окисных пленок и колебаниям
прочности с ее снижением в 2 3 раза. У А1 критическая вы¬
держка не превышает по расчетам ~ 4 с. После никелирования
пленка не растет и зачистки щетками не требуется. Порог схва¬
тывания уменьшается с уменьшением толщины, а разрушение
становится более однородном с увеличением толщины пленки.
При стыковой сварке критическая деформация определяется
отношением прочностей отожженного и деформированного
металла. В последнем случае требуемая деформация больше.
Поэтому металлы лучше сваривать в отожженном состоянии.
Для А1 и Си критическая деформация близка к 80 ... 83%.Свариваемость, следовательно, также зависит от прочност¬
ных характеристик металла и кинетики окисления после за¬
чистки. Соединение формируется на участках симметрично
разрушаемых поверхностных пленок. С увеличением степени
деформации очаги схватывания растут и объединяются, а в
прилегающем объеме снижаются напряжения, чем предупреж¬
дается разрыв образовавшихся связей. Чистые поверхности
с окисленными, как правило, не свариваются.У однородных пластичных металлов (А1, Си) частицы по¬
верхностей вступают во взаимодействие одновременно с нача¬
лом деформации, а у разнородных твердых металлов — взаи¬
модействие начинается позже.Начальное схватывание проявляется у всех металлов, а25
качественная сварка у некоторых металлов требует столь слож¬
ных приемов, что становится нерациональной.Хорошо свариваются металлы с гранецентрированной ре¬
шеткой (алюминий, медь, серебро, золото, платина, никель),
труднее — металлы с кубической решеткой (а - железо, хром,
молибден) и еще труднее — с гексагональной решеткой (цинк,
бериллий), хотя титан с такой же решеткой сваривается удов¬
летворительно. Наиболее легко свариваются алюминий, медь
и серебро, а также их некоторые сплавы. Перспективна сварка
аустенитных сталей, титана и ниобия. Плохо сваривается угле¬
родистая сталь. Для трудносвариваемых металлов используют
прокладки из алюминия, меди, никеля и др.С увеличением степени деформации пластичность исходно¬
го металла (в частности, алюминия) снижается с 75 до 55
60%, а прочность ов повышается с 80 до 160 ... 180 МПа.Менее пластичные металлы (Fe, Ni и др.) сваривают при
степенях деформации больших, чем это необходимо для раз¬
рушения окисных пленок. Замедленное снятие напряжений
и повышение твердости металла соединения могут приводить
к его разрушению.Сварка вдавливанием осуществляется круг¬
лыми или прямоугольными пуансонами на деталях толщиной
0,2 15 мм. Глубина вдавливания h (степень деформации, %),
влияющая на степень растекания металла в соединении зависит
от материала деталей, состояния их поверхностей, формы пуан¬
сона и используемого оборудования. Ее обычно используют
в качестве параметра, непосредственно связанного с толщиной
деталей б и состоянием поверхностей. Так, для качественной
сварки деталей из In при 6 = 1 мм, пуансоном d = 5 мм после
зачистки щеткой h = 10%, после отжига h = 35%, а после отжига
и зачистки щеткой h = 50%. Свинец после зачистки шабером
сваривают при h = 86%, а Си, Fe и низкоуглеродистую сталь —
при h =90; 81 и 84% соответственно.При точечной сварке без зажатия прочность растет с увели¬
чением вдавливания до 60 ... 70% и давления для алюминия до
250 МПа и меди до 800 МПа. Повышение давления улучшает
качество. Очаг сварки при зажатии дополнительным пуансо¬
ном 2 (см. рис. 20, г) деталей 1 больше d пуансона 3. Давление
на опорные части при сварке алюминия толщиной 2 мм 110
120 МПа.^ Сварка с предварительным зажатием по сравнению с обыч¬
ной повышает прочность на 20%. Прочность у полос толщиной1	5 мм растет с увеличением диаметра рабочего инструмента
до 5 6 мм, а при диаметре инструмента более 9 мм качество
неудовлетворительно. Мягкие металлы сваривают круглым
пуансоном, а нагартованную медь, алюминий и их сплавы —
прямоугольным. Ширина пуансона b = (1 3) б, его длинаПлощадь прижимов в 15 20 раз больше площади пуан¬
сона. Давление на пуансоне выбирается с учетом толщины
деталей и требуемого качества.Шины Си + Си при 6 = 10+ 10, 8 + 8 и 6 + 6 мм сваривают
без дополнительного зажатия при h = 80% пуансонами d = 12,
10 и 8 мм с прочностью (0,84 0,94) ов материала шины.
Электрическое сопротивление соединений такое же, как у
целой шины. У наклепанного и отожженного А1 h = 65 и 60%
(ав = 60 и 50 МПа), электротехнической Си h- IQffo (ав =
= 130 МПа), а у Pb h = 98% (ав = 20 МПа). С увеличением 5
от 1 до 3 мм h увеличивается с 77,3 до 81% у Си и с 79 - до
80% у Ni. У разнородных материалов вдавливание выбирают
по наиболее пластичному металлу.Закрепленные в заостренных и без заострения губках 2
стержни 1 с пластинами 3 сваривают при одностороннем
(рис. 21, а) и двустороннем деформировании (рис. 21,5) плас¬
тин, зачищенных щеткой. Пластины А1 при толщине 6 = 10 мм
сваривают со стержнем d = 10 мм при h - IQffo. Прочность сое¬
динений Си стержней с пластинами из А1 при обеих схемах
84 ... 88 и 55 ... 60% ав стержня. Уменьшение 5 с 10 до 6 и 3 мм
требует увеличения h с 50 до 70 75 и 88 ... 90%. Особо проч¬
ные алюминиевые сплавы свариваются плохо. Плакированный
сплав Д16 в закаленном и отожженном состоянии удовлетво¬
рительно сваривается пуансонами 10x5 мм. Предварительное
прижатие устраняет коробление деталей. Прочность на срез при/=(2 ...3) Ъ.Рис. 21. Схема Т-образной сварки
односторонним (а) и двусторонн:
вдавливанием (б)Рис. 22. Схема автоматической
тановки (а), обрезки (б) и свар
(в) проволоки27
h > 86% достигает 0,78 ав основного металла. Ширина пуан¬
сона не должна быть более */ ширины деталей. Сварка с про-
давливанием кромок одной из деталей через пуансон с установ¬
ленной в нем второй деталью применяется при сварке бидонов.
Герметичным швом роликами без выступов с раздавливанием
кромок получают соединения 5 = 0,5 ± 0,5 мм, выдерживающие
давление 0,12 МПа, а 0,5 + 2 мм - 0Д0 МПа. Корпуса электрон¬
ных приборов герметизируют односторонним вдавливанием
пуансона с h - 80%. Разнородные материалы сваривают при
плоском пуансоне со стороны мягкого металла.Стыковая сварка обеспечивает высокую прочность
и достаточную пластичность соединений. Повторная осадка
повышает качество соединения.При повторной осадке суммарная величина деформации
соединений алюминия меньше, чем при непрерывной осадке.Основной схемой стыковой сварки является осадка в
зажимах с заостренными торцами, имеющими скос 20 ... 30°
(а = 60 ... 70°, см. рис. 20, а). В производственных условиях
алюминий сваривают при рс = 260 МПа. Ориентировочно уси¬
лие рс выбирают из соотношения рс -PJF ^ 4ат, где F ~ кон¬
тактная площадь; ат — предел текучести.С повышением температуры рс уменьшается. Помимо
рс режим определяется суммарной установочной длиной Ц +
+ 12, степенью и схемой деформации и числом осадок. Про¬
дольный изгиб предупреждается при lx+ h < 3d (5). Алюми¬
ний при осадке с медью укорачивается в 1,2 1,5 раза силь¬
нее и требует большего припуска. У однородных металлов
h + /2 близка к d или 5, а у разнородных — обратно пропор¬
циональна их твердости. Например, при сварке прутков меди
и алюминия она соответственно равна d + 1,25d.Стыковой сваркой соединяют проволоку, стержни, кольца,
трубы и различные сложные катаные и прессованные профили.
Соединения наряду с высокой прочностью имеют хорошую
электропроводность и герметичность.Пластичность соединений такая же, как у наклепанного
металла. Отжиг, обычно снижая прочность, повышает пластич¬
ность. Алюминий отжигают при 100 200° С, соединения из
серебра и меди при 700° С и железо при 800° С. Если соеди¬
нение недостаточно качественное, то отжиг также повышает
прочность. Основными дефектами холодной сварки являются
непровар, нарушение герметичности, отклонения в размерах
и чрезмерное ослабление деталей при большом вдавливании.Наиболее широко холодной сваркой соединяют медные
провода, используя губки с насечкой. При сварке проводов
сечением 8,5 мм губки не должны сходиться ближе чем на28
1,2 мм, а сечением 100 мм2 — на 1,7 мм. Так как при одной
осадке соединения хрупки, то делают две. Перед резкой на
длине 200 мм провод отмывают от грязи, жира и графита смо¬
ченной в бензине ветошью. Провода меди МФ сечением 100 ...
150 мм2 сваривают после зачистки металлической щеткой,
травления в 25 30%-ном растворе азотной кислоты, нейтра¬
лизации в растворе питьевой соды и обезжиривания пламенем
газовой горелки. Торцы при этом обрезаются перед сваркой
по двухопорной схеме (рис. 22). Сваривают на машинах с
Рс =4 105 Н при двух осадках с /i + /2 = 12 + 12 мм и /3 +
+ /4 = 13 + 13 мм и увеличении сечения в стыке в 1,5 ... 1,6 ра¬
за (утолщение 5 7 мм), что обеспечивает работоспособность
соединения, не уступающую целому металлу. При l\ = /2 - d
ударная долговечность равна целому проводу. Если d = 12 мм,
то при li + /2 = 13 + 11 = 2d долговечность снижается, хотя
прочность соединения остается на уровне прочности провода.
Предельная несоосность по вертикали ограничи¬
вается 0,3 мм, а по горизонтали 0,5 мм. Проскальзывание при
первой и второй осадке недопустимо.Высокая пластичность окисных пленок свинца затрудняет
его холодную сварку. Полосы сечением 500 х 8 мм встык свари¬
вают с использованием зажимов, имеющих скос 45° на глубину1,5 мм около стыка и плоские площадки по 6 мм с обеих сто¬
рон, заканчивающиеся скосом 30° С увеличением степени
деформации от 80 до 100 и 125% при сварке РЬ + РЬ угол загиба
повышается от 35 до 60 и 180°. При деформации 130% соеди¬
нения хрупки (угол загиба 30°) .Холодная сварка сдвигом не нашла широкого применения.
Холодной сваркой соединяют выводы обмоток электродвига¬
телей, герметизируют полупроводниковые приборы и их ох¬
ладители, оконцовывают алюминиевые провода и шины мед¬
ными наконечниками, приваривают флажки и сваривают ем¬
кости из алюминий. Холодную сварку производят на пневмати¬
ческих, гидравлических и пневмогидравлических машинах.Машина МСХС-08 пневматическая с Р’ = 8000 Н (8 кН) ,
рассчитана на стыковую сварку А1 при F = 0,5 7 мм2, а также
Си и А1 + Си при F = 0,5 ... 4 мм2Машина МСХС-5-3 пневматическая с Р = 50 кН, рас¬
считана на стыковую сварку проводов А1 при F= 2 30 мм2,
а также Си и А1 + Си при F = 2 ... 20 мм2Машины МСХС-2005 и 1203 гидравлические с рос =
= 50 кН и 12 кН, рассчитаны на стыковую сварку проводов
из А1 при F = 6 ... 50 и 30 ... 95 мм2Машина МСХС-802 гидравлическая с Р = 80 кК, рас¬
считана на стыковую сварку проводов и шин из А1 при F =29
= 6 ... 100 мм2, а также Си и А1 + Си при F = 6 80 мм2
Вмашинах МСХС-802,2005 и 12003 автоматизированы
обрезка встроенным резаком установленных вручную деталей
по убирающемуся упору, точное задание 1\ и /2> сварка с одной
и двумя осадками, срезание грата и выталкивание проволоки
из зажимов. Это повышает производительность и стабилизи¬
рует качество соединений. В машинах МСХС-12003 использован
автономный резак.Машины МСХС-20-3 и 120-2 гидравлические с Р =
= 200 кН и 1200 кН, рассчитаны на стыковую сварку деталей
из А1 при F = 20 ... 200 и 100 ... 1500 мм2, а также Си и А1 +
+ Си при F = 20 120 и 100 и 1000 мм2. Для точечной сварки
можно использовать следующие машины:машина УТХС-10 пневмогидравлическая с Р = 100 кН,
рассчитана на точечную приварку флажков толщиной о = 1,5 мм;машина МХСА-50-3 пневмогидравлическая с Р^ =
= 1200 кН рассчитана на армирование точечной сваркой деталей
медными прокладками 60 х 60 мм.§ 5. Сварка взрывомСварка взрывом — сварка, осуществляемая в результате
вызванного взрывом соударения быстродвижущихся деталей.
При взрыве энергия газообразного взрывчатого вещества ВВ
ускоренно перемещает привариваемую деталь, нагревает и
деформирует соединяемые поверхности. От холодной сварки
она отличается высокой температурой плавления Г , боль¬
шими скоростями и меньшей величиной деформации.Перед соударением нижнюю де-
v	таль 2 кладут на плотное осно-вание 7, а верхнюю деталь 5,
Щ называемую метаемой, — на опо-
. к	я	параллельно нижней с зазо-ШМШ^<т~игтн р°м h вди под углом 7 (рис- 23>-иа\	уг —^ | ^ Слой ВВ на верхней детали, имею¬щий для устранения подгаров
буферный слой 4 из фибры,
дерева, резины и т. п., после
Рис. 23. Схема сварки взрывом срабатывания детонатора воспла¬
меняется, создавая ударную волну.
Фронт детонации Д, создавая фронт разлета продуктов взрыва
В, движется с большой ( > 10 м/с) скоростью v , а давление
во фронте волны разряжения Р достигает 10 ... 20 МПа. Верхняя
деталь при соударении дважды перегибается (см. рис. 23).Из угла схождения деталей вылетает облако мелких горячих30
частиц, очищающих поверхности под большим давлением.
Этот выброс неравномерен. Если скорость сварки vQ больше
скорости звука i>3, то параллельные детали соударяются рань¬
ше их очистки, и сварка невозможна. Скорость детонации у.,
повышаясь с утолщением h вв, изменяется для известных ВВ
в зависимости от занимаемой ими площади от 2000 до 8000 м/с,
она превышает в 1,2 раза скорость звука и3 в свариваемом
металле. Стабильность ид зависит от h вв, плотности ВВ и раз¬
мера его зерен. Составом смеси ид регулируют грубо, а высо-
той - точно. При больших ид требуемое давление сварки
Р повышается в 10 50 раз по сравнению с ат материала.
Перед взрывом закрепленные детали устанавливаются на чис¬
тый фундамент бронеямы (или специального сооружения) с
крышками. Перед сборкой поверхности детали зачищают метал¬
лическими щетками или химическим травлением. На поверх¬
ностях не должно быть окалины, ржавчины и жировых пленок.
Окончательно поверхности очищают салфетками, смоченными
спиртом (для удаления влаги).Далее в коробку высотой /*вв насыпают и выравнивают
слой ВВ. После установки электродетонатора собирают под¬
рывную магистраль. Для безопасности организуется оцепление,
удаляется персонал в укрытие, подается боевой сигнал и под¬
рывается заряд.После взрыва крышки бронеямы раздвигаются, включа¬
ется вентиляция, удаляются продукты сгорания ВВ и начина¬
ется новый цикл.Высокие скорости и незначительный нагрев деталей позво¬
ляют сваривать практически все сочетания металлов без замет¬
ного образования неблагоприятных прослоек.При сварке взрывом возможны в зависимости от параметг
ров соединения с прямой или синусоидальной границей без
литой структуры, с вихревыми зонами и участками расплава,
усадочными трещинами, выхлопами и пустотами. Достоин¬
ства сварки взрывом обусловлены дешёвым и транспортабель¬
ным видом энергии, низкой ее стоимостью и низкими затрата¬
ми на организацию производства. Прочность и пластичность
соединений в 2—4 раза выше прочности металла в исходном
состоянии. Термообработка несколько снижает эту прочность.
Высокую твердость металла в соединении иногда снижают
нагревом до 200 ... 300° С.Наиболее широко сварку взрывом применяют при плаки¬
ровании {плакирование — нанесение на металлическую поверх¬
ность тонкого слоя другого металла). В качестве основы при¬
меняют углеродистые, низколегированные и нержавеющие
стали, цветные металлы, а плакируют ферритными и нержа-31
веющими сталями, алюминием, медью, сплавами никеля, тита¬
на и др.Для коррозионностойких, медных и никелевых сплавов
толщина плакирования равна 1,6 19 мм, титана и его
сплавов — 1,6 9,5 мм, толщина основы должна быть вдвое
больше, но не меньше 12,5 мм. Чем больше площадь плаки¬
рования Fn, тем меньше .Взрывом плакируют листы, трубы и другие детали, прива¬
ривают головки болтов, соединяют металлы, дающие при других
способах хрупкие соединения, а также соединяют детали слож¬
ной формы (трубные доски с трубами) . Ее используют в завод¬
ских и монтажных условиях для исправления дефектов труб,
изготовления теплообменников. Прочность соединения в основ¬
ном зависит от конечной скорости ик, влияющей на PQ и вво¬
димую энергию. С увеличением vk прочность растет. При опре¬
деленных vk отмечается скачок за счет исчезновения физичес¬
кой микронеоднородности. Числовые значения v зависят
от толщины и состава соединяемых материалов. Так, сплав
ВТ 1-1 (6=2 мм) со сталью СтЗ соединяют при v = 530 м/с,
ВТ6 (5=6 мм) со сталью 10Г2СД - 420 м/с и для ОТЧ-1 (5 =
= 10 мм) со сталью 12Х18Н10Т — 360 м/с. Области высокой
прочности у однородных материалов значительно шире. С повы¬
шением исходной твердости обоих или одного материала при
неизменных параметрах уменьшается длина и амплитуда волн
на границе раздела и увеличивается относительная протяжен¬
ность оплавленных участков, что может снижать прочность раз¬
нородных соединений. Так, с увеличением твердости стали
СтЗ в два раза прочность соединения с титаном ВТ1 уменьша¬
ется с 350 U/мм2 до нуля.На прочность также влияет отношение массы ВВ к массе
соединяемого металла. Способы сварки взрывом и приемы
непрерывно совершенствуются, а области ее применения рас¬
ширяются.§ 6. Диффузионная сваркаДиффузионная сварка осуществляется за счет взаимной
диффузии атомов контактируемых частей при относительно
длительном воздействии повышенных температур и незначитель¬
ной пластической деформации. Сварку выполняют в вакууме,
инертных газах или при ограничении доступа кислорода к сое¬
диняемым поверхностям. Поступление кислорода ограничи¬
вают обваркой зоны соединения по контуру или завариваемой
острой кромкой по периметру сечения. Иногда используют
жидкие среды из смеси солей с температурой плавления, близ-32
кой к Тс. Обычно сваривают в вакууме при Т = 0,5 ... 0,8 Т 9
tc = 60 ... 1300 с, давлениях рс = 2 20 МПа и разряжениях
г? = 1,33 10” 3 1,33 10“5 Па. Поверхности очищают от окис¬
лов, масла и других загрязнений; с уменьшением их шерохо¬
ватости сварка облегчается. Часто поверхности подготавливают
точением с 6-м классом шероховатости, при черновой обработке
и шлифовании прочность соединений ниже, а Тс, рс и tc выше.
Так, титан при tc = 60 с качественно сваривается после токарной
чистовой обработки и шлифования соответственно с деформа¬
цией 4 6 и 3 5% при рс = 15 МПа и Т = 1100 ... 1000° С,
а после полирования при Т = 800° С с деформацией 1 2%.
Обезжиривание четыреххлористым углеродом предпочтительнее
протирки ацетоном.6В> МПа600иоо200О110{уQfmЩоо*Г|водлс\ь:6мш\6д, МПаw 20 зо пор,мпа
°)600
m
200
обв, МПа100*800°С12 4 6 8 Ь.мин5)600500m300ЮСWCSOLг С^t-2'мин■ 1' Р=20 МПа1 j—j—W'1 Ю'ЧО'З-иЦПа
6)Рис. 24. Зависимость прочности соединения ав от давления Рс
(а), длительности сварки tc(6) и разряжения среды (в)Прочность низкоуглеродистых сталей при TQ = const повыша¬
ется с ростом рс (рис. 24, а), однако при Тс > 1000° С она
начинает уменьшаться. Вместе с тем при повышении рс от 20 до
50 МПа прочность повышается мало. Конструкционные стали,
сваренные при Г, = 800 и 900° С и рс = 5 и 10 МПа не равно¬
прочны исходному материалу и разрушаются по соединению.
Повышение рс от 10 до 50 МПа делает их равнопрочными с
исчезновением границы раздела в микроструктуре. При 50 МПа
заметно снижение прочности. С повышением Т от 1000 до
1100° С при 50 МПа относительная деформация соединений
близка к 4,5 и 16%, а при рс = 20 МПа — к 1,5 ... 2%. Такого
рода зависимости справедливы и для ряда других конструк¬
ционных материалов.Повышение Т от 900 до 1000° С увеличивает ав тем силь¬
нее, чем больше t (рис. 24, б) и больше разряжение (рис. 24, в).
С повышением Гс от 900 до 1100 С при" сварке титанового
сплава Т5-1 ударная вязкость а повышается на 10%, а отно¬
сительное удлинение А/ с 8,5 до 17%. При tQ = 7 мин с повы¬
шением pQ выше 20 МПа ав изменяется незначительно. Вместе
с тем чрезмерное tQ снижает и дн, а малые t при низкихс	33Зак IIB8
TQ из-за остаточных напряжений могут быть причиной разрыва
образовавшихся связей.Взаимодействие частиц деталей обеспечивается деформацией
одного, обоих металлов или прокладок. Охлаждение под на¬
грузкой до 100 ... 200° С снижает удлинение с 13 до 7%, а до
600 ... 1000° С — до нуля. Для практики наиболее часто исполь¬
зуют разряжение 1,33 10"2 1,33 10“3 Па. Его выбирают
с учетом склонности материала к окислению, отношения твер¬
достей металла и окислов и особенностей их поведения при
нагреве в вакууме. Поверхностные слои металла из-за наличия
дефектов и снижения критических напряжений сдвига дефор¬
мируются быстрее, чем глубинные. Взаимодействию частиц
также способствует возгонка окислов, их испарение и раст¬
ворение в металле. В рассмотренных ранее режимах время
сварки t не включает потери на создание вакуума и откачку
выделяющихся при нагреве газов.Жаропрочные сплавы и тугоплавкие металлы из-за повышен¬
ной прочности сваривают при Т = 0,7 7^. Давление деформа¬
ции при малых ее скоростях шшзко к ат материала при Гс.
На практике его выбирают несколько выше. В ряде случаев
для жаропрочных и некоторых других материалов применяют
свободные от окислов прокладки в виде фольги или гальвани¬
ческих покрытий, напыленных пленок или порошков, которые
благодаря более низкому ат легко деформируются, обеспечи¬
вая требуемый физический контакт. Температуру при этом вы¬
бирают, исходя из создания условий для объемной диффузии.
Так, например, сплав ВТ14 с БрХ08 соединяют через прослой¬
ки Мо и Ni толщиной 0,1 мм сразу после плазменного напыле¬
ния в защитной среде.Возможно применение и набора прокладок. Для низколе¬
гированных сталей благоприятны прокладки из меди и сереб¬
ра, а для легированных — титан: Гомогенизирующий отжиг
при 900° С заметно изменяет структуру и свойства соединений
в результате интенсивного диффузионного обмена в зоне
контакта.Для качественной сварки характерен плавный переход
структур. Наличие переходного слоя и нес плотностей указы¬
вает на нестабильность качества. При сварке однородных мате¬
риалов процесс завершается образованием общих зерен, а разно¬
родных — образованием новых фаз.Механические свойства зависят от количества несплош-
ностей, объединенных межзеренной границей. Полное устране¬
ние несгоюшностей за малое время сварки t невозможно.
Несплошности в зернах и на их границах резко снижают удар¬
ную вязкость. При постоянной нагрузке скорость деформации
34
и рост прочности снижаются, a tQ растет. Программирование
давления, создание особых схем деформации, точное регулиро¬
вание Г , ультразвуковые колебания, магнитные поля и другие
ускоряют сварку. При сварке керамики и кварца через медь
и алюминий микровыступы соединяемых поверхностей не
деформируются и их рельеф полностью повторяется поверх¬
ностями прокладок.Диффузионной сваркой соединяют однородные и разнород¬
ные металлы, неметаллы, а также многослойные металлы.Для соединения керамики с металлом используют сплавы
с добавками активных металлов, окислы которых имеют более
высокую теплоту образования, чем окислы, образующие осно¬
ву керамики.Сплав ВК8 со сталью 20 соединяют через никелевую фольгу
толщиной 0,1 мм. Металлокерамику TiB2 + 6% Мо и TiB2 +
+ 20% TiC со сталью сваривают, используя для передачи давле¬
ния емкость с толстостенной оболочкой, заполненную жидким
при температурах сварки материалом.Медная фольга из Ml, М2, М3 для токоподводов свари¬
вается в вакууме на машине МТВ-1601 при использовании гра¬
фитовых электродов, давлении 13 МПа и температуре 920
960° С.При диффузионной сварке детали
помещают в камеру 6 (рис. 25), из
которой вакуумными насосами 1 и2	через маслоотражатель 3 и высо¬
ковакуумные затворы 5, 12 после¬
довательно откачивается воздух.Детали 13 нагревают нагревателем 4
и сдавливают через промежуточный
шток 7 усилием Р, создаваемым гид¬
роцилиндром 8, который питается от
насоса 9 и управляется клапаном 10.Масло забирается насосом из SaKaii.Детали нагреваются введенным в
камеру индуктором. При нагреве и
сварке непрерывно удаляются обра¬
зующиеся в камере газы. Для нагрева
наряду с током высокой частоты ис¬
пользуются вольфрамовые и графито¬
вые (нагрев до 2500 ... 3000° С) мо¬
либденовые и титановые (нагрев до
1360 ... 2360° С) или нихромовые (нагрев до 1000° С) радиацион¬
ные нагреватели, непосредственное протекание тока (электрокон-
тактный нагрев), тлеющий разряд, инфракрасное излучение и др.
2*для диффузионной сварки
с индукционным нагревом
деталей
В настоящее время разработано большое количество раз¬
нообразных однопозиционных (и многопозиционных) устано¬
вок с разными источниками нагрева.Создана серийная универсальная машина МВД-301 мощ¬
ностью 100 кВт, предельным остаточным давлением воздуха
6,7 10"3 Па (5 10”5 тор), Гн = 1500° С5РС =30 кН и индук¬
ционным нагревом. Сварочная камера размером 420 х 420 х
х 420 мм рассчитана на диффузионную сварку деталей сече¬
нием до 3000 мм2 из однородных и разнородных металлов
и их сплавов. Пневморычажный привод давления обеспечивает
статическое, динамическое и циклическое нагружение. Привод
допускает перемещение деталей относительно индуктора с
регулируемой скоростью без снятия давления, скорость изме¬
нения Р и Г и длительность пауз регулируются в широких
пределах. Возможна сварка деталей пакетом и их термообра¬
ботка или сварка нескольких соединений одной детали.На базе машин МВД-10 созданы машины для сварки тон¬
костенных деталей в водороде, аргоне, гелии и других защит¬
ных газах, а также в вакууме до 10"1 тор. Вакуумная система
обеспечивает требуемый вакуум и последующее заполнение
камеры защитным газом. Создаются также установки для
сварки крупногабаритных деталей с Р до 6500 кН и объемом
камеры 1 м3 для деталей размером 600x600x600 мм. Диффу¬
зионная сварка применяется во многих отраслях промыш¬
ленности.§ 7. Сварка трениемСварка трением — сварка, при которой нагрев осуществля¬
ется трением, вызываемым вращением соединяемых деталей.
Вращают одну (рис. 26, а) или обе детали, вставку между ними
(рис. 26, б), остающуюся или удаляемую перед осадкой. При
орбитальной сварке детали друг относительно друга движутся
по орбите и по мере прогрева их оси совмещаются с осью вра¬
щения. Колебательные перемещения одной или обеих деталей
позволяют сваривать детали с существенно отличным от круга
сечением. Поверхность трения может быть плоской, коничес¬
кой, цилиндрической или более сложной формы. Стержень к
детали с отверстием, меньшим его диаметра, приваривается
одновременно по плоской и цилиндрической поверхностям.Детали сжимаются с постоянным (рис. 27, линия А) воз¬
растающим (Б и В) или снижающимся (Г) давлениями. Малое
рс (10 ... 20 МПа) облегчает начало вращения крупных деталей,
а большое рс в конце обеспечивает качественное формирование
соединений при большой осадке. При начальном большом р36
=lа)Рис. 26. Схема сварки трением со сво¬
бодным (а, б) и принудительным (в)
формированием соединенияРис. 27. Графики давления, применя¬
емые при сварке трением
ускоряется нагрев, а при малом уменьшается деформация
и потери материала.Трением сваривают с постепенным преобразованием меха¬
нической энергии в теплоту (обычная сварка) или с накопле¬
нием ее в маховике машины и последующей отдачей полностью
или частично (инерционная) деталям.При обычной сварке двигатель 1 (рис. 28, а) через
систему передач 2 вращает деталь 6 и зажим 5 с постоянной
и реже регулируемой скоростью. Вторая деталь 7 с зажимом
8 прижата к детали б механизмом 9 осадки. Вращение прекра¬
щается торможением или отключением двигателя. Также воз¬
можно отключение системы от привода электромагнитной
муфтой, остановкой двигателя, изменением направления тока
в двух его фазах и др.Инерционная сварка начинается с разгона одного или не¬
скольких маховиков 4 (рис. 28, б), соединенных с приводом
через электромагнитную муфту 3. При накоплении в махови¬
ках определенной энергии муфта отключается, детали сжима¬
ются механизмом 9 и начинается интенсивное тепловыделение.
Накопленную энергию можно изменять за счет массы маховика
и более точно — ограничением частоты вращения п при медлен¬
ном разгоне.Инерционная сварка отличается от обычной
большей скоростью введения энергии. При ней энергия махо¬
вика с деталью, пропорциональная моменту инерции и квадрату
угловой скорости, рассеивается в стыке кратковременно при
поджатии с одинаковым давлением. При обычной сварке пик
крутящего момента отмечается вначале, а при инерционной с
ограничением частоты вращения — в конце, когда он более по¬
лезен, в особенности при проковке. Если частоту вращения не
ограничивать, то начинается глубинный износ, момент умень¬
шается и качество соединений ухудшается.Интенсивность тепло выделения при обоих способах зави¬
сит от скорости и расстояния нагреваемой части поверхности
от оси вращения, а также от коэффициента трения.Коэффициент трения обратно пропорционален квадрату
скорости при обычной сварке и квадрату произведения числа
оборотов на расстояние от оси вращения при инерционной
сварке.При повышении температуры нагрева или линейной ско¬
рости коэффициент трения вначале растет, а затем уменьша¬
ется. Он уменьшается также при понижении давления и утол¬
щении окисных пленок.Начало нагрева характеризуется высоким коэффициентом
трения (J = 0,25) и пиком крутящего момента (рис. 29). В
38
ротов п, усилия сжатия Рс,
температуры Т и крутящего
момента МКр при обычной
( - - -) и инерционной (-)
сварке трения с отдачей части
накопленной энергииРис. 30. Макроструктура стыка
(а) и схемы нагрева металла
(б, в, г) при разных режимахэтой стадии при нагреве до 100 120° С преобладает сухое
трение (f = 0,1 0,12) и момент снижается. В дальнейшем об¬
разуются и разрушаются очаги схватывания, момент достигает
максимума. При достижении требуемой Т = 900 1100° С
момент и требуемая мощность снижаются. С повышением
скорости вращения длительность первых двух стадий уменьша¬
ется, а третьей растет. При малых скоростях преобладает выры¬
вание частиц поверхности, а при скоростях выше 3 м/с — поли¬
рование. Полирование облегчает сварку. С увеличением ско¬
рости вращения от 1 до 7 м/с благодаря полированию величина
осадки уменьшается от 14 до 1 мм.Основное тепловыделение идет за счет среза микровы¬
ступов, разрыва атомных связей и вырыва частиц поверхности.
На деформацию выступов и выдавливание пластичного металла
расходуется около 2 ... 5% всей энергии.Глубокое травление выявляет течение металла вблизи
соединяемых поверхностей, резко усиливающееся к периферии
(рис. 30,а).При обычной сварке низкоуглеродистой стали усредненная
установившаяся температура близка к Т -* 1200° С. С увели¬
чением давления она понижается (иногда до 900° С) , а с умень¬
шением растет (иногда до 1350° С). У алюминия температура
сварки близка к 550° С, у стали с титаном — к 1200° С, т. е.
температура зависит от прочности материала и практически
не зависит от скорости вращения.Длительность нагрева определяется рс и п. С повышением
v длительность и требуемая мощность снижаются.39
Правильно выбранный режим обеспечивает при инерцион¬
ной сварке равномерный разогрев по длине деталей, небольшой
грат и отсутствие подреза в стыке (рис. 30, в). Значительное
изменение скоростей усилия сжатия и запасенной энергии не
слишком резко влияют на качество. При очень малом давлении
и большой скорости (рис. 30, б) , высоком давлении или малой
скорости (рис. 30, г) неравномерность нагрева значительна,
а грат отличается от нормы.При обычной сварке низкое давление при нагреве снижает
мощность привода, а высокое при осадке повышает качество.
Обычно рс > 10 ... 80 МПа (в зависимости от материала). Оно
уменьшается с 100 до 30 МПа при увеличении ис от 400 до
1200 мм/с. Понижение рс у прутков диаметра d - 20 мм при
п = 1000 об/мин с 40 до 10 МПа увеличивает t с 1,5 до 8 с.Постоянное давление при обычной сварке применяют редко.Минимальная величина укорочения при нагреве, зависящая
от i>c, для прутков диаметром 20 40 и 60 мм равна 2 1
и 0,4 мм, а максимальная 3 ... 2 и 1 мм соответственно.В инструментальном производстве сваривают быстрорежу¬
щие стали с углеродистыми. Последние для уменьшения дефор¬
мации и грата помещают с зазором 0,5 1 мм по диаметру в
твердую матрицу. Конец матрицы имеет скос под углом 15
20° на глубине 4 5 мм для заполнения деформируемым
металлом. Инструмент сваривают на мягких режимах при низ¬
ком давлении в стадии нагрева и на жестких при повышенном
давлении. В обоих случаях применяется давление проковки
рв 1,5 ... 2 раза превышающее начальное.Легированные закаливающиеся стали сваривают при узкой
зоне нагрева и максимальной осадке с последующим отпуском
или отжигом для снижения твердости соединений; грат уда¬
ляют после отжига.При инерционной сварке резко уменьшается расход энергии,
хотя удельная мощность значительно выше (23 174Вт/мм2),
чем при обычной (12 ... 47 Вт/мм2). Число оборотов изменяется
от 1600 до 5200, давление до 20 ... 100 МПа, а при торможении
за 0,2 ... 0,5 с оно повышается до 250 МПа.При сварке стержня диаметром 25 мм из низкоуглеродис¬
той стали число оборотов составляет 2000 ... 3000, маховик
имеет массу 36 кг, усилие сжатия 56 ... 84 МПа, длительность
0,6 0,8 с. Скосы торцов и предварительный нагрев током ус¬
коряют процесс сварки и повышают равномерность нагрева.Трением сваривают проволоку и стержни, стержни с лис¬
тами, фланцы с трубами и т.д. (табл. 1). Качество соединений
контролируют по длительности нагрева, величине и усилию
осадки и реже по температуре.40
1. Ориентировочные режимы сварки трениемМатериал(I, ммп, об/мин рс9 МПаРк> МПаЛос’VеСтЗ + СтЗ201500505055СгЗ + СтЗ4010001001001220Сталь 20 + сталь 201030004Э40з3Сталь 45 + сталь 45103000404054,520Х + 20Х123000404044Л62+Л6216300033336 7330ХГСА + 30ХГСА10150010010022X18H9T +сталь 45203000808073АД1 + АД14076030303010Д16 + Д16407601001002013Медь + медь40920351502030Машина для сварки трением обычно имеет перемещающий¬
ся линейно зажим с механизмом сжатия, вращающийся зажим
со шпинделем, размещенным в передней бабке, и механизм
привода, который в зависимости от способа передачи энергии
может иметь двигатель с передающим звеном и муфтой или
двигатель с маховиками и муфтами (см. рис. 28).Схема с раздельным механизмом привода и сжатия обычно
применяется для сварки коротких деталей (например, инстру¬
мента на полуавтомате МФ-327).Машины типа МСТ конструктивно и геометрически подоб¬
ны, различаясь только параметрами. Они предназначены для
сварки сплошных круглых деталей диаметром 10 25; 16
36; 22 ... 50; 32 70 мм, труб диаметром до 32,39,52 и 75 мм
и дисковых деталей диаметром до 110, 150, 180 и 320 мм
соответственно машинами МСТ-23, МСТ-35-5, МСТ-41-ЗМ и
МСТ-51. Усилие при нагреве в 2 раза меньше максимального,
которое рассчитывается исходя из р - 100 МПа. В последнее
время применяется электромагнитный привод.§ 8. Ультразвуковая сваркаУльтразвуковая сварка — сварка, осуществляемая при
воздействии ультразвуковых механических колебаний между
деталями. Эти колебания из-за трения и пластической дефор¬
мации сопровождаются нагревом и образованием соединения
при небольших усилиях сжатия Р..Для получения колебаний высокой (20 30 кГц) частоты
используют эффект синхронного изменения размеров кристалла41
у железа, никеля и кобальта в каком-либо направлении при
изменениях напряженности магнитного поля. Преобразователи
колебаний имеют обмотки, соединенные с ультразвуковым
генератором. Механические колебания от преобразователя
передаются через приваренный или припаянный к нему волно¬
вод (концентратор) из инструментальной стали (реже из нике¬
ля, титана, сплава К49Ф2 и др.) к приваренному или закреплен¬
ному электроду из более жаростойкого, чем детали, материала.
Электроды, нагреваясь в контакте до 0,3 0,4 7^, изнаши¬
ваются из-за смятия или налипания материала деталей.Волновод, влияющий на амплитуду и Pq9 должен быть в
резонансе с преобразователем, при продольном удлинении
близком к половине длины волны. Волновод в форме конуса
обеспечивает усиление около 2,5^ а в форме цилиндра — до 20.
Его крепят в зоне наибольшей амплитуды.Концентрация энергии в зоне наконечника увеличивается
по сравнению со спаем волновода и преобразователя пропор¬
ционально отношению их площадей. При сварке амплитуда
усиливается в 4 5 раз, достигая при холостом ходе электрода
на конце 20 ... 60 мкм.Ультразвуком сваривают в точках, швом и по кольцевому
рельефу. При точечной сварке волновод установлен
стационарно. Детали прижимаются к электродам механизмом
сжатия с усилием Р . При шовной сварке волновод
с электродом вращается (рис. 31). Возможен двусторонний
подвод энергии к точке от двух волноводов, позволяющий
уменьшить потери энергии. При одностороннем подводе ампли¬
туда колебаний из-за потерь в металле снижается от электрода
к опоре, а при двустороннем энергия распределена в обеих
деталях равномернее.В начале тепловыделение в контакте электрод - деталь
значительно и в контакте деталей, колебания характеризуют¬
ся меньшей амплитудой и энергией. При сдвиге в контакте
преобладает сухое трение с разрушением пленок окислов
и адсорбированных веществ (газов и жидкостей) как механи¬
чески, так и в результате нагрева.Температура в контакте повышается с увеличением мощ¬
ности и усилия сжатия и с уменьшением теплопроводности
материала. По мере разрушения пленок образуются узлы схва¬
тывания и площадь контакта растет от периферии к центру.Параметрами сварки являются энергия W, Рс, t и ампли¬
туда колебаний £с. При неизменных W и PQ через 0,01 ... 0,02 с
после начала достигается максимальная амплитуда £-
(рис. 32, а), которая по экспоненте снижается до постоянной
Это снижение соответствует длительности образования42
Рис. 31. Установка для ультразвуковой шовной
сварки:1 - магнитострикционный преобразователь, 2 -
диафрагма, 3 - механизм сжатия, 4 - электрод,
5 - волновод, 6 - кожух водяного охлаждения,
7 - трубка°)Рис. 32. Изменение амплитуды коле¬
баний при образовании качественногосоединения (д) и области номинальной 	прочности (б); область I W = 900 Вт,	800 1200 1600 2000 РСНобласть II W = 560 Вт	6)физического контакта tQ. Величина %а меньше амплитуды хо¬
лостого хода из-за потерь. Отношение	= 2,0 2$ в
в известной мере характеризует качество. При %ъ амплитуда
поперечной составляющей растет и интенсифицируется диф¬
фузия в контакте.При заданной мощности с увеличением PQ, от которого
зависит передача энергии в зону соединения, длительность
сварки tQ уменьшается (рис. 32, б? кривыеа,Ьиа , Ьг) . ЕслиР,
чрезмерно, то прочность уменьшается из-за большой.пластичес¬
кой деформации деталей.При оптимальной прочности минимально допустимая
повышается с уменьшением W. В области I из-за недостаточной
W прочность ниже номинальной, а в области III она меньше
из-за чрезмерной деформации деталей при большой W. Области
а, Ь, с и а , Ъ , с соответствуют рекомендуемым Р^ и ?с, т. е.
существует много режимов, при которых прочность высока.43
Обычно для разных толщин деталей 5 длительность tc = 0,2 ...2	с. Деформация деталей уменьшается при повышенных W и
Рс и малом tQ. Тепло выделение только в контакте электрод —
деталь без трения между деталями не обеспечивает качественной
сварки.Амплитуда колебаний между деталями уменьшается при
увеличении Рс. С увеличением 5 требуемая амплитуда растет.
Она ограничена прочностью волновода. Наибольшая 5 при одном
наконечнике не превышает 1 1,5 мм, а минимальная — 3
5 мкм.При двустороннем подводе сваривают более толстые детали
при меньшем внедрении инструмента.Ультразвуком сваривают пластмассы, алюминий, медь,
никель, металлы с металлокерамикой, материалы, дающие
хрупкие интерметаллические фазы, тонкие детали с толстыми,
плакированные и оксидированные детали, несколько хуже —
высоколегированные стали. Точки при отрыве или срезе обыч¬
но вырываются по контуру.Между точками обычно делают барьеры в виде разрезов,
предупреждающие разрушение ранее сваренных точек. Ультра¬
звуковой сваркой соединяют детали транзисторов и печатные
схемы, проводники, покрытые теплостойким лаком с клем¬
мными колодками, контакты с пружинами, крышками с кор-Мащина точечная ультразву¬
ковая МТУ-04-3 (рис. 33) с
W преобразователя 0,4 кВт сва¬
ривает Си с .5 = ОД мм, а А1 с5	= 03 мм и пластмассы с 5 =
= 0,1 ... 1 мм. Машина имеет сва¬
рочную головку 3 с пневмо¬
приводом сжатия 2 и акусти¬
ческим узлом 1 для сварки
пластмасс, каретку с пневмати¬
ческим горизонтальным приво¬
дом и опору для сварки пласт¬
масс. Головка 3 и шкаф управ¬
ления закрепляются на свароч¬
ном столике 4. Машина управ¬
ляется педалями 6. В шкафу 5
размещены генератор УЗГ5-1,6;
пневматические и электрические устройства. Регулятор цикла
имеет регулируемые выдержки ’’сварка” и ’’проковка” и нере¬
гулируемые ’’сжатие” и ’’пауза”.Машина шовная ультразвуковая МШУ-0,63 предназначена44пусами и др.Рис. 33. Машина для ультра¬
звуковой сварки
для шовной ультразвуковой сварки фольги из алюминия, ни¬
келя, меди и других металлов в линиях их обработки при изго¬
товлении упаковки и приварке токоподводов к электро- и
радиоаппаратуре.Глава III. ОБЩИЕ УЗЛЫ КОНТАКТНЫХ МАШИН§ 9. Преобразователи тока и накопители энергииДля всех контактных машин характерно наличие преоб¬
разователя (трансформатор или выпрямитель), сварочного
контура, переключателя ступеней, контактора, пневмо-, элек¬
тро или гидроаппаратуры управления узлами машины.Простейшим преобразователем тока является транс¬
форматор, имеющий магнитопровод (сердечник) i, первич¬
ную 2 и вторичную 3 обмотки. Наиболее распространены бро¬
невые сердечники, на центральном спаренном стержне двух
рамок (рис. 34, а) которого расположены первичная и вторич¬а> 8)Рис. 34. Трансформатор броневого (д) и кольцевого типа (б, в)1 - магнитопровод, 2, 3 - первичная и вторичная обмотки,
4 - выводы, 5 - трубка охлаждения, 6 - плита, 7 рамка,
8 - болт, 9 - электроды45
ная обмотки. Сердечник для уменьшения потерь набирается
из П- или Ш-образных пластин электротехнической стали тол¬
щиной 0,5 мм с перекрытием зазоров и изоляцией друг от
друга лаком или из намотанной тонколистовой холодноката¬
ной анизотропной стали Э-320 и Э-330. Блоки обмоток зали¬
вают эпоксидным компаундом, стяжные рамы изготовляют
из силумина или стали.Первичные дисковые многорядные обмотки для умень¬
шения рассеяния магнитного потока помещают между медными
секциями вторичного витка 3, охлаждаемого водой через при¬
паянные трубки 5 и сваренного с контактными плитами б.
Их наматывают из медной или алюминиевой, покрытой изо¬
ляцией, прямоугольной полосы с прокладыванием тонкого
прессшпана, слюдинита (0,2 03 мм) или стеклоэкспана.
Выводы обмоток 4 соединяются с переключателем ступеней,
который крепится на корпусе машины или (иногда) на транс¬
форматоре. С увеличением числа витков первичной обмотки
Wj (увеличением коэффициента трансформации Wj/u^) умень¬
шается напряжение холостого хода U20 (напряжение без на¬
грузки) трансформатора. Машины снабжаются одним или
несколькими параллельно или последовательно работающими
трансформаторами.В к о н т у р н ы х трансформаторах (рис. 34, б, в)
магнитопровод 1 в виде кольца (для труб) или прямоугольной
рамки (для полос) имеет размещенные поочередно первичные2	и вторичные 3 обмотки. Последние соединены с электродами,
контактирующими с деталью по всему ее периметру. Это резко
уменьшает сварочный контур и потребляемую мощность.Трансформатор включается кратковременно через неболь¬
шие промежутки времени. Его мощность W определяется допус¬
тимым перегревом с учетом охлаждения во время пауз между
сварками. Режим повторного включения учитывается коэф¬
фициентом повторного включения ПВ, представляющим отно¬
шение общей длительности протекания тока tc к сумме tc и
пауз ta: ПВ% =fc/(*c + ?п) • 100.Трансформатор характеризуется номинальной мощностью
WH при заданном коэффициенте ПВ или номинальным свароч¬
ным током / и напряжением U2о. Принято WH указывать
для ПВ = 50%. В обозначениях трансформатора обычно указы¬
вается его принадлежность к контактной сварке (КТ), макси¬
мальный/н (кА), исполнение.При недостаточном охлаждении возможен перегрев обмо¬
ток трансформатора, а при чрезмерном - конденсация влаги,
ухудшение изоляции и пробой. Поэтому расход воды согласо¬
вывают с тепловой нагрузкой трансформатора. При работе без
46
охлаждения коэффициент ПВ на номинальной ступени или ток
уменьшают примерно в 2 раза. На первых ступенях допустимо
увеличение ПВ в 1,3 1,5 раза. Трансформатор кратковремен¬
но может дать ток больший /н. Кратковременный режим —
номинальный режим, при котором в период нагрузки темпе¬
ратура трансформатора не успевает достигнуть установившего¬
ся значения, а в отсутствие нагрузки снижается до температуры
холодного состояния.Длительный режим при одном и том же напряже¬
нии без пауз на охлаждение требует мощности I2m R, а режим
при коэффициенте ПВ - l\RtJ(tQ + Гд),откуда/^ =12 \ШВ/100
илий/дл=^н VtlB/lOO', где/2 — вторичный ток.Предельная мощность не может быть больше макси¬
мальной мощности короткого замыкания W .редко превышаю¬
щей 1,6WH.Номинальная мощность машины при сварке
с номинальным первичным напряжением UH и током /н на
расчетной ступени равна (кВ • А):	1000.Однофазное импульсное включение трансформатора с
низким cos нагружает сеть неравномерно и ухудшает работу
других потребителей энергии. Cos ^ повышают введением ем¬
кости или дополнительного переменного сопротивления, ком¬
пенсирующего индуктивность.Более совершенны машины с выпрямлением тока в свароч¬
ной или первичной цепи (низкочастотные), а также конденсатор¬
ные, равномерно загружающие сеть при малой потребляемой
из сети мощности. В одинаковых условиях сварки машина с
выпрямлением тока потребляет 480 кВ • А, а однофазная тре¬
бует 2750 кВ • А.В низкочастотных машинах трехфазный ток
выпрямляется ^(рис. 35, а, кривая иг) с первичной стороны
и благодаря сварочному трансформатору получаю нарастаю¬
щий импульс тока /1 и /2.Изменяя величину и знак выпрямленного напряжения,
можно получать разные импульсы тока (рис. 35, б, в). Напря¬
жение выпрямляется шестифазным выпрямителем. Наиболее
часто два шестифазных тиристорных выпрямителя подклю¬
чаются параллельно к трехфазной сети, а на выходе — встреч¬
но параллельно. Они поочередно включаются одними и теми
же управляющими импульсами, что обеспечивает полную иден¬
тичность импульсом сварочного тока разной полярности. С
момента подачи выпрямленного напряжения и\ на первичную
обмотку трансформатора ток i2 нарастает по экспоненте с
постоянной времени, зависящей от отношения индуктивности
вторичного контура к сумме сопротивлений машины постоян-47
Рис. 35. Графики токов и напря
жений низкочастотной машиныРис. 36. Схема трехфазного вы¬
прямителяО—О-■К-ы1—.ТС I[/уа)	5) iРис. 37. Схема конденсаторной машины с сетевым выпря¬
мителемРис. 38. Схема конденсаторной машины с
повышающим трансформатором (а) и изме¬
нение тока и напряжения (б)
ному току и R (сопротивлению между электродами).После выключения выпрямителя тиристоры остаются от¬
крытыми до = 0. На участке затухания тока появляется сину¬
соидальная составляющая. Для ускорения затухания при свар¬
ке несколькими импульсами тока к первичной обмотке вслед
за снятием +Wj подводится — и1э выпрямитель при этом воз¬
вращает энергию в сеть. Сложные импульсы получают сни¬
жением их до и\.В машине с выпрямлением тока в свароч¬
ном контуре импульсы получают поочередным включением
тиристоров Т (рис. 36), которые подают полуволны линейных
напряжений сети на фазные обмотки трехфазного понижающего
трансформатора ТС. При трехфазном однополупериодном
выпрямлении к выходам каждой из трех вторичных обмоток
присоединены выпрямительные блоки параллельно включенным
кремниевым вентилям БТ\ В блоке БТ устанавливаются 2
10 диодов, включенных параллельно. Выходные зажимы бло¬
ков соединяют параллельно со вторичным контуром.Большая индуктивность контура сглаживает пульсации
выпрямленного тока. Длительность нарастания тока близка
к ОД2 ... 0,14 с. Нагрузочные сопротивления R улучшают рабо¬
ту вентилей. Форма импульса тока одной полярности меняется
в зависимости от длительности паузы между включениями и
угла включения тиристоров. Величина регулируется изменением
угла включения тиристоров.На машинах выпрямленного тока получают различные им¬
пульсы тока. Их трансформатор меньше, чем у низкочастотных
машин. В сварочном контуре мощных машин также используют
шестифазные выпрямители с низковольтными диодами Д143-
2000 и Д253-4000 на токи 2 и 4 кА. Диоды Д253-4000 выдер¬
живают токи 16 ... 23 кА при t = 1 с и 10,8 ... 14,8 кА при t =
= 8 с, что позволяет отказаться от их параллельного включения.
Машины мощностью 40, 63 и 80 к А с шестифазным выпрям¬
лением могут работать на 6 и 12 диодах Д253-4000.В конденсаторных машинах накопленная
батареей конденсаторов энергия разряжается на первичную
обмотку трансформатора, обеспечивая стабильный импульс
тока. Насыщение сердечника трансформатора предупреждает¬
ся чередованием полярности разрядного тока. В машинах ис¬
пользуют низковольтные электролитические (до 30 зарядов-
разрядов в мин) или высоковольтные металлобумажные кон¬
денсаторы (до 150 зарядов-разрядов, мин). В первом случае
энергия, ограничиваемая сопротивлением R, накапливается в
конденсаторах через выпрямитель В (рис. 37, а, б) и больши¬
ми порциями при переключении тиристора Т подается через49
сварочный трансформатор ТС к деталям, а во втором — через
зарядный повысительный трансформатор ТЗ (рис. 38, а) и
выпрямительный мост Д1... Д4 с переменой полярности на
конденсаторах поочередным включением тиристоров 77, ТЗ
или Т2, Т4. Конденсаторы разряжаются в зависимости от поляр¬
ности через тиристоры Т5 и Тб. Эта схема предпочтительна
для мощных машин.При разряде в сварочном контуре формируется импульс
сварочного тока i2 (рис. 38, б), осуществляющий сварку. Вы¬
ключение разрядного тиристора Т4 или Тб сопровождается
переходом намагничивающего тока ТС в сварочный контур
и замедлением спада i2. При размыкании электродов этот ток
может вызвать искрение или прожог. Для устранения этого
первичная обмотка ТС замыкается контактором К до подъема
электродов и выключается при их опускании, что обеспечивает
спад намагничивающего тока через первичную цепь. После
сварки начинается очередной цикл заряда током z3. Энергия,
пропорциональная емкости конденсатора С и подведенному
напряжению U, равна N = CU2 /2.Энергию N и форму кривой тока регулируют изменением
С и U и коэффициента трансформации К = coi/cj2 . Индуктив¬
ное X и активное R сопротивления обычно не регулируют.
С увеличением С и U растет максимальный ток и увеличивается
длительность полуволны разряда, а с повышением К, X и R
ток уменьшается, а его длительность растет.§ 10. Переключатели ступенейНапряжение U2о регулируют отключением части первичных
витков трансформатора (рис. 39, а) или их включением на
параллельную, последовательную или параллельно-последова¬
тельную работу (рис. 39, б). Часть витков отключают в машинах
малой мощности (до 10 кВ • А). Так, при U20 = 1,83 В на первой
ступени включены все 120 витков, а при U20 = 3,66 В только
60 (витки 10 + 20 + 10 + 20 не работают).В более мощных машинах при 16 ступенях регулирования
(рис. 39, б) витки не отключают; последовательным соедине¬
нием ручками 1 4 катушек, имеющих 2 xl + 2x3 + 2x6 и
2x11 витков (coi = 42), получают U20 = 5,2 В (t/j = 220 В),
а параллельным U20 = 10,5 В (cji =21).Промежуточные U20 ре¬
гулируют параллельным или последовательным соединением
секций катушек. При диапазоне регулирования 1 : 3 (стыковые
машины) в схему вводят ’’дополнительные витки”, включае¬
мые только на низких ступенях напряжения или напряжение
регулируют на обмотке высоковольтного (10 кВ) трансфор-
50
2 кат. N4 2xam.N°32кат. /Vе2В)Рис. 39. Схема переключателя с отключением витков (а) и их
параллельно-последовательным соединением (б), а также схема
регулирования напряжения автотрансформатором (в)Q-	N1	N2	N3	NU	фTfVl^rж1(ЖмБез нотаа)б)Рис. 40. Ножевой (я) и барабанный (б) переключатели
матора (рис. 39, в). Концы катушек с переключателем ступе¬
ней соединяются при последовательной работе маркировками
’’начало” + ’’конец”, а при параллельной ’’начало” + ’’начало”.
Переключатели ступеней подразделяются на пакетные на ток
до 100 А, ножевые на ток до 250 А, барабанные на ток до 600 А
и пластинчатые на больший ток. В ножевом переключателе
(рис. 40, а) медный контакт 1, закрепленный в текстолитовой
ручке 2, соединяет изолированные друг от друга подпружинен¬
ные контактные пластины 3.В барабанном переключателе (рис. 40, б) при повороте
ручки 4 (между ограничителем 7) скользящие контакты 3
с помощью пружин прижимаются к медной панели 6 текстоли¬
тового барабана 5. Каждый барабан имеет два положения. Для
получения 4, 8 и 16-й ступеней регулирования мощности необ¬
ходимо соответственно 2,3 и 4 барабана.Плавное изменение мощности (тока) возможно также
при фазовом регулировании напряжения в первичной сети
сварочного трансформатора тиристорами.Созданы системы дистанционного регулирования измерения
с пульта управления машиной, имеющие в секциях обмоток
электромагнитные контакторы КМ-600 или тиристорные блоки.§11. Сварочный контурСварочный контур состоит из электродов, устройств для
их крепления (электрододержателей) и токоподводов — обыч¬
но медных проводников большого сечения, которые на изгиба¬
емых участках целиком набираются из медной фольги.Сопротивление контактов вторичного контура зависит
от их состояния, площади и давления. Низкое сопротивление
имеют шлифованные и посеребренные контакты. Лужение по¬
вышает его, хотя при длительной работе луженые контакты
окисляются медленнее,чем медные.Размеры контура и сопротивление его контактов и провод¬
ников определяют внешнюю (технологическую) характеристи¬
ку машин переменного тока или, иначе, зависимости сварочного
тока от вторичного напряжения /2 = f(Ui) на всех ступенях
регулирования трансформатора. Для заданного тока 12 и сопро¬
тивления Ri (требуемая мощность заштрихована) характерис¬
тики позволяют выбирать требуемую ступень напряжения хо¬
лостого хода U2о (в рассматриваемом случае ступень с U\
для точкиВурис.41).Полезная мощность определяется протекающим через
детали током, их активным R и контактным RK сопротивле¬
нием. Она соответствует площади прямоугольника IJ^AI^ 0
(рис. 41). Трансформатор обеспечивает мощность в соответ¬
ствии с прямоугольником U2BI2O; при этом теряемая в конту¬
ре мощность будет соответствовать прямоугольнику U\CBV\.При осадке (стыковая сварка) с нагрузкой /2^2 полезная
и теряемая мощности соответствуют прямоугольникам UyDI^O
и U^DEUl, т. е. потери при осадке больше, чем при оплавлении.
Потери растут с увеличением числа контактов и площади сва¬
рочного контура, при введении в него магнитных масс, а также
при увеличении длины и уменьшении сечения токоподводов.
Поверхностный эффект, неправильное заземление сварочного
контура увеличивают эти потери.Для уменьшения потерь энергии используют контурные
трансформаторы, выпрямленный первичный и сварочный токи,
программирование напряжения и др.Для технологических целей также представляют интерес
нагрузочные характеристики машины (рис, 42) . Так, например,
на машине МТВ-2001, имею¬
щей на разных ступенях яр¬
ко выраженную крутопадаю¬
щую нагрузочную характе¬
ристику /с = f(R33), можно
сваривать при небольшом
номинальном сварочном то¬
ке (20 к А и Яээ =100 мкОм)
алюминиевые сплавы == 10 15 мкОм) при усло¬
вии, что длительный ток не
превысит номинального зна¬
чения (9 кА). Это возмож¬
но, так как tc <0,1 с, а ПВ не
более 10%. При сварке фер¬
ромагнитных металлов на
машинах постоянного тока
его заданное значение прак¬Рис. 42. Нагрузочные характеристи¬
ки машины:1	- низкочастотной, RM =10 мкОм,2	- постоянного тока, RM =
= 100 мкОм, 3 - переменноготока, zM = 225 мкОм53
тически не зависит от положения деталей в их рабочем простран¬
стве. Нагрузочная характеристика определяется полным со¬
противлением машины при коротком замыкании и/?м.§ 12. Аппаратура управленияРаботой механических, гидравлических и электрических
механизмов машины управляет в требуемой последователь¬
ности электрическая, пневматическая и гидравлическая
аппаратура.Электрическая аппаратура (контакторы, прерыватели, логи¬
ческие и интегральные элементы и др.) используется для вклю¬
чения и регулирования источников нагрева, пневмо- и гидро¬
аппаратуры, а также для контроля и регулирования парамет¬
ров сварки и настройки машин. С ее помощью можно оцени¬
вать при наличии соответствующих датчиков качество соеди¬
нений, состояние оборудования и аппаратуры управления, оп¬
ределять неисправности и выводить на печать или табло необ¬
ходимые показатели.Электрическая аппаратура унифицирована и создается на
базе бесконтактных элементов с транзисторами, диодами,
резисторами и другими компонентами.Современная электрическая аппаратура базируется на эле¬
ментах ’’Логика”, интегральных схемах и микросредствах
управляющей техники (УТ), микропроцессорах и микро-ЭВМ.
Системы УТ содержат устройства цифрового или аналогового
ввода — вывода с элементными развязками, позволяющими
наращивать память. В ней иногда используют устройства с
магнитофоном, телетайпом и дисплеем.Система управления на микропроцессорах и микро-ЭВМ
проще. Эти системы позволяют реализовать алгоритм управле¬
ния, стабилизацию и управление параметрами, оперативное
изменение режима за счет заложенных в ’’память” программ,
индикацию и др. Такие системы используют в автоматических
линиях, комплексах, роботах и др. Микросхемы создают на
логических элементах или аналоговых каскадах.В системах с бесконтактными элементами на базе тран¬
зисторов ’’Логика Т” информация обрабатывается и выходные
команды осуществляются статическими (без движущихся кон¬
тактов) аппаратами.В обычной контактной схеме при размыкании управляю¬
щего контакта РЗ (рис. 43, а) катушка реле Р1 включится,
а при замыкании (рис. 43,5) выключится. В аналоговой подоб¬
ной схеме на транзисторе Т (рис. 43, в) таким контактом слу¬
жит переход эмиттер — коллектор (Э - К) , а база Б управляет
током, протекающим через транзистор.54
Сопротивление R в обеих схемах включения реле Р1
ограничивает ток через управляющий элемент. Реле Р1 работает
четко, если весь ток, протекающий через R , ответвляется по
цепи К - Э. (R 0 — отсечка) или протекает через катушки
PI (R велико — насыщение).В реальной схеме (рис. 43, г) обеспечивают оба состояния
транзистора, один из источников питания положителен по отно¬
шению к общей (нулевой) точке + Е(напряжение смещения
+ 6В — отсечка), а второй отрицателен - Е (напряжение пита¬
ния — 12, — 24 В). Входной сигнал подается между выводом
’’вход” и нулевой шиной ОТ, выходной снимается между ’’вы¬
ходом” и нулевой шиной.Дискретные значения сигнала 0 и 1 соответствуют низкому
и высокому уровню тока (или напряжения). Сигнал 0 обычно
ниже 1 В, а сигнал 1 — выше 4 В (рис. 43, д).Логические элементы анализируют сигналы, поступающие
на его вход. Элемент ”И” выдает сигнал тогда, когда на всех
его входах присутствуют сигналы, а ’’ИЛИ” при наличии сиг¬
нала на любом из его входов. Элемент ”НЕ” выдает сигнал
при отсутствии сигнала на входе и, наоборот, не выдает его
при наличии входного сигнала. Элемент ”Память” сохраняет
выходной сигнал, возникший под действием входного сигнала,
впредь до прихода следующего сигнала. Элемент ’’Выдержки
времени” передает поступающий сигнал через заданную дли¬
тельность, а элемент ’’Усиление” усиливает сигнал. Функциональ¬
ные элементы преобразуют внешние сигналы системы в удоб¬
ный для различных элементов вид и обратно при воздействии
на управляемую систему. Элементы серии ’’Логика Т” с полу¬
проводниковыми приборами, резисторами и другими деталями
смонтированы на гетинаксовых платах с печатным монтажом
и помещены в полистироловый корпус, залитый компаундом.Базовый элемент серии ’’Логика” ’’ИЛИ -
НЕ” построен с помощью транзисторного усилительного кас¬
када, работающего в ключевом режиме и диодной сборки
”ИЛИ”, установленной на входе усилителя (рис. 44). Транзис¬
тор Т включен по схеме с общим эмиттером. Входной сигнал
^вх чеРез °Дин из диодов Д1... ДЗ и резистор R приклады¬
вается к переходу база — эмиттер транзистора Т. Выходной
сигнал	получается между ОТ и коллектором транзистора.Транзистор Т при нулевом входной сигнале запирается от источ¬
ника с положительным смещением Есм через резистор Ясв,
присоединенный к базе. На выходе имеется высокий отрицатель¬
ный потенциал, соответствующий 1. При выходном сигнале 1
к базе транзистора прикладывается отрицательный потенциал
и через переход база — эмиттер протекает ток, достаточный55
ВходыРис. 43. Схемы контактного включения реле Р1 размы¬
кающим (я), замыкающим (б) контактами, а также бес¬
контактного включения транзистором (в), транзисторный
ключ (г) с его потенциальной диаграммой (д)а)'hРис. 44. Базовый элемент серии
"Логика”Рис. 45. Обозначение (а) и
схема (б) транзистораИ®а)	5)Рис. 46. Блок-схемы управления низкочастотными машинами и
машинами с выпрямлением тока (а) и конденсаторными маши¬
нами (б)
для его перевода з режим насыщения. Выходное напряжение
имеет низкий отрицательный потенциал и принимается за логи¬
ческий сигнал 0. Следовательно, при 0 на входе и на выходе бу¬
дет 1 и наоборот, т. е. усилительный каскад реализует логичес¬
кую функцию инверсии (отрицания).Диодная сборка Д1 ДЗ реализует функцию ’’ИЛИ” Дей¬
ствительно при 1 на катоде любого диода транзистор перейдет
в режим насыщения независимо от сигналов на катодах осталь¬
ных диодов.Для реализации логических функций на элементах ’’Логика”
применяют определенные комбинации этих элементов.Для бесконтактного включения больших токов используют
тиристоры, представляющие управляемый ключевой полупро¬
водниковый вентиль, который при небольшом токе на управля¬
ющем электроде 3 (рис. 45, а)9 положительном потенциале на
аноде 1 по отношению к катоду 2 пропускает прямой ток.
При обратной полярности обратный ток незначителен. Тирис¬
тор имеет три р-п перехода (рис. 45, б) , два крайних из которых
открыты (к p-слоям подведены ^положительные напряжения
U), а средний, р-п, заперт. При некотором предельном напря¬
жении на р-п переход (0,5 1,5 В) пробивается и ток достигает
предела, зависящего от сопротивления цепи и приложенного
напряжения £/, которое на тиристоре мало. При положитель¬
ном U на управляемом электроде, прилегающем к среднему
р-и-переходу, U открытия снижается. С уменьшением нагрузки
тиристор остается включенным до тока удерживания и выклю¬
чается при снятии анодного U автоматически при / = 0 (если
не применяются специальные меры).Унифицированные системы электри¬
ческого управления имеют общее задающее устрой¬
ство 1 (рис. 46, а), устройство преобразования и согласования
сигналов 2, их усиления 5, устройство для программного пози¬
ционного управления б, 7 и б, 2, а также для управления испол¬
нительным устройством 9, вторичные источники стабильного
питания 7 и исполнительные устройства. Различия в схемах
контактных машин разного назначения касаются программно¬
временного управления (3,1 — точечные и шовные и 5,2 — кон¬
денсаторные машины), управления током (4,1) или зарядом-
разрядом конденсаторов (4,2) (рис. 46, б), а также контроля
(8,1 и 8,2). У многоточечных и стыковых машин эти узлы
также различаются по структуре. При точечной, шовной и рель¬
ефной сварке в таких системах используется до 18 программ,
которые реализуются блоками запуска БК-101; БК-102, рас¬
пределения БК-100, блоком счетчика БК-104 и блоком совпаде¬
ния Б К-105.57
Рис. 47. Электропневматический
распределитель КПЭ-4-459	В унифицирован¬
ных системах управле-10	ни я, обладающих повы¬
шенной надежностью и
воспроизводимостью,
при автоматизации ис¬
пользуют датчики тока,
напряжения, мощности,
сопротивления и др.Микросхемы соз¬
дают на логических эле¬
ментах или аналоговых
каскадах. Их изобража-
/2 ют в виде схем соеди¬
нения компонентов и
структурной схемы,
представляющей соеди¬
нения логических эле¬
ментов и триггеров
(для цифровых микро-
/3 схем). Эти элементы и
каскады с простой
электрической схемой
содержат обычно не бо¬
лее 10 20 компонен¬
тов и выполняют эле¬
ментарные логические
(’’ИЛИ - НЕ”, ”И” -
”НЕ” и др.) или ана¬
логовые (усиление,
фильтрация и др.) опе¬
рации.С помощью интегральных микросхем обрабатывают зада¬
ваемую электрическим сигналом (напряжением или током)
информацию. Сигналы могут представлять информацию в
непрерывной (аналоговые микросхемы) или дискретной ‘(циф¬
ровые микросхемы) форме.58
Пневматическая аппаратура (клапаны, распределители, дрос¬
сели, глушители, редукторы, влагоотделители и др.) использу¬
ются в пневматических узлах машины.Направление потока воздуха в цилиндрах контактных
машин изменяют двухпозиционными пятилинейными пневмо¬
распределителями с односторонним электрическим или электро-
пневматическим управлением и, в частности, распределителями
КПЭ-4-45 и КЭП-16 (взамен КЭП-15) .Распределитель
КПЭ-4-45 с условным диаметром = 16 мм рассчитан на 300
включений в минуту при избыточном давлении 50 ... 630 кПа
(давление управления 400 630 кПа). Он питается постоян¬
ным током 24 В. Воздух подается в канал 3, каналы 2 и 4 соеди¬
няются с цилиндром, а 1 и 5 с атмосферой. Сигналом от регуля¬
тора цикла сварки (РЦС) включается нормально закрытый
электропневматический клапан (лидер 7, рис. 47), сердечник
9 поднимается и давление управления из канала 10 поступает
над незащемленной диафрагмой б, а стравливающее отверстие8	перекрывается. Давление на диафрагме сжимает пружину
13 и клапанная система 12 пневмораспределителя 11 перемеща¬
ется вниз, канал 2 соединяется с источником воздуха и отсе¬
кается от атмосферы. При отключении лидера его сердечник
опускается своей пружиной, отсекается давление управления и
воздух из камеры над диафрагмой 6 стравливается через отвер¬
стие 8. Система 12 возвращается пружиной 13 в исходное поло¬
жение, канал 2 соединяется с атмосферой, а через канал 4 по¬
ступает давление, смещающее шток в обратном направлении.
Запорные элементы изготовляются из армированной стальными
вставками резины. Одна сторона элемента плоская, а другая —
в виде пробкиусадящейся на седло.К л а п а н КЭП-16 с D = 16 мм рассчитан на 500 включений
в минуту при избыточном давлении 50 630 кПа (давление
управления 300 600 кПа). Он может питаться постоянным
током при напряжении 12, 24, 48 и 110 В (мощность 10 Вт).
Клапан работает так же, как клапан КПЭ. Он состоит из лидера,
диафрагменного привода и распределителя с клапанной систе¬
мой. Управляющие поверхности плоские с небольшими торцо¬
выми поясками треугольного сечения. Лидер типа 41525550179
может служить самостоятельным трехлинейным распредели¬
телем. Сердечник клапана может поджиматься включением
кнопки без подачи напряжения на катушку лидера. Катушка
снимается при осмотре и регулировании клапана. У клапана
КЭП-15 такой же лидер, как у КЭП-445, а распределитель,
как у КЭП-16.В двухпозиционном трехлинейном рас¬
пределителе много электродных машин на давление59
Рис. 48. Электропневматический
распределитель многоэлектродных
машинРис. 49. Выхлопной клапан
точечной машиныРис. 50. Выхлопной клапан
стыковой машиныРис. 51. ДроссельРис. 52. Унифициро¬
ванный элемент пнев¬
мосистемы
до 1600 кПа с лидером давление управления камеры 1 кор¬
пуса 2 (рис. 48) перемещает узел с клапанами 3 и б в крайнее
правое положение и соединяет потребители 4 с рабочим дав¬
лением канала 8, отсекая одновременно потребители от выхода9	в атмосферу. При снятии давления клапанный узел 5 возвра¬
щается рабочим давлением в исходное положение, перекрывая
канал 8 и соединяя потребители с атмосферой 7.Выхлопные диафрагменные клапаны
с Dy = 25 мм для точечных (рис. 49) и с 7)у = 50 мм для стыко¬
вых (рис. 50) машин рассчитаны на быстрый выпуск воздуха из
вспомогательной полости при создании Рк или Рос. Воздух из ка¬
нала 3 (см. рис. 49) в гайке 2 поступает в цилиндр через клапан6,	а диафрагма 4 прижата к седлу корпуса 1. Если в канале3	давления нет, то диафрагма, отходя от седла, открывает выход
воздуху из цилиндра 7 через прорези 5. В клапане /)у = 50 мм
(см. рис. 50) через небольшое отверстие 2 (вместо клапана)
диафрагмы 7 воздух подается в цилиндр и может выталкиваться
из него в пневмосистему при перемещении поршня с подпором
во вспомогательной полости.Дроссели с D = 10, 12,16 и 20 мм и обратные
клапаны В77-1 (рис. 51) регулируют скорость перемещения
и пневмоприводе. Воздух через канал штуцера 6 отжимает влево
обратный клапан 5 с кольцом из резины и подпорной пружиной4	и поступает в канал корпуса 7, соединенного с цилиндром.
При выпуске клапан закрывается, а воздух из цилиндра посту¬
пает через паз в корпусе 7, эксцентричную расточку и кольце¬
вую канавку в гильзе 3 и далее через радиальные сверления
штуцера б. Сопротивление потоку воздуха регулируется пово¬
ротом фиксируемой гайки 2 гильзы 3 относительно корпуса7.	В дросселях с конической иглой регулируется ее осевое
смещение по резьбе.Для унификации пневмоаппаратуры разработан уни¬
версальный пневматический элемент ре¬
гулирования потока воздуха и его распределения, изменения
давления и расхода. Являясь трехлинейным трех позиционным
пневматическим распределителем, совмещенным с камерой
сравнения, он имеет два разгрузочных клапана 4 и 3 (рис. 52)
с пружинами 2 и 5 и мембрану б, разделяющую камеры сравне¬
ния А и Б и соединенную жестко со штоком 7. Шток, двигаясь
через клапанную систему вверх или вниз, может открывать
или закрывать ее клапаны. Гайкой 8 с пружиной 7 элемент регу¬
лируют вручную, а также механическим или пневматическим
сигналом.От пневмосигнала Р1 в полости А мембрана б, перемещаясь
со штоком 7, открывает клапан 3 и соединяет каналы В и Г.61
Воздух из магистрали поступает в пневмосистему ПС, которая
перемещает привод, создает давление и т. п. От сигнала Р2
в полости Б усилие на штоке уменьшается. Если PI - Р2, то
клапанная система занимает исходное положение и камеры
В, Г и Д разобщены. При PI - Р2 =АРв зависимости от знака
АР открывается клапан 4 или 3, что изменяет давление или
расход подаваемого в ПС воздуха. Клапаны открываются при
Р = 0,005 МПа. Гайка 8 обеспечивает исходное положение при
РФ 0.В зависимости от схемы подсоединения элемент может
при двустороннем пневматическом управлении дискретными
сигналами распределять воздух в пневмоприводах, стабилизи¬
ровать давление воздуха от 0,2 до 1,0 МПа с точностью
0,005 МПа, а в зависимости от маломощного пневмосигнала
управления, регулировать или стабилизировать расход воздуха
(газа). Элемент пропорционального действия дополняется
соплом с D в котором гайкой регулируется расход газа от0,002 до 6 м3 /мин при проходном ф= 4 ... 40 мм. Максималь¬
ное рабочее давление 1 МПа, давление управления — 0,14 МПаРис. 53. Маслораспределитель ВЧА-2
В маслораспределителе ВЧ4-2 сжатый воздух,
поступающий через отверстие 4 (рис. 53), разделяется, проте¬
кая по щелям 9 к отверстию 7 и по каналам 5, 2, 3 и 8. При
62
закрытом дросселе 13 давление в стакане 1 и полости 6 одина¬
ково и масло не подается. При дросселировании давление в по¬
лости 6 меньше, чем в стакане 1, и масло по трубке 11 подни¬
мается вверх, отжимает шарик 10 и попадает в трубку 12.
В зоне распылителя давление снижается и масло вытягивается
из трубки 12 и, проходя через отверстие малого диаметра рас¬
пылителя, распыляется сжатым воздухом, поступающим по
каналу 2 к каналу 8.Глушители снижают уровень шума при выпуске воздуха
из цилиндра в атмосферу. Энергия звуковых колебаний погло¬
щается пористой перегородкой (глушитель ПТ-1) или лучше
металлокерамическим наконечником (глушитель ГПЭ-16).Воздушный редуктор БВ57-1 регулирует и.
автоматически поддерживает давление.Влагоотделитель
твердых частиц. Воздух по
отверстию 5 (рис. 54) прохо¬
дит в стакан 2 через щели
в отражателе 4 и движется
по винтовой линии. Центро¬
бежными силами вода и масло
отбрасываются настенку 3 и
каплями стекают в зону, от¬
деленную заслонкой 8. Осу¬
шенный воздух очищается от
механических частиц филь¬
тром 7 и поступает к выходу
6. Вода из прозрачного ста¬
кана 2 выбрасывается возду¬
хом после открытия кла¬
пана 1.Гидравлическая аппарату¬
ра (распределители и преоб¬
разователи мощности, редук¬
ционные, обратные и дроссе¬
лирующие клапаны, гидро¬
реле и др.) управляет рабо¬
той насосов, гидроцилиндров
и других гидравлических уз¬
лов машины. В машинах при¬
меняют унифицированные гид¬
равлические станции Г-48 с
теплообменниками и терморе¬
гуляторами при емкости баков
100, 160 и 250 л. Наиболее частоочищает воздух от влаги иРис. 54. Влагоотделитель63
пневматическая и гидравлическая аппаратура в требуемой
последовательности управляется электрической аппаратурой.Рис. 55. Двухпозиционный распределитель с гидравличес¬
ким управлением (а) и его схема (б)Распределители автоматически пускают, останав¬
ливают и возвращают гидравлические цилиндры, а также регу¬
лируют скорости их перемещения. В стальном корпусе 1
(рис. 55, а) движется золотник 2, закрывая или открывая
электромагнитом или каким-либо другим механизмом отвер¬
стия А и Б, ведущие к полостям цилиндра или отверстия В и
Г к насосу и баку. Через отверстие Е сбрасываются утечки
масла. Электромагнит 3 при включении толкает пилот 4, кото¬
рый, опускаясь, дает проход для масла от отверстия Д. Золот¬
ник сжимает пружину 5. Отключение магнита сопровождает¬
ся подъемом пилота собственной пружиной, прекращением
пуска масла и его стоком через отверстие Е. Пружина 5 сме¬
щает золотник влево.Распределитель является усилителем, позволяющим при
небольшой мощности управления получать на выходе потоки
большой мощности через жидкость, поступающую от насосов,
гидропневматических аккумуляторов и др. Регулируя магнит¬
ной системой положение золотника, можно изменять расход
(сервозолотники).Для уменьшения утечки необходима определенная длина
сопряжения / и перекрытия t и малый (4 ... 6 мкм) зазор.
Золотник останавливается в одном из двух положений 1 и 2
(рис. 55, б). Левому положению золотника соответствует поле1,	правому — поле 2. Стрелки указывают направление дви¬
жения жидкостей. Пилоту в левом положении соответствуетполе 3, при котором масло отводится от торца золотника,
64
а подвод масла отключен. При включенном магните поле 4
соответствует подаче масла к торцу золотника.В редукционном
к л а п а н е давление, соз¬
даваемое насосом, понижает¬
ся до рабочего. В клапане
Г57-1 (рис. 56) масло посту¬
пает по каналу 77 в полость10	под золотником 2 и одно¬
временно из полостей 13 и 3
по каналу 7 в полость 75,
из которой через демпферное
отверстие 14 в полость 9 и
под шариковый клапан 8.
настраиваемый пружиной 7
на рабочее давление. При дав¬
лении ниже рабочего золот- 2"
ник 2 пружиной 72 отжат
вниз и проходное отверстие
максимально, а при давлении
выше рабочего шарик припод¬
нимается, соединяя полость9	со сливом и золотник
под давлением масла в полос¬
тях 15 И 10 поднимается, Рис. 56. Редукционный клапан Г57-1
перекрывая проход из полос¬
ти 3 в полость 13. При рабочем давлении в полости 9 шариковый
клапан 8 закрывает слив, давление в полостях 9, 10 и 15 вы¬
равнивается и золотник опускается, открывая проход для мас¬
ла из полости 9 в полость 7давление в которой повышается.
Рабочее давление настраивается регулировочным винтом 6
(4, 5 - корпус).Гидравлическое реле РГС-1 контролирует проток воды.- Пидбод§ 13. Контакторы и регуляторыПри настройке машин на заданный режим необходимо
использование устройств по управлению током, контролю
параметров и программно-временных устройств. Ток управля¬
ется контакторами, а его программы и давление Рс во времени
задаются регуляторами цикла сварки (РЦС). В ряде машин
также используют прерыватели тока, состоящие из контак¬
тора и РЦС.Контактор включает и выключает машину с первичной сто¬
роны трансформатора. Электромагнитные и игнитронные кон-о	,	65о 3.1 к II .'38
такторы повсеместно заменяются тиристорными со встречно¬
параллельно включенными тиристорами таблеточного или
штырьевого исполнения.Деталь, сварочный контур,
трансформатор являются активно¬
индуктивной нагрузкой, вследствие
чего ток /н (рис. 57) отстает по
фазе от напряжения U на угол
<РН. Включение тока при постоян¬
ном угле а =у>и называется син¬
хронным, а при других углах -
асинхронным. Действующий ток
определяется углом сдвига фазы
ах импульса управления по отно-Рис. 57. Изменение тока /, ШеНИЮ К напряжению сети. Син-
напряжения V в зависимости хронное управление сварочным то-
от индуктивности сварочного ком требует предварительной на-
контура	стройки фазосдвигающего устрой¬ства на соответствующий нагрузке
полнофазный режим (100% величину тока) и последующего его
регулирования в сторону снижения. Угол полнофазного вклю¬
чения тока является критическим - минимально возможным.
При его дальнейшем уменьшении происходит насыщение тран¬
сформатора и порча вентилей из-за роста тока. Обычно вместо
настройки на полнофазный режим работы настраиваются на
минимально возможный коэффициент мощности нагрузки в
режиме замыкания электродов. Предложена автоматическая
настройка на коэффициент мощности нагрузки и ограничение
номинальной фазы управляемых импульсов.При неизменном угле управления и последовательном горе¬
нии тиристоров ток будет определяться полным сопротивлением
нагрузочного контура, напряжением сети и углом задержки.Тиристорные контакторы имеют близкие
по структуре схемы; их изготовляют на номинальное напря¬
жение 220 и 380 В. Контакторы КТ-1, КТ-2, КТ-3 и КТ-4, заме¬
нившие игнитронные контакторы, повысили надежность работы
машин и их КПД, а также исключили пропуски импульсов тока.
Термозащита тиристоров струйным гидравлическим реле (РГС)
не гарантирует перегрева других элементов машины (например,
электродов).Новая унифицированная серия (БУС) низкочастотных ти¬
ристоров и симисторов штыревой конструкции с керамичес¬
кими корпусами рассчитана на замену старых контакторов
с током до 320 А (табл. 2). Они комплектуются (кроме КТ^08,
KT-Q1 и КТ-02) надежными и циклоустойчивыми тиристорами
66
воздушного охлаждения и полностью заменяют контакторы
КТ-01 и КТ-02, а КТ-03 частично. Один из контакторов (КТ-09)
имеет закрытое исполнение и может устанавливаться вне
машины.2. Характеристики тиристорных контакторовКон- Силовой
так- элемент
торНоминальный коммутирующий
ток /д при ПВ%, АДля ма-1шин с / ,
ск А, доJ Охлаж¬
дение100505t(>*с0,52060КТ-05 Симистор
ТС14-1253555о001701506Воздуш¬ноеКТ-06 Симистор5590-45170-190290275250”ТСН-250КТ-07 Тиристоры160250480-410800700630Т14-320КТ-08 Симистор
ТС14-250160160160290275250ВодяноеКТ-09 Тиристоры
Т14-320160250480-41C800700630Воздуш¬ноеКТ-01 Тиристоры--250---ТВ-200КТ-02 Тиристоры--850---**ТВ-500В новой серии контакторов КТ-01 и КТ-02 использованы
новые тиристоры. В контакторах с малым /н применены сими-
сторы, каждый из которых заменяет два обычных тиристора.Импульсные перенапряжения на тиристорах (кроме КТ-05)
ограничены варисторами СН-2. Цепочки РС ограничивают ско¬
рость нарастания напряжения, а в маломощном контакторе
КТ-05 служат для его защиты (без варистора). Контакторы
настраиваются на полнофазное включение по световой индика¬
ции. Контактор КТ-08 с < водяным охлаждением не имеет преи¬
муществ перед КТ-06 без гидрореле и шлангов. На таблеточных
тиристорах создан контактор на ток 1250 А при воздушном
и на 1600 А при водяном охлаждении с термозащитой термо¬
резистором ММТ-9, на охладителе со стороны анода и индика¬
цией полнофазного включения. Предельный ток при t = 2 с
и ПВ =32% составляет 2200 А.Регуляторы цикла сварки РЦС-403,РЦС-502
и другие на бесконтактных элементах ’’Логика” заменяются
более надежными и точными регуляторами с цифровым отсче¬
том длительностей цикла с помощью интегральных схем.Программно-временные устройства на этих схемах форми¬
руют команды в функции времени, что позволяет в широком
диапазоне регулировать /, и Р. Для этого используют по пять,
шесть и девять диапазонов длительностей (РКС-501, РКС-601 и
РКС-901). Длительность собственно сварки в РКС-501 изменя¬
ется от 0,02 до 3,98 с, в РКС-601 — от 0,02 до 1732 с
и в РКС-901 - от 0,02 до 7,92 с.Девятипозиционный регулятор РКС-901
имеет выдержку с 30 периодами частоты сети ’’предваритель¬
ного сжатия” и регулируемые выдержки ’’сжатие”, ’’сварка 1”,
’’проковка 1”, ’’сварка 2”, ’’проковка 2” и ’’пауза”. На цикло¬
грамме регулятора (рис. 58) показаны все возможные времен¬
ные соотношения между токами и позициями.Включение ’’предварительного сжатия” совпадает с нача¬
лом отсчета ’’сжатие”, а отключение происхрдит при сжатии.
Отключение клапана повышенного усилия совпадает с окон¬
чанием ’’проковка 2”, а включение — с регулируемой задер¬
жкой (отсчитываемой от начала ’’сварка 1” или ’’сварка 2”)
в пределах 1 99 периодов, но не больше длительности этих
позиций.Шестипозиционный регулятор РКС-601
имеет выдержки ’’предварительное сжатие”, ’’сварка”, ’’ох¬
лаждение”, ’’проковка” и ’’пауза” Он допускает режим пульси¬
рующей сварки с числом импульсов /с от 1 до 9 при регули¬
руемой паузе ’’охлаждение” между ними, а также включение и
отключение одного или обеих повышенных усилий при ’’сжа¬
тии” или ’’проковке”В РКС-901 и 601 имеется устройство стабилизации /с при
колебаниях напряжения сети. Они управляют двумя клапанами
типа КЭП-15 или КЭЬ-16.Пятипозиционный регулятор РКС-501
обеспечивает ’’предварительное сжатие”, ’’сварку”, ’’проковку”
и ’’паузу” Специальным устройством он автоматически настраи¬
вает машину на cos у? в диапазоне 0,2 ... 0^ и фазовое регули¬
рование / во всем диапазоне до полнофазного включения при
любой толщине деталей, материале и внесении магнитных масс
в контур.Регуляторы РКС по входным и выходным данным взаи¬
мозаменяемы с любыми регуляторами серии РЦС. Они могут
ptStj «1	h&U1ш1тГГО'Л]1/»шt5Yl/VVVt? tgtqt2VРис. 58. Циклограмма работы регулятора РКС-901:Рсъ, PQ и Рк - усилия сжатия, обжатия и ковочное;
tx - 18 — время предварительного сжатия, обжатия,
сварки 7, проковки i, ковки, сварки 2, проковки
2 и паузы соответственноработать при соответствующем переключении на ’’одиночную
сварку” или ’’серию сварок”. ’’Нагрев” регулируется уровнем
/с по отношению к его полнофазному включению. Регуляторы
времени на интегральных схемах серии РВИ управляют силовой
коммутационной аппаратурой (блоком поджигания на тиристо¬
рах) и приводом вращения роликов (РВИ-501). В РВИ возмож¬
но плавное нарастание переднего импульса сварочного тока
(модуляция). Регулятор РВИ-501 работает в точечном, шовном
и непрерывном режиме, обеспечивая PQ = const. Диапазоны
регулирования указываются в паспорте регулятора. При замы¬
кании цепи запуска регулятор включает в требуемой последо¬
вательности клапаны и реле управления муфтой привода и
выдает импульсы на импульсные трансформаторы тиристорного
контактора или на блок поджигания.Регуляторы имеют унифицированные блоки на печатных
платах: счетчик, программное устройство, фазовый регулятор
со стабилизацией тока (для РВИ-801 и РВИ-501) , фазовый регу¬
лятор без стабилизации (для РВИ-703), усилитель и другие
элементы (для РВИ-801 и РВИ-703). Кроме того, в каждом
регуляторе есть блок питания с блоком элементов и панель
управления. Каркас с блоками защищен от повреждения кожу¬
хом. Панели управления имеют переключатели и тумблеры
для регулирования длительности каждой операции в периодах
сети. Ненужные при установке позиции отключаются установ¬
кой переключателей в нулевое положение.Простейший прерыватель обеспечивает только
фазовое регулирование, а тиристоры управляются по независи-69
мой схеме. Взамен устаревших прерывателей созданы новые:
ПК-200, ПК-1200 и ПКТ-1200 с новыми регуляторами времени,
тиристорными контакторами, прерыватель ПКТ-1500 с игни¬
тронами, блоком поджига и блоком крепления. Блоки преры¬
вателей размещены в однодверном шкафу. Там же расположен
блок разъема цепей и блокировка двери. Слева выведены нип¬
пели для подключения воды (при использовании контакторов
КТ-2 и КТ-3 и КТ4). На правой стенке шкафа установлен ка¬
бельный зажим для крепления подводящих проводов и зажим
заземления.Блоки аппаратуры предназначены для питания одного
(ПК-200 и ПК-1200) и двух (ПКТ-1200 и ПКТ-1500) электро-
пневматических клапанов, в ПКТ-1500 блок также подготав¬
ливает цепи поджига игнитронов и отключает ток при чрез¬
мерном нагреве воды (45 65° С) . Лампа на РВ сигнализиру¬
ет о подаче напряжения на прерыватель.При пуске машины регулятор, настроенный на режим рабо¬
ты, включает клапаны, реле управления муфтой привода,
а также выдает импульсы, сформированные блоками фазо¬
вого управления. Замыкание цепи запуска в одиночном режиме
завершается одной сваркой с автоматическим ее повторением
до размыкания цепи (с исключением операции ’’предваритель¬
ное сжатие”). При шовной сварке цепь замыкается при запус¬
ке и второй раз при отключении. Прерыватель подключается
через окно в правой стенке шкафа, к зажимам Х1 и Х2 подсо¬
единяется провод или кабель на ток прерывателя при ПВ =
= 50 %, а к зажимам Х3 и Х4 — сечением 0,75 мм2. Преры-
тель ПК-200 поставляется на 220 В, остальные на 380 В. преры¬
ватели ПК-200 и ПК-1200 используют в точечных и шовных
машинах, а ПКТ-1200 и ПКТ-1500 только в точечных. Темпе¬
ратура охлаждающей воды 5 35° С для ПКТ-1500, а дляостальных 5 ... 25° С, рекомендуемая
T’min = Ю° С- Пределы регулирования
тока 30 100%, его стабилизация -
при (0,9 1,5) U2оПрерыватель ПТО-3500-380 на/н =
= 3500 А при U =380 В имеет силовой
блок БС (рис. 59), выходной кас¬
кад ВК, систему управления СУ,
блок защиты БЗ и блок питания
БП. Его используют в мощных ма¬
шинах. Он имеет 10 тиристорных
блоков, каждый из которых пред¬
ставляет встречно-параллельное сое¬
динение двух тиристоров Т-500 деся-Рис. 59. Прерыватель
ПТО-3500-380
того класса в таблеточном исполнении с воздушным охлаж¬
дением (возможно применение и более мощных тиристоров).
Ток в параллельно соединенных тиристорах выравнивается
индуктивными делителями с разбалансом ± 5%, которые
шунтируются сопротивлениями.Схема управления на транзисторах предусматривает форми¬
рование коротких одиночных импульсов для управления выход¬
ными каскадами, управляющими одновременно десятью парал¬
лельно соединенными тиристорами, синхронизацию импульсов
и защиту от перегрузки и токов короткого замыкания. При
срабатывании защиты снимается напряжение с системы управ¬
ления и включается световая сигнализация. Прерыватель управ¬
ляется внешними сигналами с напряжением 12 В при токе не
более 40 мА, которые подаются на вход 1 и 2.Контрольные вопросы1.	Какие преобразователи тока используют для контактной сварки?2.	Что такое номинальный и кратковременный ток, номинальная
мощность и коэффициент повторного включения?3.	Как регулируют напряжение при контактной сварке?4.	Чем отличаются асинхронные контакторы от синхронных пре¬
рывателей?5.	Что такое внешняя технологическая и нагрузочная характеристи¬
ки и как по ней оценивают технологические возможности машины?6.	В чем преимущество бесконтактных систем управления?Глава IV. ТЕХНОЛОГИЯ СТЫКОВОЙ СВАРКИ§ 14. Разновидности стыковой сваркиСтыковой сваркой соединяют проволоку, стержни, трубы,
полосы, рельсы, цепи, арматуру железобетона, полотнища лис¬
товых конструкций, немерные отрезки сортового проката,
блоки дизелей и др. (рис. 60) .Различают стыковую сварку сопротивлением, непрерыв¬
ным и прерывистым (импульсным) оплавлением, а также
сварку оплавлением с подогревом. Различие связано с особен¬
ностями изменения тока и контактного сопротивления jRr
между торцами. Сопротивление (см. рис. 11) существенно
влияет на протекающий через торцы ток и, как следствие,
на тепловыделение в деталях. Если R велико (детали кон¬
тактируют слабо, RK велико), ток мал и тепловыделение Q =
Рис. 60. Детали после стыковой сварки оплавлениемРис. 61. Схема сопротивлений
и путей тока (<а), а также
изменение сопротивлений при
стыковой сварке сопротивле¬
нием (б) и оплавлением (в)
для низкоуглеродистой (-)
и нержавеющей (- - -)
стали1\1	ЛN.^оплщ1IIб)= kf2R t незначительно; при R малом (i?K мало) ток мак¬
симален, однако тепловыделение опять невелико — максимуму
тепловыделения соответствуют определенные для каждого
металла и сечения деталей соотношения между /иRK.Ток при стыковой сварке растекается в деталях неравно¬
мерно (рис. 61, а). Нагрев контактных площадок зависит от
давления Рс и протекающего через них тока.При сварке сопротивлением ток включается
после закрепления деталей в электродах и сжатия торцов с
определенным давлением р . При р, > 10 МПа и плотностях
тока выше 50 ... 100 А/мм^ участки контакта деталей из низ¬
коуглеродистой стали деформируются без расплавления, RK
уменьшается (рис. 61,5), a R растет, сопротивление R^ при
этом вначале снижается, а затем повышается. Зона нагрева
расширяется, и степень деформации в стыке при осадке с
заданным припуском может оказаться недостаточной для ка¬
чественного соединения. В этом случае при нагреве для дета¬
лей сечением более 100 мм2 обычно необходимы защитные
среды или создание условий для удаления образующихся окис¬
лов. Если рс= 3 ... 5 МПа, а плотность тока/ = 140 ... 240 А/мм2,
то проволоку небольших (до 10 15 мм) диаметров можно
сварить с локальным расплавлением металла в стыке из-за
повышенного RK. Поверхностные пленки в этом случае раз¬
рушаются электромагнитными силами и вытесняются из сты¬
ка при деформации. Всестороннее сжатйе расплава при локаль¬
ном нагреве улучшает структуру металла соединения. Для ряда
металлов после расплавления необходимо резкое повышение
Рс осадки. Таким образом, сварка сопротивлением может осу¬
ществляться без расплавления или с одновременным расплавле¬
нием металла обоих торцов.При очень малых Р резко повышается RK, образующиеся
контакты быстро расплавляются и выбрасываются из стыка.
Если непрерывно сближать торцы, то можно получить непрерыв¬
ное оплавление. При сварке непрерывным оп¬
лавлением закрепленные в электродах детали сближают¬
ся с постоянной или возрастающей скоростью оплавленияv „. Непрерывно возникающие при сближении контакты-
опл	г г	^перемычки разрушаются взрывообразно с выбросом парови расплавленных частиц металла и образованием на торцахнебольших кратеров, покрытых расплавом.Каждая перемычка в ее средней части после расплавления
сжимается силой Рж (рис. 62) и растягивается силой Р , соз¬
даваемой протекающим через пере¬
мычку током. На перемычку так¬же действует силастремяща¬яся увеличить сварочный контур и
направленная обычно в сторону от
трансформатора и токоподводов,
а также сила, вытесняющая пере¬
мычку к краю оплавляемого се¬
чения из-за поверхностного эффек¬
та. Сила тяжести практически не
влияет на форму перемычки, а
сила сопротивления перемещению
перемычки действует только до
создания расплава, однако и
при наличии расплава она мень-Границы зоны
расплавления?ЛиниитокаРис. 62. Перемычка и дей¬
ствующие на нее силы73
me P . Взаимодействие токов между близкорасположенными
перемычками при малых зазорах проявляется слабо. Следо¬
вательно, форма перемычки и ее положение на торцах в основ¬
ном определяются переменными силами Р’ Р^ и мало ме¬
няющимся поверхностным натяжением о. Силы Рк и Р^ при¬
нимают наибольшее значение при амплитудном значении тока,
а при его переходе через нуль форма перемычки определяет¬
ся поверхностным натяжением.Сжатие перемычки в ее средней части при больших плот¬
ностях тока, достигающих нескольких сотен А/мм2, приводит
к перегреву металла и внутреннему кипению (из-за раствори¬
мых газов), которое сопровождается взрывообразным разру¬
шением с появлением на торцах слоя расплава 6р =0,1 ... 0,5 мм,
покрывающего по мере оплавления всю поверхность торцов.
При кипении металла давление в средней части перемычки
по расчетам достигает 5 10 МПа. Под действием Рк перемыч¬
ки смещаются со скоростью 1... 5 м/с по торцу и могут разры¬
ваться у поверхности детали иногда без взрыва. Вследствие
этого на поверхности детали с противоположной от то ко под¬
вода стороны скапливается расплав; у немагнитных материалов
это проявляется слабее. На отдельных участках при чрезмерных
1>опл возможно сплющивание перемычек и их разрушение.В начальной стадии оплавления количество перемычек мало,,
а их размеры относительно велики и зависят от толщины де--
талей. На размеры перемычек также влияет используемая мощ¬
ность и иош1. Площади, занимаемые перемычками вначале
оплавления, не превышают 3 5% площади торца. По мере
прогрева количество перемычек, образующихся в каждом
полупериоде из-за повышения ио1Щ растет, а их размеры умень¬
шаются. На торцах при этом образуется достаточно равномерный
слой расплава без глубоких кратеров. С прогревом деталей
в глубину перемычки нагреваются до плавления быстрее с
меньшими затратами энергии, что позволяет постепенно повы-
шать 1>огш до 2 8 мм/с, а иногда до 10 ... 20 мм/с. С ростом
количества перемычек и ускорением их нагрева и взрывооб¬
разного разрушения увеличивается количество расплавленных
частиц и пара, которые ограничивают доступ воздуха к торцам,
одновременно перемычки чаще возвращаются на прежнее место,
что предупреждает кристаллизацию расплава.При сварке оплавлением, несмотря на рост 2#д, сопротив¬
ление R снижается (см. рис. 61,5), что обусловлено сниже¬
нием RK. Это снижение зависит от напряжения U, сечения дета¬
лей F и скорости оплавления иопл: Лопл = k^lf1 /Fvопл» гДе -
коэффициент, зависящий от нагрева деталей.74
Если i>onJI = const, то ^0ГО1 увеличивается. Сопротивление
RQim складывается из сопротивлений единичных контактов-
перемычек.Сопротивление R при оплавлении значительно выше,
чем при сварке сопротивлением, что при меньшем R обуслов¬
лено высоким Лопп. Снижение RQnn к концу оплавления свя¬
зано с увеличением проводимости промежутка из-за большого
числа одновременно существующих перемычек. Оно помимо
U2о площади детали F и иопл также зависит от теплофизичес¬
ких свойств свариваемого металла, учитываемых коэффициен¬
том kjy который меняется с нагревом. К концу оплавления
полос толщиной 3 мм и шириной 470 мм при v = 6 мм/с
по сравнению с начальной стадией при иопл =0,5 мм/с ^от
снижается в 5 ... 6 раз.Среднее давление между торцами при оплавлении полос
очень мало, однако при взрыве больших перемычек между
холодными торцами оно может достигать 1 ... 2 кН.Взрыв перемычек вызывает ионизацию промежутка между
кратерами и может сопровождаться кратковременным дуго¬
вым разрядом. При повышении U2о до 15 ... 25 В дугообразо-
вание усиливается. Температура на этих участках достигает
4000 5000° С. Дуга, являясь поверхностным источником,
перегревает расплав, усиливая испарение металла и окислов
и облегчая формирование соединения при малых припусках
на осадку. Вместе с этим зона интенсивного нагрева сужается.В реальном процессе без разрыва вторичного контура дуга
при напряжениях 5 10 В слабо влияет на нагрев стали. Пол¬
ное разрушение контактов типично для оплавления цветных
металлов или сравнительно тонких деталей из стали при боль¬
шом запасе электрической мощности. Среднее давление между
торцами близко к 15 Па.Оплавление на предельной мощности неустойчиво и часто
прекращается из-за закорачивания торцов. Для устранения
этого на основное перемещение накладывают колебания дета¬
лей с частотой 3 ... 25 Гц и амплитудой 03 ... 1,0 мм. Это умень¬
шает размеры взрывающихся участков перемычек, выравнивает
торцы и позволяет нагревать детали при меньших припусках
на оплавление. Одновременно вибрация облегчает возбуждение
оплавления при холодных торцах. Единичные процессы в зави¬
симости от особенностей оплавления и нагрева деталей проте¬
кают с частотой 50 ... 500 Гц.Коэффициент использования теплоты при оплавлении по¬
вышают программированием U20 или U20 и иопл одновременно.При сварке оплавлением с подогревом в машине детали
могут периодически сближаться со скоростью 5 6 мм/с
и кратковременно (0,5 ... 4 с) сжиматься под током при неболь¬
шом давлении (3 8 МПа) или нагреваться импульсами тока
при программировании давления. После подогрева до опре¬
деленной температуры детали оплавляются и осаживаются.
Подогрев, расширяя зону нагрева и замедляя кристаллизацию
расплава, уменьшает требуемую мощность W, конечную vQim
и припуск на оплавление Лопл. После подогрева оплавляют
с постоянной или нарастающей по определенной программе
скоростью, заметно меньшей в начале, чем скорость сближения
при подогреве или равной ей.В последнее время выявлена возможность интенсификации
нагрева при резком уменьшении длительности и степени закора¬
чивания торцов с совмещением подогрева и оплавления. Это
достигается циклическим изменением v при малой электри¬
ческой мощности. Такой процесс назван импульсным оп¬
лавлением.При импульсном оплавлении одна из зажа¬
тых деталей совершает возвратно-поступательные движения,
накладываемые на задаваемое программой основное поступа¬
тельное движение подвижной станины. В отличие от обычного
импульса подогрева кратковременное повышение скорости
уменьшает зазор между торцами без их короткого замыкания
с выплавлением мелких контактов и ростом площади больших
контактов и увеличением длительности их существования.
Переход в режим короткого замыкания предупреждают раз¬
рывом контактов. После сближения торцов до критического
зазора они некоторое время перемещаются незначительно и
зазор при отходе увеличивается до исходного. Процесс сопро¬
вождается вторичным переплавлением вытесненного из крате¬
ров расплава, что резко уменьшает потери металла и интенсифи¬
цирует нагрев в глубину деталей.Оплавление при низких напряжениях увеличивает средний
ток в несколько раз, в 10 15 раз уменьшает необходимую
для возбуждения оплавления мощность W, в 4 ... 5 раз уменьша¬
ет припуск на оплавление Догог Импульсное оплавление лока¬
лизует нагрев и расширяет высокотемпературную зону, преду¬
преждая этим быструю кристаллизацию расплава.Длительность импульсов тока в начале достигает 0,5, а
пауз — одного периода. По мере прогрева паузы уменьшаются,
средняя величина тока растет. Перед осадкой ток протекает
без пауз.§ 15. Формирование соединения и его прочностьОкисление при стыковой сварке предупреждается или зна¬
чительно уменьшается защитными средами одновременным76
расплавлением торцов, уменьшением длительности и расшире¬
нием зоны нагрева при оплавлении, а также перегревом рас¬
плава торцов на конечной стадии оплавления.Ранее указывалось, что качественное соединение при свар¬
ке сопротивлением формируется при расплавлении торцов
или их защите от окисления. При сварке сопротивлением на
воздухе стык насыщается кислородом, а в углеводородах
его металл науглероживается. Еслирс > 10 МПа, то увеличивают
плотность тока и сваривают с использованием схем, локали¬
зующих деформацию в стыке специальными губками.Для качественного соединения при сварке оплавлением
необходимо создание равномерного слоя расплава без значи¬
тельных неровностей на торцах и их окисления. В начальной
стадии непрерывного оплавления этот слой мал, а неровности
велики. По мере нагрева оплавление становится спокойнее,
неровности уменьшаются. На конечной стадии важно преду¬
предить кристаллизацию расплава и его окисление. Это легче
достигается при широкой зоне нагрева и интенсивном оплав¬
лении. Широкая зона предупреждает кристаллизацию расплава
на участках, где прекращается оплавление, а интенсификация
способствует созданию менее окислительной среды и более
равномерного слоя расплаву. Структура металла в стыке фор¬
мируется в результате взаимодействия расплава обоих тор¬
цов и пластической деформации. Степени деформации по длине
и сечению деталей неравномерны и зависят от ее схемы. Так,
при ограничении деформации металла около стыка отмеча¬
ется его интенсивное течение в зоне соединения и искривле¬
ние текстуры (рис. 63) . При обычных схемах искривление тем
меньше, чем меньше припуск на осадку. Искривление волокон
наиболее заметно в сталях с повышенным содержанием S и Р
и их строчечным распределением. Чрезмерная осадка при этом
может существенно снижать пластичность соединений.В стыке возможно появление белой плохо травящейся
полоски и скоплений карбидов. Ее наличие в углеродистых
сталях указывает на качественное формирование соединения.
С увеличением припуска на осадку толщина полоски уменьша¬
ется, а пластичность может снижаться. В полоске отмечается
обычно более мелкое зерно с меньшей концентрацией вклю¬
чений на границах зерен и некоторое насыщение зерен кисло¬
родом. Состав металла стыка меняется в результате взаимо¬
действия с кислородом, перераспределения S, Р, Си, Мп между
расплавом и твердым металлом и под действием пластической
деформации. Скопление карбидов в легированных сталях обус¬
ловлено их малой растворимостью в аустените из-за больших
скоростей нагрева и охлаждения. В полоске стыка легирован-77
Рис. 63. Течение металла в
схеме объемно-напряженного
всестороннего сжатия (а) и
при свободной осадке {б)Рис. 64. Схемы стыковой свар¬
ки сопротивлением (а, б) и
оплавлением (в - начальная,
г — промежуточная, д - конеч¬
ная стадии), а также макро¬
структура стыка, сваренного
оплавлением (е)ных сталей также отмечено понижение титана и некоторых
других элементов. Окисление хрома зафиксировано специаль¬
ным анализом. В стыке отмечается хрупкое разрушение обра¬
зовавшихся окислов FeCr04 и растекание вязких окислов
железа, затрудняющее сварку.Быстрая осадка уменьшает окисление и предупреждает7р
кристаллизацию расплава. Расплав на торцах (рис. 64), спрес¬
совываясь заполняет неровности и, утончаясь, частично вытес¬
няется на поверхность (рис. 64, в, г, д). С увеличением осад¬
ки измельчается зерно стыка и перегретой зоны, растет пло¬
щадь сварки и дробятся окислы, если они возникли, однако
при этом наклепывается металл и снижается его пластичность.
Вместе с тем при больших скоростях осадки повышается тре¬
буемое давление, увеличивается деформация станин и возмож¬
ны их вибрации. Поэтому скорости осадки по возможности
ограничивают, что часто благоприятно влияет на формирова¬
ние соединения.Светлая полоска или скопления карбидов в стыке не ухуд¬
шают его прочности. Строчечность и другие дефекты стали,
мало меняя прочность, заметно понижают пластичность при
низких температурах.Равномерный слой расплава и защитные среды позволяют
уменьшить величину осадки. Газовая среда около торцов при
интенсивном оплавлении углеродистой стали содержит только
0,3 1% кислорода и 0,5 ... 2% СО и С02. Оплавление в каме¬
рах или в электропроводных флюсах уменьшает окисление,
однако это усложняет процесс.При сварке некоторых материалов (например, низко угле¬
родистых хромистых сталей с 15 ... 25% Сг) возможны струк¬
турные изменения с порчей границ зерен, не устраняемые термо¬
обработкой, или насыщение нагретого металла газами. Обычно
неблагоприятен как длительный нагрев, снижающий свойства
из-за перегрева, так и кратковременный, приводящий к появ¬
лению закалочных структур.Часто у деталей большого компактного сечения перегрев
предупреждают охлаждением водой после сварки, а повышение
твердости тонких полос замедленным охлажением. Для улучше¬
ния свойств металла соединения полезен его нагрев и пласти¬
ческая деформация со степенями 15 ... 20%.Наиболее широко применяют сварку оплавлением. Свар¬
кой сопротивлением из-за возможного окисления при нагреве
соединяют детали из низкоуглеродистой стали сечением до
200 мм2 и меди до 100 мм2 (стержни, бруски и др.).Детали большего сечения сопротивлением сваривают после
специальной подготовки или при схемах всестороннего сжатия
с переменным усилием или с программированием тока.Непрерывным оплавлением сваривают детали компактно¬
го сечения до 3000 мм2, а также листы и трубы до 10 000 мм2.
При программировании напряжения и использовании регулято¬
ров возможна сварка деталей компактного сечения до
20 000 мм2 и толщиной 15 мм. Подогрев, снижая требуемую7.9
мощность, позволяет сваривать изделия из закаливающихся
сталей площадью до 25 ООО мм2 Импульсным оплавлением
сваривают детали компактного сечения площадью до
400 ООО мм2 и более.Механические свойства соединений зависят от условий фор¬
мирования стыка, а пластичность и ударная вязкость - от степе¬
ни локализации в нем пластической деформации. Возникающая
при осадке структурная неоднородность наиболее резко влияет
на ударную вязкость, в особенности при отрицательных темпе¬
ратурах. Разрушение часто локализуется в зоне, примыкаю¬
щей к плохотравящейся полоске стыка. Пластичность соедине¬
ния обычно несколько ниже, чем у исходного металла, а проч¬
ности близки. Искривление волокон при осадке резко снижает
угол загиба, особенно при сварке толстостенных труб. Так,
при толщине 5 = 20 мм искривление строчечности у поверхности
на угол 45° снижает минимальный угол загиба соединений труб
до 60°. Нормализация часто не устраняет этой неоднородности.При сварке качественных сталей угол загиба соединений
в меньшей мере связан с припуском на осадку, которую при
наличии текстуры необходимо по возможности уменьшать до
минимума.Деформация при осадке часто сопровождается наклепом
соседних с расплавом зон металла, улучшая вместе с тем строе¬
ние закристаллизовавшегося металла. Легированные стали
после сварки могут иметь высокую твердость и требуют соот¬
ветствующей термообработки. Наиболее часто для этой цели
используют изотермический отпуск. Длительная прочность
стыковых соединений мало отличается от длительной прочности
основного металла.§ 16. Подготовка к сваркеПодготовка предусматривает конструктивное оформление
деталей, правку, обработку концов и очистку контактных
участков. Оплавлением хорошо свариваются специально под¬
готовленные детали (рис. 65, а) . Кольцевой выступ при сварке
сопротивлением (рис. 65, б) локализует нагрев, изолирует по¬
верхность стыка от доступа кислорода. У труб (рис. 65, в) и
прутков конус (рис. 65, ё), сфера (рис. 65, г) или конус с
притуплением (рис. 65, ж) облегчают сварку сопротивлением
и удаление окислов. Равномерный подогрев деталей с перпен¬
дикулярными торцами (рис. 65, д) без тщательной их подгонки
и импульсного включения тока затруднен.Трубы и другие сложные детали иногда калибруют. Для
сварки оплавлением пригодны детали после механической или
цг-озDC СЮe)*)Рис. 65. Подготовка деталей к сварке оплавлением
(о) и сопротивлением (б-ж)термической резки с очисткой от заусенцев и ишака. Различие
в диаметрах не должно превышать 15%, а по толщине — 10%.
Максимальный зазор между торцами свариваемых соприкасаю¬
щихся деталей не должен превышать 15% от Дошг Если зазор
больше, то на такую же величину увеличивают Аопл.Уменьшение
сечения деталей заточкой облегчает возбуждение оплавления.
Подогрев иногда стабилизируют предварительным оплавлением,
устраняющим перекосы. При плохой зачистке /с уменьшается,
а сопротивление Яэд растет, что приводит к пригарам и износу
электродов, а также к смещению деталей.Зачистка в ряде производств автоматизирована. Окалину
удаляют металлической дробью, травлением, нагревом газовым
пламенем, резанием, иглофрезерованиём или шлифованием.
Мелкие детали очищают в галтовочных барабанах.Детали с горячекатаной окалиной иногда сваривают при
больших усилиях зажатия ^заж с частичным ее разрушением.
Ржавчину удаляют, так как она разлагается в зоне нагрева и
повышает окислительную способность среды.§ 17. Режимы сварки сопротивлениемРежимы сварки сопротивлением определяются установоч¬
ной длиной 1Х + /2, длительностью нагрева Гс, программами81
усилия сжатия Рс и плотностью тока /с. При чрезмерной /с и ма¬
лом Рс возможен выплеск, а при малой - непровар. Качествен¬
ная сварка сопротивлением возможна при специальной подго¬
товке торцов (см. рис. 65, г) и кратковременном импульсном
нагреве с синхронным приложением давления от электромаг¬
нитной системы.Стали при /с до 100 А/мм2 и медь до 120 А/мм2 и Рс >>	10 МПа сваривают после тщательной подгонки торцов и
при специальных схемах деформации или в защитной среде.
Детали большого сечения сваривают в защитных средах, ваку¬
уме, после специальной подготовки в схемах всестороннего
напряженного сжатия или при закладывании пластичных
прокладок.Ориентировочные режимы сварки сопротивлением с рас¬
плавлением металла торцов (табл. 3) рассчитаны на машины
с малоинерционным приводом, очень гибкими то ко подводами
и уравновешенными электромагнитными силами в сварочном
контуре.3. Режимы сварки сопротивлением с расплавлением торцов проволокМатериалОтношение ус¬
тановочной дли¬
ны /, мм, к диа¬
метру проволок
d, ммОтношение мини¬
мального тока
/о, А, к диаметру
проволок dt ммДавление
при нагреве
рс, МПаСплав АБ0,8 ... 1,06803...5Сплав АМг50,8 ...1,04503...5Медь Ml1,25 ...2,59006...8Сталь СтЗ0,6 ...0,81705... 10Сталь 1Х18Н9Т0,5 ...0,81005... 10Для повышения производительности минимальный свароч¬
ный ток /0 увеличивают, принимая /с = (1*5 ... 2) /0 для цвет¬
ных и /е = (3 4) /0 доя черных металлов. Важен также выбор
удельного давления рс, которое при хорошей подготовке тор¬
цов должно обеспечивать их расплавление без выброса рас¬
плава с разрушением на торцах окисных пленок электромаг¬
нитными силами. Выбранный /с определяет длительность свар¬
ки гс и скорость деформации. Максимальный ток /с ограничен
вытеснением расплава из стыка электромагнитными силами,
которые увеличиваются с ростом /с; он зависит от р, Л и Т^
свариваемого металла. Укорочение проволок алюминия при
сварке сопротивлением с оплавлением близко к (0,5 0$)</,
а меди к (0,3 0,5)d. Предельная установочная длина многих
металлов ограничена (0,8 1 ^)dy для меди - (1,8 2 $)d.
Усилие зажатия в 2 3 раза превышает Рс. Окисные пленки
у проволок из алюминиевых сплавов удаляют при величине
осадки Дос = d, а у меди - (0,4 0,6) d; U20 выбирают по /с
и #ээ с учетом приведенных ко вторичной цепи активного
R и индуктивного X сопротивлений сварочного контура.Термообработку проволок обычно осуществляют при
/т = (0,6 0,8) /с. В ряде случаев сварку завершают при повы¬
шенных в 5 10 раз давлениях с целью улучшения структуры
при деформации с протеканием тока в течение 0,05с/, с.В схеме объемно-напряженного сжатия при наличии изоли¬
рованной формующей вставки сваривают медные детали сече¬
нием 50 200 мм2 При этом установочная длина увеличива¬
ется в 2 4 раза, Гс = 0,6 с (для 50 мм2) и 3 с (200 мм2).
Малое рн (8 30 МПа) постепенно повышается при нагреве
до (0,7 0,85) Тт, а затем резко возрастает до 30 ... 200 МПа.
Усилие зажатия достигает 160 кН (мощность машины с ролико¬
выми направляющими 100 кВ - А). Часть деформации осущест¬
вляется без тока.При такой схеме медные витки сваривают со срезанием
грата ножами при начальном давлении 3 8 МПа и конечном -
350 450 МПа. Плотность тока составляет 110 180 А/мм2,
а укорочение (2 3)6, из которого на подогрев расходуется
(0,5 0,6) 6, а на нагрев под током - (1,4 2,4) 5. Витки
сечением 1,8 х 1,2 и 4,5 х 12,5 мм при подогреве укорачиваются
на 2 и 4,2 мм, а при осадке — на 3,2 мм и 6,4 мм соответственно.Рис. 66. Схема сварки раз¬
нородных металлов при разном
р с увеличением установочной
длины до /3 со стороны неэ-
лсктропроводной вставкиРазнородные материалы можно сваривать в схеме объемно¬
напряженного сжатия с надрезанием или срезанием грата
(рис. 66). Так, например, медь с менее электропроводным
фехралем (р больше в 74 раза, а Т^ больше в 134 раза) сва¬
ривают на машине К-766 с Рс в 20 раз большим, чем на машине
МС-403, по режимам табл. 4. Нагрев при этом выравнивают
за счет разных lt и 1г и применения неэлектропроводной встав-83
ки длиной /3 • Нагревают при низком Рн с последующей осадкой
при большом Рс. Соединение выдерживает 2 3 перегиба,
разрушаясь по меди.4. Режимы сварки проволоки из меди Ml
и фехралей 0X1ЗЮ4 (Ф1) иОХ13Ю4 (Ф2)Материалd, мм£/20>В1\ , мм/2,мм/3, ммАн, ммФ1 + Ml3,01,203,06461,54,21,464,58552,05,51,765,010602,5Ф2 + Ml4,01,464,08,0522,55,52,05,293603,0Ф1 + Ф15,52,06,2--2,5Продолжение табл.МатериалАос.т.» ммА)С> мм/>н,Н^ос’Н'С’СФ1 + Ml2,54,0196029 6500,5010,54,8185029 8000JS511^5,5175029 5000,90Ф2 + Ml10,04,5185031 2000,6811,55^180031 2000,95Ф1 + Ф110,04,5142036 5000,70Примечание. U2 о - напряжение холостого хода.Д^ Дос- при¬
пуск на нагрев и осадку, Рн, Рс - давление при нагреве и осадке, tQ -
время сварки, /ь h> h ~ см. рис. 66, AQC т- припуск на осадку под током.Равномерность нагрева достигается специальной подготов¬
кой торцов (см. рис. 65, е - ж) . Скос на 10 30° у жаропроч¬
ных проволок обеспечивает при начальном давлении 10
30 МПа равномерный нагрев, а после деформации на 20
25% при давлении до 300 ... 400 МПа доброкачественные соеди¬
нения. Также целесообразны скосы на трубах. Проволоку час¬
то сваривают при плоских торцах, полученных резкой на дис¬
ковых ножах с отверстиями, перпендикулярными плоскости
реза и близкими к d проволоки. Плоскости ножей должны
плотно прилегать друг к другу, а подвижный нож должен быть84
в 2 3 раза толще неподвижного. Полезна предварительная
опрессовка торцов, включение тока, снижение давления при
нагреве до 0,5 ... 0,8 Т^ и повторное повышение давления.Разнородные металлы иногда сваривают через биметалли¬
ческие или спеченные пластины, а тугоплавкие металлы через
пасту из гидридов металла или порошок металла.Детали сечением более 300 мм2 сваривают в защитных
газах или вакууме. Трубы диаметром 32x4 мм из стали 20 и
ряда хромистых сталей сваривают в смесях азота с водородом,
очищенных от кислорода и влаги при скосе кромок 6° , усилии
подогрева 6,5 кН и осадке 40 кН длительности 4 с и токе 11 ...
12 к А. Средняя удельная мощность близка к 0,1 кВт/мм2
Трубы на участках нагрева тщательно зачищают от окислов,
ржавчины и грязи; газ подают в камеры через фильтры, исклю¬
чающие интенсивное омывание нагретого металла.§ 18. Режимы сварки оплавлениемРежим стыковой сварки оплавлением определяется устано¬
вочной длиной /i + /2, припусками на оплавление Допл и осадку
Д^, их скоростями 1>опл и токами /опл и (или напря¬
жением U2о), а также длительностью осадки под током t^j. и
усилием зажатия	Подогрев задают температурой Тп илидлительностью t и количеством п импульсов тока и пауз.Оплавляют при ограниченной мощности W и большом
*опл> а также при ограниченном Гопл и большом W. В первом
случае сваривают детали большого компактного сечения, тол¬
стостенные трубы и профили, а во втором полосы, трубы ма¬
лого диаметра, стержни и другие детали массового про¬
изводства.Оплавление обеспечивает необходимый нагрев в зоне де¬
формации.Величина неровностей на торцах и толщина расплава перёд
осадкой непосредственно связаны с теплофизическими свой¬
ствами оплавляемого материала, его нагревом, размерами
оплавляемых деталей, иопл и W. Чем выше температура металла
и больше реализуемая мощность, тем при данной иопл быстрее
разрушаются перемычки и тем ровнее торцы. Интенсивное
оплавление, особенно важное при кратковременном оплавлении
перед осадкой, требует большой плотности тока (табл. 5). При
длительном оплавлении и широкой зоне нагрева кристаллиза¬
ция расплава замедляется, требования к интенсивности оплав¬
ления снижаются и допускаются более длительные перерывы
в оплавлении, а плотность тока снижается.85
5. Ориентировочная плотность тока оплавления jQm и осадки j 9 А/мм2ДетальМатериал^ошсредняямакси¬маль¬ная"осВысокопроизводительные режимыПолоса и труба
толщиной 2Низкоуглеродистаясталь15... 1020 ... 1560.,.. 406 мм, пруток фХромистая сталь20... 1525 ...2055 .., 356 ... 30 ммАлюминиевые сплавы35... 2045 ... 25170 ..130Медные сплавы40...2550 ... 30-300 ...200Работапри номинальноймощностиПолоса, труба,
прутокНизкоуглеродистаясталь2...46 ...825 .,..20Хромистая сталь6...812 ..„ 1550.,.40Алюминиевые сплавы5...1210 ...2080... 60Медные сплавы20...1515 ... 25200 ... 100При минимально возможных для данной иОГО1 напряжениях
U2о прогрев металла улучшается. Однако при резком повыше¬
нии U2о (в 3 4 раза) нагрев за счет кратковременно горящих
дуг локализуется около торцов, что резко (в 2 ... 3 раза) умень¬
шает припуск на осадку.Кратковременное непрерывное оплавление тонкостенных
деталей (листов, труб, профилей и др.) осуществляется при
мощности 0,15 ... 0,25 кВ • А/мм2 (ПВ = 20%) .Мощность и напряжение ориентировочно выби¬
рают по рис. 80, а, б для сварки с регулируемой скоростью
оплавления.Обычно ток отключают в стадии осадки. Увеличение /^
у деталей большого сечения снимает упрочнение и может ис¬
пользоваться для термомеханической обработки соединения,
а у деталей малого сечения приводит к перегреву или даже
пережогу.Для высокопроизводительных кратковременных режимов
конечная и0ГО1 низкоуглеродистых сталей близка к 4 ... 8 мм/с.
Иногда ее для более равномерного прогрева расплава за ОД ...
0,6 с до осадки увеличивают до 7 14 мм/с* При длительном
оплавлении деталей большого сечения конечная vblin иногда
снижается до 1 ... 3 мм/с.86
Экспериментально установлено, что для оплавления наибо¬
лее пригодны графики типа S = kt", где S — перемещение, t —
длительность, к - коэффициент равный 0,5 3. Оплавление
труб ф 32 ... 56 мм при п-Ъ создает более широкую зону интен¬
сивного нагрева, чем оплавление при п = 2,5 и 2. График S =
= kt3 , благодаря повышенной интенсивности в конце оплавления
обеспечивает доброкачественное соединение в широком диапа¬
зоне изменения Г, хотя с увеличением t интенсивность оплавле¬
ния снижается. Начальную стадию оплавления обычно осущест¬
вляют длительно с малыми часто постоянными скоростями.
Ток и выделяемая в стыке энергия увеличиваются с ростом
U20 (при одновременном повышении иопл), однако при высо¬
ком U20 нагрев локализуется у торцов, а зона интенсивного
нагрева сужается, что затрудняет деформацию толстостенных
деталей. Для постоянного U2о всегда можно подобрать такое
повышение ь>опл, при котором максимальная энергия, выделя¬
емая в стыке, остается постоянной, хотя коэффициент ее исполь¬
зования к концу процесса будет уменьшаться. Допустимые
конечные скорости определяются условиями кристаллизации
и окисления расплава на торцах. Скорость кристаллизации
непосредственно связана с толщиной слоя расплава, завися¬
щего от 6 деталей, ширины зоны нагрева и вида образующихся
окисных пленок, а также от зазоров между торцами и скорости
их закрытия.Приближенно 1>опл (мм/с) с повышением температуры
нагрева деталей повышается пропорционально используемой
мощности PR;где коил - коэффициент, зависящий от теплоемкости, плот¬
ности и тепловыделения; Т’опл, Т1{ - температуры оплавле¬
ния и нагрева; F - площадь оплавляемых деталей, мм2Стабильность оплавления проверяется по
осциллограммам напряжения и тока (рис. 67). На осцилло¬
граммах нормального оплавления в каждом полупериоде замет¬
но от 4 до 10 пиков тока и напряжения.Стабильность оплавления, важная перед осадкой, оцени¬
вается по длительности перерывов в токе, его величине или
плотности (см.табл.2) .Наиболее полные данные о сварке дает одновременная
запись перемещения тока и других параметров. Точный расчет
параметров затруднен и их выбирают по номограммам, графи¬
кам, таблицам ориентировочных режимов или устанавливают
по технологической карте, если она разработана. Так W, U2о87
Iz,hA
15 г10IНоon Л ClIнец
'вленияоЧо)Рис. 67. Изменение тока перед осадкой при оплавлении
(а) по графикам S = kt2 (нижняя кривая) и S = kt3 (верх¬
няя) и осциллограммы тока г и напряжения U в течение трех
полупериодов (б)к&А600Ш200ПВ20%ОЛ*г0.ш- ^^'й, ммU0 -tc,„2000 ШО 6000 8000 Г.ммг
Lho,	а)	30вт4. АМли0плtcА1&оп3*иоплtЛ/>\./{оплF, мм2Рис. 68. Зависимость мощности {а) и напряжения (<б) при
сварке непрерывным оплавлением (НО) и оплавлением с
подогревом (ОП), а также	лрс, допл + от площадидеталей (в)Рис. 69. Зависимость напряжения И20 от сечения деталей при
разных машины (а) и от ZK3 при разных R и X (б)88
(рис. 68, а) и ГОГО1, Аос, Допл + дп (рис. 68, б) могут выби-
раться по сечению F деталей. Выбор U2о увязывают с ZK3 маши-
ны (рис. 69, а). Более сильно на U2о влияет R нежели
X (рис. 69, б). Следовательно, для снижения U20 важно умень¬
шение сварочного контура, количества переходных контактов,
установочной длины, которую у толстостенных деталей выби¬
рают с учетом минимальных потерь на нагрев. Минимальные
ZK3 и R обеспечиваются при использовании кольцевых транс¬
форматоров, уменьшении плотности тока в токоподводах и
зачистке деталей (уменьшении /?эд).Оплавляют обычно при минимально возможном U20, кото¬
рое обеспечивает требуемую / и хороший прогрев при малых
А0пл- Программное снижение U20 еще более улучшает прогрев,
повышает / и удлиняет существование перемычек, способствуя
более спокойному их разрушению и получению меньших не¬
ровностей на торцах. Для лучшего возбуждения оплавления на
концах деталей делают скосы, a U20 принимают большим, чем
в средней части процесса. Напряжение U20 определяют, исходя
из Zjq и cos (Рад машины (с учетом 1Х + 12). Для устойчивого
возбуждения оплавления необходим 3 5-кратный запас (&)
мощности по сравнению с необходимой для оплавления:
опл 1Л01 [2Zю (1 + cos«p)].Ток /опл определяют, исходя из выбранного процесса (см.
табл. 2) , a Rojm с учетом формулы Яого? = kTv2l (F иопп). При
оплавлении деталей большого сечения / < 5 А/мм2 В мощ¬
ных машинах cos при оплавлении близок к 0,4 0,5. Для
оплавления деталей большого сечения необходимы машины с
малым ZK3.При кратковременном оплавлении увеличивают U20, повы-
шают иогш и несколько увеличивают Аопп. Напряжение повы¬
шается при увеличении размеров сварочного контура и боль¬
шом количестве переходных контактов в нем, а уменьшается
при увеличении гоГО1 и уменьшении иогш.Установочная длина h + h = Д0ГО1 + Aqc +
выбирается с учетом получения широкой зоны нагрева (без
уменьшения жесткости нагретых концов деталей). Чем боль¬
ше 1Х + 12 и выше /, тем больше требуемое U20, выше сопротив¬
ление контура с деталями и больше W. Если + h мала, то
детали нагреваются неравномерно, растут потери теплоты в
электродах, сокращается зона нагрева и увеличивается давле¬
ние осадки. По мере износа электродов l\ + h увеличивается
и из-за недостаточной жесткости нагретых концов деталей
возможно их смещение при осадке. У прутков и труб 1г + /2 =
= (0,75 ... 1) d,a у тонких полос (3 ... 4)6.	fТеплопроводные металлы сваривают при большей h +№
+ /2. Для сохранения жесткости часть установочной длины де¬
талей закрепляется изолированными от тока губками.Припуски на подогрев и оплавление Дпод и Д0Ш1 дол¬
жны быть достаточны для равномерного разогрева деталей
и создания на торцах слоя расплава. Обычно Доф1 составляет
0,7 0,8 от общего припуска А, а Д^ = (03 ... 0,2) Д. Припуск
на осадку под током составляет (0,5 1,0) Д^. Большая
t^ необходима для металлов с пластичными окисными плен¬
ками. При большой длительности Г^д. скорость осадки в конце
понижают.Кратковременное оплавление при повышенных напряже¬
ниях требует увеличенного Допл. С увеличением Догот при дос¬
таточной установочной длине облегчается создание равномер¬
ного слоя расплава, но могут увеличиваться неровности и Д^.
Если /i + /2 мало, то с увеличением ДОШ1 зона нагрева может
сокращаться.Скорость и длительность оплавления
зависят от U^y сечения деталей и степени их подогрева. Ско¬
рость постепенно возрастает, иногда достигая 6 14 мм/с.
Средняя иопл у деталей из низкоуглеродистой стали состав¬
ляет 1 23 мм/с, а у легированных — 2$ ... 3,5 мм/с и более.
При сварке с подогревом эта скорость изменяется в широких
пределах (2,5 4,5 мм/с) в зависимости от интенсивности
и длительности нагрева. При производительной работе
деталей компактного сечения составляет около 1 с на 30 мм2,
а листов и труб 2 ... 4 с на 1 мм толщины.Скорость осадки ^ выбирают, исходя из усло¬
вий предупреждения кристаллизации и окисления расплава.
При производительной работе начальная скорость осадки для
чугуна составляет 20 30 мм/с, низкоуглеродиетой стали -
30 60 мм/с, сложнолегированных сталей - 80 100 мм/с,
алюминия и других легкоокисляющихся металлов и сплавов —
100 200 мм/с. После осадки йа 30 ... 40% она может быть
уменьшена в 2 3 раза. Скорость осадки уменьшают с
увеличением 6 и расширением зоны нагрева. Так, при импуль¬
сном нагреве она снижается до 20 ... 30 мм/с. Из-за роста требуе¬
мого давления выбирают минимально возможной, обеспе¬
чивающей требуемое качество.Давление осадки Р^, зависящее от свойств мате¬
риала и нагрева, величины степеней и скоростей деформации,
ориентировочно выбирают по табл. 6. Для уменьшения искрив¬
ления волокон в текстурированном прокате Д^ и Рс снижают
на 25 ... 30%.У жаропрочных материалов могут достигать 250
350 МПа. Давление вначале растет медленно, а затем быстро,
90
6. Ориентировочные давления при сварке различных материаловМатериалРос, МПаНепрерывным оплавлениемОплавлениемплплгнV ниди!производи¬номинальнаятельная работаработаНизколегированная90...100*50..8040...60стальСреднеуглеродистая100 ...110*60...9040 ...60стальВысокоуглеродистая110...120*70... 10040...60стальЧугун80 ...10060... 8040 ...60Ферритная сталь100 ...18080... 15060...80Низколегированная100 ...11050... 10040...60стальАустенитная сталь150 ...180120... 150100 ...120при > 1Аустенитная! сталь
при ^ 1
Медь180 ...
250 ...220400*150...400120 ...250Титан30 ...60*-30 ...40Латунь140 ...180*--Бронза140 ...180*-•240* Уточняется в зависимости от толщины и формы сечения деталей,
1>оС, зоны нагрева и схемы.причем в конце с увеличением сечения деталей его рост замед¬
ляется, а скорость осадки уменьшается. В стыке фактические
скорости деформации могут достигать 5 ... 30 с"1, что на не¬
сколько порядков выше обычных скоростей испытания ме¬
таллов (0,005 с-1). Вследствие этого требуемые давления
осадки обычно в 2 ... 4 раза выше, чем ат металла, при тем¬
пературах 1300° С. Давления осадки при сварке толстостенных
деталей при широкой зоне нагрева обычно не превышают
35 ... 45 МПа.Уменьшение расстояния между ножами электродов Дк
при сварке полос 6=3 мм от 45 до 26 повышает р^ на 15 ...
10%. С повышением содержания углерода от 0,2 до 0,5%
р^ увеличивается на 8 ... 10%.91
Для полос из алюминиевых сплавов при срезании грата>	100 мм/с) Рпг ориентировочно выбирают в зависимости
от 5 и ат: Рж = (2,5/5 + 1)ат.Если Дк уменьшается, то при надрезе грата увеличива¬
ется по сравнению с давлением при свободной деформа¬
ции^:Припуск на осадку Д^ зависит от свойств металла, 5 и F дета¬
лей, нагрева и схемы деформации. Он растет с повышением
интенсивности окисления и кристаллизации металла торцов,
а также с увеличением пути, по которому могут быть удалены
образовавшиеся загрязнения. Чрезмерная снижает пластич¬
ность соединения. Величины Д^ и Рос в основном определя¬
ются прочностью и пластичностью металла в зоне деформации,
а также схемой деформации. Структуру соединения иногда
улучшают повторной осадкой с нагревом и дополнительной
деформацией на 15 25%. Чем больше б, тем меньше отно¬
сительное увеличение Д^. Так, у полос при 5=2 мм, Д^ =
= 2 ...2,5 мм, а при б =20 мм, Дос=7 ... 10 мм.Усилие зажатия Рзш, зависящее от усилия осадки
Р^, материала деталей и электродов, устанавливают по коэф¬
фициенту трения между деталями и электродами Л и Д или
коэффициенту зажатия ^заж* ^заж ^ос/+	^заж=Р рзаж/ ос*Коэффициент £заж зависит от состояния поверхности и
материала электродов, а также от Р3щ. Протекающий через
электроды ток плотностью 1 ... 3 A/mivt снижает на 10 ... 25%
кэш по сравнению с кзт при его отсутствии.У горячекатаных полос го низкоуглеродистой стали 5 =
= 3 4 мм на электродах из БрНБТ коэффициент близок к
2,3 а у более толстых полос к 2,6 ... 2,7. Травление полос повы-
шает кзш на 10 15%. У полос из нержавеющих сталей при
отсутствии тока он близок к 2 ... 2,1, а с током у полос из ста¬
ли 1Х18Н10Т он снижается до 1,4, стали ОХ18Т1 - до 1,65 и
стали XНАГИ - до 1J85.При сварке полос из алюминия и его сплавов в свободной
схеме деформации £заж =2,7, при надрезании грата (Дк = 2) -
1,7. Насечка на стальных электродах снижает к^ до 03 1.
Подогрев снижает требуемые U2o и Р^, а также мощность
до 0,05 0,15 кВ А/мм2. Скорость сближения деталей при
подогреве достигает 10 мм/с, а температура зависит от установ¬
ленной voim. Обычно подогревают до температуры, достаточной
для начала оплавления, или по жесткой программе. Стабиль-92
ность подогрева зависит от состояния торцов, переходных
сопротивлений, колебания напряжения сети, стабильности
импульсов тока и усилий. Автоматическое управление даже
с обратными связями по температуре не всегда обеспечивает
стабильный нагрев. При жесткой программе из-за схватывания
торцов несколько меняется длительность Пауз tn и импульсов
тока tc.Если исключить закорачивание торцов, то жесткое про¬
граммирование импульсов подогрева стабилизирует температу¬
ру начала оплавления.Равномерность и стабильность подо¬
грева труб обеспечивают компенсацией колебания на¬
пряжения сети и сопротивления сварочного контура авторегу¬
ляторами. Для устранения значительной пластической деформа¬
ции торцов при высоких температурах Рп снижают до 03 Рж.
Переход к оплавлению обеспечивается снижением скорости
сближения или повышением U20. Уменьшение паузы между
предварительным оплавлением и подогревом до 03 с облегча¬
ет возбуждение оплавления. Возможен подогрев при замк¬
нутых торцах после их выравнивания предварительным оплав¬
лением. Желаемая температура подогрева рлизка к 950° С.
Для повышения качества целесообразно удаление ржавчины в
зоне нагрева.Подогрев возможен токами высокой частоты при индук¬
ционном или контактном подводе тока. При программном
снижении U20 интенсивность источника снижается, а коэффи¬
циент использования энергии растет. Широкую зону нагрева
обычно получают при резком снижении U2о (от 7 до 4,5 В)
при ZK3 = 110 мкОм и длительном нагреве с малыми иопл
(0,2 мм/с) . В целях уменьшения окисления и повышения интен¬
сивности оплавление завершают при скоростях 1,5 ... 2 мм/с
и повышении U2о. Плотность тока при этом достигает 5 А/мм2 ,
а удельная мощность не превышает 0,06 ... 0,08 кВ • А/мм2При программном снижении U2q используют регуляторы.
Длительность оплавления при начальном U2о составляет 25
30% от общей Гопл. При повышенной voim, tOWJ = 1,5 3 с, а
длительность ее повышения 6 ... 9 с. С увеличением 6 и F де¬
талей Гопл достигает 2 ... 3 мин. Плавные программы снижения
U20 от 4 до 1,75 В через 10 с после начала оплавления за 80 с
используют для полос F = 300x10 мм и от 6,25 до 2,1 В через
40 с за 130 с — для рельсов F = 64 см2 . Программное регулиро¬
вание снижает иопл и U2o в 3 4 раза при одновременном
уменьшении потребляемой мощности.Удельная полезная мощность снижается по мере повыше¬
ния температуры торцов и U2о. В конечной стадии оплавления93
полезная мощность близка к нулю. При постоянной темпера¬
туре торцов мощность увеличивается пропорционально уско¬
рению при оплавлении.Режимы сварки импульсным оплавлением. При этом про¬
цессе удлиняется существование контактов и уменьшается
выброс металла, чем интенсифицируется нагрев. Частота коле¬
баний выбирается в соответствии с 6 (рис. 70), а амплитуда
в зависимости от 5 и образующегося при оплавлении зазора.Рис. 70. Зависим ость оптимальной час¬
тоты колебаний / от толщины деталей
б при разном падении напряжения
Un и температуре Т между торцами:1	- U = 3 В, Т = 0° С; 2 - Un = 3 В,
Т = 1000° С; 3 - и = 4 В, Т = 0° С;
и 10 20 30 $}мм	4 - ип=4 В,Т= 1000° СПараметрами режима дополнительно служат скорость
сближения и разведения деталей, максимальное расстояние,
на которое сближаются детали и длительность уменьшения
зазора. Для уменьшения зазора необходимо превышение ско¬
рости сближения над мгновенной скоростью плавления единич¬
ных контактов. Длительность существования единичных кон¬
тактов пропорциональна их площади.При минимальных зазорах между торцами линейный раз¬
мер контактов из-за вторичного плавления (повторного пере-
плавления вытесненного из кратера контакта) стремится к
определенной величине, зависящей от б. Частота колебаний
связана с напряжением на искровом промежутке £/п, темпера¬
турой Гиб Повышение / выше оптимума не снижает эффек¬
тивности нагрева, поэтому ее принимают постоянной, соответ¬
ствующей Т = 1000 1200° С. Нагрев наиболее интенсивен при
^кп = в этом случае при cos у? = 0,4 ... 0^ можно принять
Un = 0,6 U20. Для мощных машин Uu = 3 В и / = 8 ... 10 Гц,
а основная скорость, определяемая R^, равна 0,03 ... 0,5 мм/с.
Критический зазор при этом близок к 0,3 ... 0,6 мм. Постоян¬
ство	и Un обеспечивается регуляторами, без которых
возбуждение оплавления деталей большого сечения даже при
малых машины (10 15 кмОм) затруднено или не¬
возможно.Импульсное оплавление осуществляется при
/ = 5 10 А/мм2, а для расширения зоны нагрева у деталей
большого сечения при / = 1 А/мм . Обычно амплитуда составля¬
ет 0,3 ... 0,8 мм, а/= 5 ... 20 Гц.Импульсное оплавление в 1,5 ... 2 раза быстрее, чем оплав¬94
ление с программированием напряжения. Импульсным оплав¬
лением сваривают как обычные перлитные, так и различные
легированные сплавы и стали. Режимы сварки импульсным
оплавлением некоторых изделий приведены 'в табл. 7. При
импульсном оплавлении припуск уменьшается в 4 5 раз,
а скорости оплавления не превышают 2 ... 3 мм/с. При импуль¬
сном оплавлении и программировании напряжения мощность
близка к 0,008 0,010 кВ • А/мм27. Режимы сварки импульсным оплавлениемМеталлСечениеU20, ВА .ммООПЧастота
колеба¬
ний, Гцмакси¬мальноемини¬мальноеПерлитная300x20 мм6,3-725стальЮОхЮО мм8,9-835270x400 мм6,8-635АМгб12 000 мм213,28,0453,5XH38BT1 400 мм25,04,34-Рь1ООВЖ1012 000 мм26,85,05-Рь1ООПродолжение табл.МеталлСечениеАмплитудаколебаний,ммик>мм/смм/сгсв» сПотребляемая
мощность,
кВ • АПерлит¬300x20 мм0,40,9735230ная сталь100x100 мм0,30,9870320270x400 мм0,30,5' 12450600АМгб12 000 мм20,313,045120200ХН38ВТ1 400 мм2рОО13,81628200ВЖ1012 000 мм21ооо4,02055220§ 19. Особенности сварки оплавлением различных
материаловСоединения низкоуглеродистых сталей
по прочности и пластичности близки к исходному металлу.
Пластичность соединений из углеродистых сталей повышают
подогревом, регулируемым охлаждением или последующей
термообработкой. При программном снижении напряжения или
импульсном оплавлении возможно снижение пластичности при
низких температурах. Пластичность в этом случае повышают
высокотемпературной пластической деформацией.6в,МПа800600т20 200
10>/и/!чГ///////'71530ан, М/7а
HV1025520015\анА/N\//V\//-//\I '
J [тLчHVД/\>чV/f i///°С
1000|9008007 00А.J4'J \\\	-^гАаШ>ьAi “VОЛ 0,8 УоСОМ 0,8% С5)0,4 0,8 У. С
0)Рис. 71. Механические свойства (а, б) соединений (	) и исход¬
ного металла (-	) полос при различном содержании углерода исмещение критических точек А1 и'А3 при скоростях нагрева 100500° С/с (в)Чрезмерный перегрев углеродистых сталей
и быстрое охлаждение приводят к образованию крупноиголь¬
чатой ферритной (видманштеттовой) структуры и рыхлостей
в околостыковой зоне. Крупноигольчатая структура устраня¬
ется нормализацией. С увеличением содержания углерода сни¬
жается Т jjjj и расширяется интервал твердожидкого состояния,
что может служить причиной околостыковой пористости и лик¬
вации элементов. При этом прочность ов (рис. 71, а) и твер¬
дость HV (рис. 71, б) исходного металла и соединений растут,
а их пластичность 5 и ударная вязкость снижаются. В около¬
стыковой зоне твердость выше, а в стыке ниже. Твердость
в стыке повышают увеличением Р^. Подогрев и замедленное
охлаждение в течение 15 30 с до Ас^ позволяют резко сни¬
зить твердость металла околостыковой зоны.В высокоуглеродистых сталях после ох¬
лаждения стык имеет структуру мартенсита с остаточным аус-
тенитом. Твердость соединений снижают замедленным охлаж¬
дением, отпуском после охлаждения деталей или изотермичес¬
ким отпуском сразу после сварки. Нагрев под термообра¬
ботку в сварочной машине целесообразно осуществлять при
охлаждении стыка не ниже 500 ... 600 С. При термообработке
учитывают особенности фазовых превращений, связанные
с нагревом. Скорости нагрева достигают 300° С/с. При таких
скоростях отмечается резкое смещение критической точки
ЛСэ и небольшое смещение точки Ас (рис. 71, в) . Режим тер¬
мообработки выбирается по металлу околостыковой зоны,
где наиболее высокая твердость. Для полос и труб обычно
используют изотермический отпуск, а для прутков из стали
с 0,6; 0,45 и 0,2% С наряду с отпуском предложена нормализа¬
ция с нагревом соответственно до 900, 840 и 800° С и скорос¬
тью охлаждения 10, 15 и 25° С/с. Для ускорения термообработ¬
ки предложена вытяжка при температурах 600 800° С на
5 25% или сжатие стыка при нагреве до температур
нормализации.При сварке оплавлением область оптимальных режимов
сужается с уменьшением содержания углерода, поэтому труд¬
но сваривается чистое железо. С увеличением содержания угле¬
рода допустимые скорости оплавления и осадки снижаются,
поэтому чугун относится к легко свариваемым оплавлением
материалам. У чугуна конечные иопл и могут быть вдвое
меньшими, чем у стали. Это обусловлено более толстым слоем
расплава и более протяженной зоной двухфазного состояния.
Большое газовыделение снижает опасность окисления. Оплав¬
ленные поверхности чугуна более ровные независимо от его
состава и иОГО1-. Поэтому Допл также меньше, чем у стали. С
увеличением содержания С и Si глубина кратеров несколько
возрастает. Свободный цементит в стыке не обнаруживается
при Дос, большей слоя расплава, однако при чрезмерной
возможны трещины. Ферритный чугун с шаровидным гра¬
фитом хорошо деформируется в нагретом состоянии, вслед¬
ствие чего диапазон оптимальной Д^ шире. Непрерывное оп¬
лавление чугуна без программирования U2о приводит к его
отбелу.Чугун можно соединять оплавлением с предварительным
прерывистым до 700 800° С подогревом или программным
снижением напряжения, а также импульсным оплавлением.Хромистые стали свариваются труднее углеродис¬
тых при Допл, увеличенном в 1,5 ... 2,5 раза, и конечных иопл =
= 7 ... 10 мм/с.Низкоуглеродистые стали с 15 ..ч 25% Gr после нагрева выше
1000° С становятся хрупкими.Полосы из стали ОХ13 свариваются как на мягких, так и
на жестких режимах вполне удовлетворительно. После сварки
достаточен кратковременный (15 с) электронагрев соединения974 Зак 1138
при 650 680° С. Полосу с высоким содержанием углерода
также свариваются удовлетворительно, однако после сварки
необходим длительный (10 20 мин) отпуск. Ферритные
стали Х17Т и Х25Т требуют жестких режимов и больших об¬
жатий. Ударная вязкость их соединений после электронагрева
не превышает 200 кПа. Снижение пластичности обусловлено
ростом зерен и труднообратимыми изменениями на их грани¬
цах. Хромистые стали сваривают при А^ = (2 1,7) 6, (6 =
= 4 ... 6 мм) и и^ =80 ... 120 мм/с.Низкопрочные никелевые стали свариваются
легче хромистых. Никель снижает критическую скорость ох<*
лаждения: и усиливает закаливаемость. Никель, мало окисляясь
и имея умеренную электропроводность, может свариваться
как оплавлением, так и сопротивлением. Рост зерен при нагреве
требует ограничения tc и большой А^. В никелевых сплавах
трудности связаны с наличием хрома и алюминия, дающих
тугоплавкие окисные пленки. Полезен предварительный подо¬
грев, большие конечные uOIOT и и^,. У высокопрочных сталей
давления осадки вследствие жаропрочности и больших
достигают 400, 500 МПа. Подогрев снижает требуемые давле¬
ния. Стали с 3,5% Ni закаливаются на воздухе, а при 8% стано¬
вятся мартенеитными. При сварке никелевых сталей умень¬
шают начальные скорости оплавления, увеличивают давле¬
ние, длительность осадки под током и резко повышают С/2о -
После сварки обычно требуется высокий отпуск. Медленное
охлаждение может сопровождаться отпускной хрупкостью.
Никелевые стали целесообразно сваривать после нормализа*
ции, приводящей к измельчению зерна и растворению карбидов.Кремниевые стали, содержание до 2% Si, сварива¬
ются удовлетворительно. При более высоком содержании крем¬
ния они свариваются хуже из-за образования крупных зерен
и окисления.Марганцовистые стали, содержащие до 2,5%
Мп, свариваются, как углеродистые. Интенсивная закалка
соединений (при 2,5% Мп твердость стыка 225 HV) устраня¬
ется последующий термообработкой. Сложнолегированные
стали свариваются с большими АЬпл, и иОШ1.Высокая прочность и быстрое образование прочных окис-
ных пленок при нагреве требуют больших скоростей оплавления
с перегревом расплава и ускоренной осадки с повышенными
давлениями.В стыках некоторых хромоникелевых сталей
при осадке наблюдается скопление труднорастворимых кар-
бидов (например, карбида титана), снижающих ударную вяз¬
кость. В сталях с ниобием и бором возможно резкое снижение
пластичности околостыковой зоны. Термообработка с лагре-
вом в губках машины до 1050 1150° С и выдержкой 3 мин
восстанавливает пластичность таких соединений.Аустенитная сталь ОХ18Н12 и стали, содержащие до 5 ...6%
феррита, а также стали Х18Н10Т, Х17Н15МЗ, Х23Н18 и
Х17Н13М2Т свариваются вполне удовлетворительно, причем
первая обладает очень хорошей свариваемостью. В структуре
околостыковой зоны стали Х23Н18 заметны рекристаллизо¬
ванные зерна, а в соединениях стали Х17Н13М2Т - однород¬
ная мелкозернистая структура. Так же хорошо сваривается,
несмотря на наличие кремния, аустенитная сталь Х25Н20С2.
Труднее свариваются стали с содержанием феррита более5	6%. Так, сталь 1Х21Н5Т, содержащая до 50% феррита,
сваривается в узком диапазоне режимов и требует после свар¬
ки для повышения углов загиба нагрева до 500° С в течение
10... 15 с.Качество соединений (угол загиба а, ан) в большей мере
зависит от Догш, Д^, t0CJ и других параметров (табл. 8).8. Режимы сварки полос из нержавеющих сталейСталь5, ммА) гигмм^ОПЛ'сЧ)ПЛ»мм/сДооммvoc*MMjfc*ос.т»сС/20, В , мМ Pqq»МПаХ18Н10Т4,0161276,01400,2010,510260Х14АГ143,7161055,5600,3210,592100Х18Т14,517966,51600,2612,0102001Х21Н53,5131285,01400,1010,09190Алюминий и его сплавы обычно сваривают
со срезанием грата ножами (рис. 72, а) или с принудительным
формированием (рис. 72, б), что обеспечивает благоприятную
структуру соединения при повышенном давлении с устранением
расслоя и рыхлости, наблюдаемых при обычных схемах осадки.
В состоянии отжига большинство алюминиевых сплавов свари¬
ваются хорошо. Начальные значения твердости определяются
исходным состоянием сплава, а ширина зон - тепловым режи¬
мом сварки.Упрочняемые нагар товкой в холодном сос¬
тоянии и неупрочняемые при термической обработке сплавы
типа АД, АМц, АМг удовлетворительно свариваются в отож¬
женном и нагартованном состоянии. Отожженные спла-
в ы (Д16, В92 и др.), упрочняемые термической обработкой
после сварки, имеют повышенную прочность и твердость. Для
Рис. 72 Схемы осадки при сварке сплавов алюминиявосстановления их свойств часто необходим отжиг. Упрочнен¬
ные сплавы этой группы свариваются с кратковременным
нагревом и принудительным формированием соединения. После
сварки обычно применяют общую термическую обработку с
закалкой и упрочнением. Наиболее трудно свариваются сплавы,
упрочненные термической обработкой с последующей нагар-
товкой.С уменьшением толщины свариваемых деталей повыша¬
ется давление осадки и ее скорость. Это обусловлено тем, что
при сварке со срезанием грата р^ зависит не только от конеч¬
ного расстояния Дк и площади, но и от длины среза. Давление
тем выше, чем медленнее разупрочняется околостыковая зона.При сварке термообработанных деталей большого сечения
применяют подогрев (при большом /| + /2 и / = 5 7 А/мм2)
в течение 30 40 с для сплавов АМц и Д16 до температур
200° С и для сплава АМг до 300° С, который не разупрочняет
существенно исходный металл. Перед подогревом торцы вы¬
равнивают предварительным оплавлением, а затем сдавливают
при давлении 20 ... 50 МПа. После подогрева при U2o = 1 ... 3 В
оплавление возбуждают при иОГО1 = 0,5 ... 1 мм/с, повышая
до 3 5 мм/с и, наконец, до 10 25 мм/с. Давление осадки
близко к 150 250 МПа. Еще более эффективно импульсное
оплавление.Медь и ее сплавы соединяются хуже алюминия
из-за более высокой теплопроводности и температуры плавле¬
ния. Оплавление осуществляется по графику S = k0t512 при
конечной скорости 20 мм/с и средней - 8 мм/с. Оплавление
протекает бурно с дугообразованием и сильным звуковым эф¬
фектом. Осадка осуществляется со скоростью 200 мм/с при
давлении 400 ... 950 МПа. Удельная мощность на прутках неболь¬
шого сечения достигает 2,5 кВ А/мм2. Наиболее часто медь
сваривают сопротивлением. В настоящее время широко рас¬
пространена холодная сварка меди.Значительно легче свариваются л атунь и бронза.
Для их сварки требуются большие конечные скорости оплав-
! 00
ления и осадки. Прогрев осуществляется при небольшой по¬
стоянной скорости (0,7 1 мм/с), которая постепенно повы¬
шается до 2 мм/с, а затем резко возрастает до 15 мм/с. Ско¬
рость осадки близка к 300 мм/с, а давление « 250 МПа.
Для снижения твердости применяют термообработку.Стыковая сварка циркония, тантала,
ниобия из-за высокой температуры плавления и активного
взаимодействия с кислородом, азотом и частично водородом
сопровождается растворением этих газов в металле и интен¬
сивным горением расплавляемых частиц с появлением боль¬
шого количества окислов в виде хлопьев и дыма. Эти метал¬
лы обычно сваривают стыковой сваркой в защитных камерах
с нейтральным газом при отсосе образующихся окислов. При
кратковременном нагреве ниобий и молибден можно свари¬
вать без защиты. Свариваемость редких металлов зависит от
способа их получения. Легко свариваются спеченные в ваку¬
уме, деформированные, отожженные, мелкозернистые
металлы.Титан сваривают в камерах с аргоном по режимам,
установленным для стали, но с увеличенным припуском на
оплавление. Некоторые сплавы сваривают на воздухе, Без
защиты сваривают при небольших tt в схемах напряженного
сжатия с надрезанием грата. Многие сплавы титана после свар¬
ки подвергают термообработке.Окислы, нитриды и пздриды снижают прочность и пласггич-
ность. Вредные примеси в неочищенных инертных газах также
снижают качество. Увеличение кислорода в титане с 0,004 до
0,01% уменьшает угол загиба почти в 10 раз. При содержании
кислорода в стыке менее 0,002% он равнопрочен целому мате¬
риалу. В титане кислород растворяется быстро при 850° С без
образования окисной пленки. Насыщение азотом незначительно.Интенсивное оплавление на электродах из ножевой стали
с надрезанием грата резко снижает насыщение кислородом.
Сварка полос сечением 200x4 мм по графику из двух сопря¬
женных парабол S = kxt2 + k2t2 (кх = 0,08; к2 = 0,15) при ма¬
лых начальных ин = 0,4 мм/с и больших конечных ик = 10 мм/с
при Допл = 12 мм, U20 = 1 В (Z^ = 200 мкОм) ,/с = 12 А/мм2,
*опл - 83 с и осадке при Дк = 1 мм, =200 мм/с, Д^ =5 мм,
*ос.т = ^ с обеспечивает прочность и углы загиба соединений
сплава 0ТЧ-1 и ВТ1-0, це уступающие основному металлу,
а у сплава ВТ-14 из-за образования легированной а -фазы эти
показатели значительно ниже. Увеличение t^ от 0,1 до 0,65
резко снижает твердость стыка и повышает пластичность сое¬
динений.Высокую пластичность обеспечивает охлаждение соединений101
до 800 850° С с выдержкой 30 с и последующее быстрое
охлаждение. Возможен также подогрев со скоростью 25° С/с
сразу после сварки до 800 ... 850° С и охлаждение на воздухе.
Следовательно, интенсификация охлаждения и локальная де¬
формация облегчают сварку легко окисляемых металлов и
сплавов.Из-за высокого сопротивления при 1200 ... 1300° С дефор¬
мация распространяется на металл, нагретый до более высокой
температуры, что локализует осадку и позволяет сваривать
сплавы титана при небольших .Молибден в виде спеченных в вакууме или водороде штаби-
ков удовлетворительно сваривается непрерывным оплавлением
на воздухе с большими ускорениями при оплавлении. Хорошйё
результаты дает также сварка в горящем водороде. Крупные
зерна околостыковой зоны, сообщающие хрупкость соедине¬
нию, должны быть раздроблены при осадке, поэтому А^ на
40 70% больше, чем у стали. Скорость осадки должна быть
более 50 ... 60 мм/с.Сварку пггабиков молибдена рекомендуют осуществлять
с кратковременным нагревом после тщательной подготовки
торцов при удельной энергии (6 ... 12) 109 Дж/м3 при дав¬
лении 30 ... 300 МПа или с засыпкой сферических торцов порош¬
ком молибдена слоем 30 ... 35 мм в коробке. При плавлении
порошка Мо, содержащего 0,008% Р2О5, 0,0001% Si02, 0,12 02,
0,002% Ni и следы СаО и MgO зазор заполняется плотноспекаё-
мой массой. Оболочка защищает торцы от кислорода. Штаби-
ки сечением 250 ... 300 мм2 сваривают при 25 ... 100 кВ • А.
Возможна сварка сопротивлением заостренных концов штаби-
ков в горячем водороде.§ 20. Термическая обработка и зачистка гратаСварные соединений, отличающиеся по структуре от исход¬
ного металла, подвергают высокому отпуску, нормализации
с отпуском, аустенизации (хромоникелевые стали), отжигу
(заготовки инструмента) или высокотемпературной де¬
формации.Местная термообработка в машине» связанная с появле¬
нием зон отпуска, осуществляется после завершения струк¬
турных превращений при еще нагретом стыке, концентри¬
рующем тепловыделение. Стали в состоянии улучшения (после
закалки и отпуска) сваривают по возможности быстро с по¬
следующим быстрым охлаждением. Режим термообработки
соединении уточняется на основе замеров твердости и исследо¬
вания микроструктуры.102
Отпуск легированной и нормализация низкоуглеродистой
стали делают их структуру более равновесной и снижают твер¬
дость. Снижение твердости в зоне сварки зависит от состава
стали и происходит более резко после отжига, чем после отпус¬
ка. Существенное ускорение отпуска (в 2 ... 5 раз) возможно
при нагреве соединений с их пластической деформацией.Грат зачищается вручную или механически гратоснимателя-
ми в горячем состоянии сразу после сварки или после подогре¬
ва, а также в холодном состоянии после термообработки. Иног¬
да подогрев соединения перед срезанием грата совмещают с
термообработкой.Соединения подогревают в сварочной машине собственным
или внешним источником нагрева промышленной или высокой
частоты. В некоторых случаях применяют газовый и различные
лучевые источники. Грат срезают резцами или различной формы
оправками; способ съема грата выбирают с учетом вида про¬
изводства и конструктивных особенностей детали. Эти спосо¬
бы рассмотрены далее.§ 21. Краткая технология сварки некоторых деталейПараметры режима сварки уточняют в зависимости от тре¬
бований к качеству. Так, стыки и околостыковая зона термо¬
упрочненной арматуры железобетона должны иметь высокую
прочность. В стыках проволоки для волочения необходима
высокая пластичность. Соединения полос при изготовлении
спиральных труб должны иметь высокую прочность, а соеди¬
нения таких же полос при прокатке — высокую пластичность.Поэтому в каждом конкретном случае параметры ориен¬
тировочных режимов (табл. 9 и 10) корректируют в зависи¬
мости от исходной структуры (строчечность, повышенная твер¬
дость и тд.), подготовки торцов (после точения припуск на
оплавление меньше, чем после рубки).9. Ориентировочные припуски (мм) и длительность (с)
сварки полос (по данным Международного института сварки)8Д+ДкЛ^оплДосЛ/2(A+V2^опл1,011,06,05,04,41,63,05,51,751,515,08,07,05,82,24,07,52,252,020,511,09,58,03,05,510,254,03,029,015,513,51U4,37,7514,56,25103
Продолжение табл. 96Д+ДкДА)ПЛЛ*Д/2(Д+ \/2гопл5,045,023,022,016,76,311,522,512,08,060,030,030,022,08,015,030,025,010,066,032,034,023,09,016,033,034,010. Ориентировочные припуски (мм) и длительность (с)
сварки круглых деталей (по данным Международного
института сварки)dД + ДкA>roi + АэсАэплАх:Д/2/1Длинаэлектрода*опл58,53,55,02,51,01,754,25101,5813,65,68,04,0i,62,86,8102,51017,07,010,05,02,03,58,5103,251525,510,515,07,53,05,2512,75126,02033,513,520,010,03,56,7516,75159,03049,519,530,015,04,59,7524,752019 j05081,531,550,025,06,515,7540,753090,0Особенности сварки сопротивлением при рс < 8 МПа и
при больших давлениях рассмотрены ранее.Проволоку из сталей с хромом, алюминием и кремнием
на волочение чаще сваривают непрерывным оплавлением с
последующей термообработкой. При этом смещение осей не
должно превышать (0,05 ... 0,07) d. Режимы сварки проволок
и стержней выбирают по табл. 10. У проволок с d < 8 мм из
стали /j + /2 = 1,4 (/, а у алюминия 3d и меди 4d. Грат на про¬
волоках запиливают, а на стержнях снимают гратоснимателями
с резцовыми вращающимися головками. Легированные стали
зачищают после дополнительного подогрева или после тер¬
мообработки.Стержни диаметром d < 20 мм со специальной подготовкой
(см. рис. 65, е, ж) сваривают сопротивлением (при d > 10 мм
можно сваривать также непрерывным оплавлением), а при
d > 30 мм — оплавлением с подогревом. Для стержней при
d > 80 100 мм целесообразно оплавление с программирова¬
нием напряжения или импульсное оплавление.Прутки быстрорежущей стали с углеродистой сваривают
оплавлением с подогревом при tc = 0,08 ... 0,2 си t =04
11. Режимы сварки прутков из быстрорежущих сталей различных марок с углеродистой стальюd,ммР9, Р12,Р18,Р9К5Р6МЗ, Р6МЗК5, Р9М4,
Р9М4К5 (Р12)Р9Ф5, Р9К10, Р10К5Ф5,
Р14Ф4, Р18Ф2Л^ммАшл>ммW, кВ • А/>с,кНДп, ммАопл,ммИ', кВ • АРс, кНДн.ммА>ш1’ммW, кВ - АРс,кН10,0... 12,01Д23103,8—2,4125,71,71,7947,512,5... 15,01,22,4156,02,5179,01,81,81375,016... 19U2,5259,8и2,73014,71?1,92211,820... 241.42,73514,71,3г$4022,02,12,13118,425..311,53,05022,8м3,16034 Д222 Д4328,532... 391,7з,з6035,6WЗД7053,52,42,45444,540... 492}03,610054,21.73,911081,0•2,7 11 2,78767,5
= 0,12 0,3 с (большие значения для d - 60 ... 80 мм). При
отклонениях возможно появление в зоне стыка ледебурита.
Число замыканий п определяется в зависимости от d% первич¬
ного тока 1\ (для однотипных машин) и свойств материала,
учитываемых коэффициентом (0,9 1,1): п = [(0,9 ... 1,1) х
х (60 + 2d) 'd) /1г.Возможен подогрев без перемещения заготовок.Прутки с d < 16 мм для сталей Р6МЗК5, Р9М4К5 и Р12
можно сваривать непрерывным оплавлением при малых ДОШ1
(табл. 11). Стали повышенной теплостойкости требуют более
длительных tn и ГОШ1.Термоупрочняемую арматуру сваривают с ускоренным ох¬
лаждением водой из спрейера в течение 6 7 с с освобожде¬
нием из зажимов. Этим предупреждается разупрочнение метал¬
ла около стыка. Стержни диаметром 12 18 мм из сталей
35ГС, 20ГС, 20СГ и 20ХГС2 сваривают при небольших ДОШ1
и (табл. 12). Кремний мало влияет на прочность. Соеди¬
нения имеют ав = 1000 ... 1200 МПа (А-5) и 1200 ... 1400 МПа
(А-4). Уменьшение длительности подстуживания (от момента
выключения тока до охлаждения) повышает прочность; его
оптимальная величина близка к 2,5 ... 3 с. Меньшие значения
могут вызвать трещины в сталях 35ГС и 40СР. Величину
в два раза уменьшают по сравнению со сваркой обычных прут¬
ков. У стали 23Г2Г2Т величина = 03 ... 1,1 с, а у 25Г2С -
0,4 ... 0,08 с.12. Режимы сварки термоупрочненной арматуры класса Ay V и Aj-IV
(ав = 1000 ... 1200 и 1200 ... 1400 мПа) из сталей 20ГС, 20ГС2, 35ГС,
40СР, 20ХГС2 на машинах типа МС-2008d, мм h+h* Uy>> В Лэпл»мм иопл.к* ^осмм* ^ос.тмм
мм	мм/с1230 .,.. 3543.-4,57661,01435 ... 404,5 ...4,88671,01640 ... 504,8 ...5,29581,51845..535,2 ...5,710592,0Разнородные металлы сваривают при особой схеме нагрева
и деформации (см. рис. 66) .Трубы сваривают с сохранением проходного отверстия.
Сварка сопротивлением в защитной среде или в вакууме
(рис. 73, а) при калибровке концов труб обеспечивает это
требование.) 06
Рис. 73. Труба, сваренная сопротивлением (я) й
оплавлением (б), а также сварное соединение тру¬
бы с фланцем (в)Рис. 74. Дорны (а) и снаряды (б) для зачистки грата внутри
труб, а также вставки (в, г) для его сбора и головки для
зачистки (д, е, ж)При сварке оплавлением грат в прямых трубах (рис. 73,6)
из углеродистой и низколегированной сталей удаляют продув¬
кой. У приваренных фланцев (рис. 73, в) возможна проточка
грата на токарных станках.В трубах из высоколегированных сталей горячий грат
удаляют протяжками или дорнами (рис. 74, а) со смещенными
режущими кромками. Протяжку с изолированными ножами
вставляют в трубу за стыком на расстоянии 100 200 мм, а
дорн — на расстоянии до 1 м. Дорн при сварке фланцев может
находиться вне трубы.Начало и длительность продувки для предупреждения
вымывания металла стыка строго регламентируют. Гнутые
трубы зачищают также снарядами (рис. 74, б) .107
Хорошие результаты при сварке сопротивлением получены
при низком остаточном давлении воздуха. В трубах из стали
20 это достигается при 0,03% 02, стали 12ХМФ — при 0,005%
и стали 12Х18Н12Т - при 0,0003% 02. Скос труб внутрь на
угол 6° и сжатие создают герметичную полость, а после от¬
качки - вакуум.В углеродистых и низколегированных сталях окислы вос¬
станавливаются углеродом, а в стали 12Х18Н12Т за счет раст¬
ворения кислорода. Пластическая деформация с дроблением
оставшихся окислов оказывается достаточной для качествен¬
ного формирования соединения.Трубы из стали 20 и 12Х18Н12Т нагревают до 1300 ...
1350° С. Трубы из стали 20 диаметром 32 мм при 5 = 4,5 и6	мм сваривают на следующем режиме:1Х + /2 = 15 + 15, 20 + 20 и 20 + 20 мм, U20 = 4£, 4,2 и 43 В
AqC = 4,5; 4,5 и 4,5 мм, = 3,8 ... 4,5,6 ... 6,0 и 6,0 ... 6,2 сРос =
= 1,3 ... 10,6 Па. Для стали 12Х1МФ те же li + /2, U2о и Д^,
a tc = 4,0 ... 4,2, 6,0 ... 6,2 и 6Д ... 6,4 с.Рс =6,65 Па. Для стали
12Х18Н12Т при тех же б 1Х + /2 = 15 + 15,15 + 15 и 15 + 15 мм;
U20 =3,65,3,65 и 4,2 В, = 4,5 и 5,5 мм; ic =3,3 ... 4,5,2 ...5,4,
5,0 ... 5,4 с,Рс = 1,33 Па.Продувка газами при оплавлении, уменьшая грат и защи¬
щая торцы, позволяет сваривать при малой Д^. В трубах боль¬
шого диаметра для сбора грата применяют различного рода
вставки (рис. 74, в, г). Наружный грат срезают разъемными
закладными кольцами, сдвигаемыми вдоль трубы, или токар¬
ной обработкой.Для труб из легированных сталей необходим азот высокой
чистоты (до 0,005% 02), удаляющий при давлении 100 кПа
не только расплавленные частицы, но и защищающий торцы
от окисления. Это позволяет уменьшить для труб ф 32
38 мм с 4 ... 6 до 2 ... 2,5 мм. Трубы, свариваемые с продув¬
кой, должны очищаться от окалины и ржавчины на участке
нагрева. Трубы из стали 20 ф 32 ... 38 мм с б = 3 ... 4,5 мм свари¬
вают при U20 =5,2 ... 6 В, Допл = 13 мм, припуске на ускорен-
ное оплавление Д^у = 3 мм, *опл •= 15 с, и0ГО1Х;р = 0,8 мм/с,
иопп = 5.0 мм/см, Д^ =2,5 ±0,5 мм, = 2,0 мм, а трубы
из стали 12Х1МФ при =6,0 ... 6,5 В, ДОШ1 = 17 мм, Допл.у =
= 3 мм, tom = 17 с, и<_ = 1,0 мм/с, v*m = 8 мм/с и тех же Д^
для обеих сталей h +h = 60 ... 70 мм. Трубы из нержавеющей
стали 1Х18Н12Т ф 32x4 мм сваривают без продувки при t/20 =“f*5 7 В* Аопл = 15 мм> ^оплср. = ^ мм/с, 'опл = 14 с> Аопл =-5 мм и Aqcj =4 мм.Стабилизация подогрева без возвратно-поступательного
перемещения позволяет уменьшить ДоШ1 до 4 ... 5 мм на трубах
108
ф 32 ... 42 мм и 5 = 3 ... 4 мм. С уменьшением 5 труб диаметром
d - 32 38 мм /i + /2 уменьшают до d, конечную скорость
оплавления повышают на 20 ... 30%, скорость осадки - на 30%,
а длительность оплавления уменьшают в соответствии с конеч¬
ной его скоростью 8 ... 10 мм/с.Трубы большого диаметра (107 ... 153 мм) с толщиной
стенки 7 ... 20 мм из сталей 20Х и 12Х1НФ сваривают при про¬
граммировании напряжения. Уменьшение tQW1 и l\ + h не устра¬
няет перегрев в околостыковой зоне. Для повышения пластич¬
ности соединений их после зачистки интенсивно охлаждают
водой из спрейера. Наружный грат срезают усилием осадки
после освобождения подвижного зажима, используя ножи
гратоснимателя, закрепленные на вкладышах подвижной колон¬
ны. Внутренний грат удаляется устройством с дорном, установ¬
ленным за сварочной машиной и связанным мощными штан¬
гами (рис. 74, д). Съемная медная втулка служит для сбора
расплавленных частиц. Возможны и другие вставки для сбора
расплавленных частиц (рис. 74, в, г). Иногда втулку покры¬
вают силиконовой смазкой. В ряде случаев грат срезают но¬
жами (рис. 74, е, ж).F>CM2К мм/с
0,22mi-0,2250,23--ОЛЬ0,25 - -
0,26-.
0.21-■
0,28--
0,29-
0,30,41
0,5ко100--
90"
80--
10 -
50
50
40--
30
20-
10-
0~-1опл,с
140130 +1201W±100Г, см2V,mm/c
А ос*мм 0,202т 1Ю0-7^Т105,5{90-•	6,0--
80--10 -■	5,5- ■60--	5,0--?п"	**,5--
40-30--	4,0--2Я1	3,510,203--0,204--
0,205--0,21
0,221 W0W00- ■
900' ■
500- ■
700-■
600--
500"
400-■
300-
200--bonnf &0С*220 Wt5j219215 +
210
200\\П14010,09,0
в,О9,51в,5Рис. 75. Номограммы для определения скорости (UonJ1)
и длительности (*011п) оплавления в зависимости от се¬
чения труб F (см*) и припуска под осадку ^ос (мм)В последнее время для труб используют импульсное оп¬
лавление. Трубы большого диаметра также сваривают непре¬
рывным оплавлением при удельна гмтпебляем*-	•'т’
0,005 0,008 кВт/мм2 с давлением осадки 35 45 МПа. На¬
пряжение выбирается в зависимости от машин; при ZK3 =
= 400 кмОм, U2о = 7 В. Скорости оплавления и0Ш1 (при графи¬
ке S = kt)9 tc и Дк определяются по номограммам (рис. 75)
в зависимости от площади оплавляемого сечения F. Осадка
осуществляется при определенном градиенте температур в
околостыковой зоне, замеряемой оптическими пирометрами
ОПИР-С. Газопроводы большого диаметра (1420 мм) сваривают
при программировании и иОГО1. Перекосы между трубами,
достигающие 7 мм, устраняются предварительным оплавле¬
нием. Программа Uю и v0IUJ реализуется с использованием
регуляторов скорости, исключающих закорачивание торцов.
Повышенное U20 вначале также препятствует закорачиванию.
Снижение U20 в середине процесса расширяет зону нагрева,
а повышение U2о и иОГО1 к концу — интенсифицирует оплав¬
ление и предупреждает кристаллизацию расплава перед осад¬
кой. Повышение скорости осуществляется по программе сту¬
пенчато, а в последнее время - непрерывно. На участке низ¬
кого ^2о скорость иопл поддерживается на заданном уровне,
изменяясь только при превышении заданного уровня тока.
На первых двух этапах оплавления потребляемая мощность
поддерживается автоматически на уровне 7 8 Вт/мм2 На
третьем она повышается в два раза. Продолжительность вы¬
равнивания торцов 60 100 с, второй и третий этап продол¬
жается 100 и 140 с, а третий — 15 с. Общая длительность сос¬
тавляет 3 ... 4 мин.Для труб с толщиной стенки 16,5 мм напряжение на транс¬
форматоре 460 В, U2о = 7,5 В, ин = 0,15 мм/с, vK = 1 мм/с, tQ =
= 180 с, = 60 000 ... 70 000 А, длительность ускорения 14 с,*осх = 0>7 - 1 С> ДОПЛ = 10 ММ-Местные смещения кромок (до 25%, б < 10 мм), но не
более 3 мм допустимы на трубах диаметром 114 528 мм
из сталей СТЗ, 14ХГС и МК. При б = 16,5 ... 22,0 мм допустимое
смещение близко к 5,5 мм.Качество труб большого диаметра контролируется ультра¬
звуковым дефектоскопом и по записям Uc, /с, Wc, иопл, v^ и
на многоканальном регистрирующем приборе. Записи
сравниваются с эталонными.Полосы сваривают на плоских электродах с односторонним
верхним (трансформатор расположен сверху зажимов) или
нижним токоподводом. В первом случае прогрев полос хуже,
так как расплавленный металл выбрасывается вниз и теплоот¬
дача от грата меньше. При сварке тонких (до 0,3 мм) полос
используются машины с принудительным выбором люфтов
и точной настройкой электродов как в плане, так и по высоте.
110
Целесообразно принудительное формирование стыка (см.
рис. 72, а, б). Цветные металлы сваривают со срезанием или
надрезанием грата (см. рис. 72, а) и последующим протягивани¬
ем стыка между электродами или ножами гратоснима^еля.Качество соединений и режимы сварки зависят от точнос¬
ти обрезки полос и их установки в электродах. Оплавление
тонких полос из-за малых перемычек и тонкого расплава тре¬
бует повышенных конечных скоростей	Напряжение 1/2о
повышают, исходя из сечения полос F, от которого зависит
объем выплавляемого металла. Все остальные параметры прак¬
тически линейно связаны с Толщиной полос. Плотность тока
с увеличением 5 снижается, что также связано с меньшим теп¬
лоотводом в электроды лучшим прогревом из-за большой
установочной длины и меньшей скоростью кристаллизации
более толстого слоя расплава. Требуемое Щ0 при одинаковом
ZK3 машины прямо пропорционально Повышение напряже¬
ния с увеличением ширины полос обеспечивает требуемую плот¬
ность тока. При этом несколько увеличивают Д0Ш1 и Д^. Поло¬
сы также сваривают при ускорении перед осадкой или с приме¬
нением высокого (20 ... 28 В) напряжения.При Дк, равном (2,0 ... 3,0) 6, усиливается теплооотвод
в электроды, локализуется нагрев и уменьшается смеще¬
ние торцов.Установочная длина должна быть минимально возможной=	(10_.1I)*.При точной автоматической установке Допл и Д^ доя полос
шириной 400 ... 2000 мм выбираются одинаковыми (по шири¬
не 400 мм). Если установка неточна, то Допл увеличивают
на выравнивание торцов при начальной постоянной =03
0,5 мм/с, что стабилизирует тепловое состояние полос по ши¬
рине. С понижением теплопроводности материала увеличива¬
ется t .При оплавлении полос разной ширины для устранения под-
плавления электродов необходимо, чтобы ДОШ1 < Дк + Д^.
Если ДОГО1 больше, то широкая полоса на неоплавляемом участ¬
ке закорачивает цепь при больших и0ГО1, что нарушает устой¬
чивость оплавления.Минимальная Допл = (4 2,5) 5. Режимы сварки полос
толщиной 0,3 0,8 мм из низкоуглеродистой стали (табл. 13)
предусматривают сварку на электродах с подрезанием грата
или спрессовыванием. Тонкие полосы также сваривают посто¬
янным током.111
13. Режимы сварки полос из ниэкоуглеродистой стали6, ммД мм
опл,Лос’мм*ос.т в
периодахД^ммVK, мм/с0,321,51,0.. 1,5(0,1)0360,52,5131,5 ... 2,0(0,1)0,560,852,02... 345,51,062,53 ..445,51,572,84... 665,02,093,06 ...885,0Примечания: 1. V^ ^ 80 мм/с. 2. В скобках даны значения
при сварке со стальными электродами. 3. При сварке полос
8 = 1,5 + 2 мм возможно повышение С/20 в 2,5 ... 3 раза при сокращении
*опп на 20 — 30% и *ос.т до 2 ••• 3 периодов.Стыки полос толщиной 1 ... 6 мм и шириной до 500 мм за¬
чищают двухрезцовыми встроенными консольными гратосни-
мателями, обычно имеющими перемещаемую вдоль стыка жест¬
кую скобу, на концах которой установлены головки с регули¬
руемыми по высоте резцами. При изменении толщины полос
регулируется верхний резец.Для широких полос или частом изменении их толщины
применяют плавающий гратосниматель, у которого вместо
жесткой скобы использованы балки 3 и 11 (рис. 76), связан¬
ные гидроцилиндром 12 и шарниром, закрепленным на карет¬
ке 13, которая перемещается цилиндром 14 по направляющим
рамы 1. На концах балок б и 7 закреплены головки 5 и 8 и регу¬
лируемые резцы 4 и 9. Плоскость реза для предупреждения
спрессовывания грата наклонена под небольшим углом к оси
стыка. Расстояние между зажимами равно 1г + /2.Положение головок относительно полос настраивается
пружиной 2. При накатывании роликов на полосу резцы раз¬
жимаются на требуемый зазор и зачищают грат до заданной
высоты. После зачистки резцы разводятся цилиндром 12.Скребки 10 на головках зачищают электроды от грата.
Резцы сечением 18x50 мм с пластинами из твердого сплава
ВК8 (иногда из Т5К10 или Т7К12) толщиной 10 мм с передним
углом 10°, задним 5° и фаской под нулевым углом на перед¬
ней грани имеют ширину, близкую к толщине среза (~ 4 мм).
Тонкие полосы зачищают гратоснимателями, монтируемыми
рядом с машиной и имеющими гребенки с двумя-тремя зубь¬
ями, у которых 7 = ю°, а = 5°. Высокая температура нагрева
❖	3 2 1Рис.76. Схема гратоснимателя для
зачистки соединений полосРис. 7J7. Графики для определения
ориентировочных припусков на оп¬
лавление (дОШ1) и осадку (д^),
давления осадки (Рос), конечного
расстояния (дк), конечной скорости
оплавления (иОШ1) и плотности тока
(/) в зависимости от толщины полос
и напряжения (U20) от сечения по¬
лос (F) при сварке непрерывнымГ7М, '\000 оплавлением на высокопроизводи-4 5 6$ ммтельных режимаха> д)
Рис. 78. Устройства для зажатия колец
облегчает зачистку грата й повышает стойкость резцов. Реко¬
мендуемые температуры нагрева для зачистки грата на полосах
из легированных нержавеющих сталей находятся в диапазоне
700 900° С, а скорости резания не превышают 5 7 мм/с.
У низкоуглеродистых сталей эти скорости достигают 15
20 мм/с. Длительность зачистки на консольных гратоснимате-
лях составляет 2 ... 6 с, а на плавающих — 6 ... 12 с.Стыки полос из алюминия зачищаются электродами, кото¬
рые снабжены стальными вставками или целиком делаются
из стали ЗХ2В8. Грат на легированных сталях также удаляют
шлифованием.При термической обработке в машине для равномерного
нагрева необходимо равномерное распределение тока по сече¬
нию полос, что затруднено поверхностным эффектом и другими
явлениями. Для равномерного распределения тока предложе¬
ны большая установочная длина с краев полос и повышенное
давление в ее середине, плавно уменьшающееся к краям. Тер¬
мообработку осуществляют с перехватом U + /2 стыка при
его увеличении в 1 .., 2 раза. Нагрев при термообработке может
совмещаться с пластической деформацией металла стыка.Режимы сварки полос (рис. 77) на автоматизированных
машинах ВНИИМЕТМАШ характеризуются ограниченными дли¬
тельностями оплавления на повышенных напряжениях.Рельсы сваривают с программированием напряжения при
длительном оплавлении и небольшой мощности или импуль¬
сным оплавлением. Грат срезают протягиванием горячего стыка
через специальные профильные ножи. После зачистки применя¬
ют нормализацию или отпуск- Отпуск осуществляется
при 650 С.Заготовки большого сечения сваривают при программи¬
ровании иго и и0Ш1 или импульсным оплавлением (см. табл. 7) .Кольцеобразные небольшие детали (кольца, подшипники
и др.) сваривают непрерывным оплавлением или оплавлени¬
ем с подогревом.Для уменьшения тока шунтирования на свариваемое коль¬
цо 1 надевают разъемный сердечник 2, резко увеличивающий
его индуктивное сопротивление (рис. 78, а) . При сварке колец
из цветных металлов деталь сама может стать вторичным вит¬
ком трансформатора. Кольца сваривают непрерывным оплав¬
лением с выпрямлением концов или без выпрямления.Магнитопровод повышает индуктивное сопротивление шун¬
тирующей ветви. При сварке фланцев толщиной 40 мм и диа¬
метром более 200 мм сечение магнитопровода выбирают из
соотношения SM = 14 иопл „ Импульсным оплавлением при U2о =
= 7,6 В, частоте и амплитуде вибрации 15 Гц и 0,4 мм фланец
114
диаметром 200 мм и б = 40 мм из стали СтЗ (на машине
К-617) сваривают при Допл = 13 мм, суммарном припуске
18 мм с использованием магнитопровода из стали Э42 и 6П =
= 0,2 мм, шириной 120 мм и толщиной 30 мм, который рас¬
полагают по середине кольца параллельно зажимам и перпен¬
дикулярно стыку. Наиболее интенсивно фланец оплавляется
при максимальном сечении магнитопровода. Без магнитопрово-
да ток в первичной цепи повышается от 150 А вначале до 220 А
через 25 с и поддерживается 100 с. При магшйопроводе сече¬
нием 40 мм2 он повышается от 50 до 270 А в течением 18 ... 35 с
и снижается через 45 с до нуля, а при сечении 70 мм от 100
до 210 А за 20 с и поддерживается равным 240 А в течение
65 с и падает до нуля через 80 с. Ток шунта при этом уменьша¬
ется с11и8кАдоЗи2 кА. Подогрев фланцев уменьшает по¬
тери на шунтирование и снижает требуемую мощность.Кольцевые детали также могут закрепляться самоустанав-
ливающимся вкладышем через обойму 1 (рис. 78, б), в кото¬
рой вращается сфера 2, удерживаемая прижимом 3. Кольцо
прижимается к токоведущему вкладышу 6 упора 7. Для каж¬
дого диаметра и профиля колец 5 используются свои сменные
вставки 4.Малые жесткие кольца из легированных сталей сваривают
оплавлением после подогрева вне машины или в машине, а
иногда из двух полуколец с двумя стыками.Большие кольца обычно сваривают при подогреве в машине
с программированием U20 или импульсным оплавлением.Высокопрочные цепи небольших размеров (12 20 мм)
после скоса торцов с малым углом при вершине сваривают
сопротивлением. Для сварки используют проволоку после
волочения, так как качество стыков зависит от шероховатости
поверхности, точности резки и подготовки. Обработка концов
подрезным устройством стабилизирует нагрев. Для качества
важна стабилизация U2o, малая h + /2, хорошее состояние элек¬
тродов, правильный выбор /с, Р^ и tc. Непрерывное оплавле¬
ние целесообразно при диаметре звена более 25 мм, а оплав¬
ление с подогревом при 20 25 мм. Понижение U2о в этом
случае повышает полезную мощность и снижает опасность
подгаров на электродах. Подогрев программируют числом и
длительностью импульсов тока, а оплавление после подогрева
осуществляют при постоянной скорости. При подогреве важно
строгое поддержание температуры шунтирующего участка
звена. Оптимальный режим: /^эф = *2 кА, tn + = 1*5 с,^ ^кз *При сварке звеньев малых и средних размеров теряется
энергия на нагрев шунта и качественно изменяется оплавление,и <
снижается cos \р (большое zK3) , а также значительно изменяет¬
ся усилие при оплавлении и осадке. Эти явления усиливаются
с уменьшением диаметра и увеличением сечения кольца. Звенья
сваривают при сжатии стальными зажимами 2 (рис. 79) и с
токоподводом медными электродами 3. Грат зачищается рез¬
цовой головкой 1. На прочных звеньях размером 18x24 мм(d L) из сталей 23Г2А и
25ХГНМА усилие при оплав¬
лении после подогрева дости¬
гает 4 кН, а при осадке8	9 кН. Отход назад при
подогреве связан с упругими
силами, достигающими 0,5
0,7 кН. Их величина зависит
от начального зазора между
торцами, близкого к 1 мм,Рис. 79. Схема сварки цепей который целесообразно стаби-лизировать. При сварке звень¬
ев цепей плотность тока / близка к 7 А/мм2. При оплавлении
/опл - 1£,а/ш~ 10,2 кА, при подогреве/п = 14,8,а/ш =5,2 кА.
Ток осадки /ос в 7 ... 8 (обычно в 2,5 3 ) раз больше тока
оплавления. Поэтому повышенное U20 при подогреве вызывает
поджоги на участках контакта и сварку звеньев осуществляют
при минимально возможных U2о зависящих от машины.
Общий припуск на сварку Д = 10,5 мм, иопп (реверсирования) =
= 2 ... 2,75 мм/с, Д^ = 43 ... 6 мм, Д^д. = 1J5 мм. После сварки
звенья подвергаются закалке в воду и отпуску.Контрольные вопросы1.	Назовите разновидности стыковой сварки и области их при¬
менения.2.	Назовите основные параметры режима стыковой сварки и рас¬
скажите об их влиянии на качество сварных соединений.3.	Перечислите особенности сварки углеродистых и хромоникеле¬
вых сталей, чугуна, цветных металлов и сплавов.Глава V. МАШИНЫ ДЛЯ СТЫКОВОЙ СВАРКИ§ 22. Станины и плитыКонструкция механических и электрических узлов машины
определяется областью ее применения, требуемой производи-116
тельностью, видом сварки, энергообеспечением, а также мате¬
риалом, формой и размером детали. Поэтому наряду с универ¬
сальными широко применяются специализированные машины
для сварки труб, проволоки, полос, рельсов и других деталей.Станины — машины, воспринимающие большие Рж
и Рза>к> должны обеспечивать без заметных деформаций соос¬
ное сближение деталей и удобное обслуживание при работе и
ремонте. На плитах машин закрепляются зажимы. У машин
с прямолинейным ходом неподвижная плита с зажимом изоли¬
рована от станины, а подвижная размещена на двух или одной
направляющей. Совпадение плоскостей плит достигается их
совместной обработкой после сборки или регулированием
по высоте клиньями и другими устройствами. Направляющие
могут оснащаться роликовыми или шариковыми подшип¬
никами.В машинах с радиальным ходом подвижная станина (стол)
сближается с неподвижной по дуге большого радиуса, близ¬
кой к прямой. Станины по вертикали и горизонтали с обеих
сторон смещаются относительно оси вращения клиньями, воз¬
действующими на изолированные подшипники.§ 23. ЗажимыЗажимы конструируют с учётом формы деталей, подвода
к ним тока, требуемой точности и быстроты их установки.
Иногда зажимами зачищают грат или зажимают приспособле¬
ния с предварительно собранными короткими деталями.Электроды в зажимах перемещаются вертикально или
горизонтально (рис. 80, а) или по дуге, перпендикулярной
оси детали (рис. 80, б). Быстродействующие пневмоприводы
зажатия с одним или двумя последовательно расположенными
поршнями используют в стыковых машинах общего назначения.
Они обычно воздействуют через систему: пневмоцилиндр 7,
шток 2, рычаг 3, электрод 4. Диафрагменный привод из-за
малого хода применяется редко. Приводы зажатия устанавлива¬
ются на подвижной и неподвижной плитах. В приводе с гори¬
зонтальным ходом электродов развиваемое Рс значительно
превышает усилие, создаваемое цилиндром.В гидравлическом зажиме Рзт определяется давлением
масла Р, создаваемым в рабочей полости цилиндра непосред¬
ственно насосом, преобразователем (мультипликатором) или
азотно-масляным аккумулятором.Мультипликаторы повышают давление за счет разности
площадей поршня и плунжера в заходной и выходной полости
цилиндра, а аккумуляторы за счет сжатого азота. Для упроще-117
Рис. 80. Быстродействующие пневм о рычажные за¬
жимы с горизонтальным (я) и радиальным (б)
ходомРис. 81. Привод гидравлический с мультипликатором
ния подвода масла в мощных машинах на рабочем цилиндре
ставят специальный управляемый клапан 3 (рис. 81), который
при создании давления в отдельно стоящем^ мультипликатореб,	отделяет трубопровод низкого давления от полости цилиндра,
в которой создается высокое давление.Малый расход масла высокого давления из мультиплика¬
тора, необходимый для дожатия деталей, может подаваться по
трубке с внутренним d = 1... 2 мм, согнутой в спираль. Осталь¬
ные трубопроводы нагружаются низким давлением. Предва¬
рительно трубы зажимаются при движении поршня вниз после
включения клапана 7, один канал которого соединяет нижнюю
полость цилиндра 1 со сливом, а второй подает масло к клапа¬
ну 3 через открывающийся при этом обратный клапан 4. Масло
поступает в полость высокого давления мультипликатора 6
и устанавливает его в исходное положение. Включением клапа¬
на 8 масло подается в поршневую полость мультипликатора,
а из плунжерной полости несколько см3 масла поступает в
рабочий цилиндр, воздействуя на поршень 2, при этом обрат¬
ный клапан 4 отделяет рабочую полость от магистрали низ¬
кого давления. Поршень возвращается назад после переклю¬
чения клапанов и поступления масла в нижнюю полость и к
клапану 3, который перемещает управляющий поршень 5 вле¬
во; клапан 4 открывает путь масла на слив. При показанных
пунктиром изменениях снижается давление на кромках гнез¬
да клапана при его диаметре более 20 мм и давлении масла
50 60 МПа. Совпадение нижних и верхних электродов часто
достигается их раздельным в каждом зажиме регулированием
по высоте или по ширине клиньями.Концы деталей относительно зажимов выставляют по уби¬
рающимся перед сваркой ножам, штырям, фиксаторам или с
использованием датчиков положения с различными электри¬
ческим системами.Зажимы оснащаются в ряде случаев не только токопод¬
водящими, но и силовыми электродами, выталкивателями,
маркировщиками и другими устройствами.§ 24. Электроды-губкиЭлектроды стыковых машин подводят ток и удерживают
детали ог проскальзывания при осадке. Их форма обычно со¬
ответствует сечению деталей (рис. 82) .Ленты и полосы сваривают на электродах с плоской по¬
верхностью (рис. 82, д, л), швеллеры (рис. 82, а), рельсы и
бруски (рис. 82, ё) — с плоской выемкой трубы и круглые
стержни — с призматической (рис. 82, г) или полукруглой119
выемкой (рис. 82, з). Детали сложной формы (рис. 82, б, в,
ж, к, и) сваривают в специальных электродах. На неподводя¬
щих ток электродах для повышения коэффициента трения
часто делают насечку. В электроды иногда закрепляют, впаи¬
вают или вваривают вкладыши (рис. 82, л). Для тонкой про¬
волоки используют специальные электроды (рис. 82, о).
Полосы сваривают также на подушках с силовыми и токо¬
ведущими электродами (рис. 82, м, и). При сварке тонких
полос на токоведущих электродах делают скосы, обеспечиваю¬
щие локальный подвод тока (рис. 82, м) . При сварке без упо¬
ров проскальзывание предупреждается при ширине электро¬
да 2,56. У полос эта ширина составляет не мене!е 105. Минималь¬
ную площадь контакта электрода с деталью определяют по
максимально допустимому давлению 20 МПа для меди, 40 МПа
для бронзы МЦ-2, МЦ-3 и Бр НБТ. Температура контакта элек¬
тродов с деталями достигает 250 300° С. Плотность тока
не превышает 7 ... 10 А/мм2.Толстостенные трубы при 5 > 10 мм сваривают на электро¬
дах с призматической, а тонкостенные во избежание смятия —
с полуцилиндрической выемкой. Зазор в зоне разъема цилин¬
дрической выемки близок к 1 ... 2 мм.Рис. 82. Электроды для стыковых машин120
§ 25. ПриводПривод медленно перемещают электроды с деталями при
подогреве и оплавлении и быстро при осадке, а иногда срезает
грат и пластически деформирует соединения после сварки.Машины для сварки сопротивлением обычно имеют пру¬
жинный или пружинный и пневматический приводы, а для
сварки оплавлением — единый от электродвигателя, пневма¬
тический или гидравлический приводы или раздельный от элек¬
тродвигателя при оплавлении и пневм;атический, пневмогид-
равлический и гидравлический приводы при осадке.Пневматический привод применяют для
осадки. Большую скорость получают при создании давления
в обеих полостях пневмоцилиндра и быстром соединении боль¬
шим отверстием его нерабочей полости с атмосферой.3а)	5)Рис. 83. Схемы пневмопривода при осадке, совмещенного
с кулачковым приводом при оплавленииРис. 84. Схемы гидропривода с дросселемПневмопривод 1 используют в машинах мощностью до
200 кВ А совместно с кулачковым приводом от электродвига¬
теля. Он может располагаться с противоположной от кулач¬
ка 3 стороны при обеих подвижных плитах 2 (рис. 83, а) или
с той же стороны, но с размещением поршня на штоке
(рис. 83, б), передающем движение от кулачка 3. При оплав¬
лении обе камеры цилиндра осадки соединены между собой и
не препятствуют перемещению штока кулачком. При осадке
воздух из камеры, обращенной к подвижной плите, выпуска-121НЁМ—зс
ется, и вторая полость, соединенная с магистралью или ресси-
вером (накопителем воздуха) , обеспечивает быстрое сближение
плит. Такая система осадки при понижении давления воздуха
используется для реверса при подогреве, посредством попе¬
ременного выпуска воздуха из камер клапанами при регули¬
ровании длительностей их включения - выключения регулято¬
рами времени. Подогрев также осуществляют с принудительным
возвратно-поступательным перемещением от механических или
электрических систем.В гидроприводе с дросселем давление и подача масла на¬
сосом 1 постоянны, а скорость сближения зависит от коли¬
чества масла, пропускаемого дросселем 5 (рис. 84) . Если дрос¬
сель установлен на выходе (рис. 84, а), то насос подает масло
из бака 8 в правую или левую полость цилиндра 3 9 а из другой
полости оно протекает через дроссель в количестве, завися¬
щем от его открываемого отверстия. В цилиндр и бак масло
поступает через распределительное устройство 4. При дроссе¬
лировании на входе (рис. 84, б) излишнее количество масла,
как и ранее, сливается через предохранительный клапан 2, а
на выходе масла в бак устанавливается подпорный клапан7.	Подачу масла при меняющейся нагрузке перед дросселем
5 стабилизируют включением редукционного клапана 6 посто¬
янного давления (рис. 84, в) . Начальную скорость устанавлива¬
ют, регулируя отверстие дросселя поворотом рычага винтом.
Если связать этот поворот тягой с перемещающейся станиной,
то можно получить ускоренное перемещение станины по кри¬
вой, близкой к экспоненте. Дроссель также можно открывать
перемещающейся со станиной профильной линейкой, рассчи¬
танной в соответствии с требуемым графиком оплавления.
Отклонения в скоростях перемещения из-за изменения вяз¬
кости масла уменьшают стабилизацией температуры масла
его охлаждением. При осадке для резкого увеличения ско¬
рости включается аккумулятор или подсоединяется клапаном
параллельная дросселю сливная труба.Более точное перемещение станина 1 от гидроцилиндра5	получает через гидравлический распределитель 4 (рис. 85, а),
управляемый двигателем постоянного тока 2 с регулируемым
числом оборотом, шаговым двигателем или магнитной сис¬
темой. Двигатель, вращая червячную пару, воздействует на
распределитель 4 непосредственно или через рычаги. Отвер¬
стие для масла в распределителе закрывается при перемеще¬
нии станины 1. Если смещать золотник 3 распределителя не¬
прерывно по определенному графику, то смещение станины
также будет непрерывным со скоростью, зависящей от раз¬
мера открываемого отверстия.122
Рис. 85. Схемы управления рабочим
гидроцилиндром:
й от двигателя постоянного тока,
6 - шагового двигателяРис. 86. Схемы получения вибраций
заданной частотыУевиг?1“—ГL,.1При шаговом приводе золотник распределителя 6
(рис. 85, б) перемещается качающимся рычагом Зу к которо¬
му он постоянно поджат пружиной. Рычаг поворачивается во¬
круг опоры винтовой парой 2, соединенной с двигателем 1.
Дискретно-аналоговая система отслеживает положение вала
двигателя по заранее заданному графику перемещения с опре¬
деленной дискретностью (например, 0,05 мм/шаг). Обратная
связь станины 5 с распределителем обеспечивается рычагом
через ползун 4.График оплавления разбивается на определенное число
отрезков, на которых частота вращения двигателя постоянна
и повышается на каждом следующем участке. Задатчик ско¬
рости формирует сближение по времени с выдачей сигналов
постоянного тока на преобразователь ток-частота. Импульсы
поступают на блок управления, коммутирующего обмотки
двигателя в требуемой последовательности. Перемещение кон¬
тролируется сравнительным устройством. Созданы системы123
с непрерывным повышением частоты и обеспечением экспо¬
ненциальных кривых оплавления.В современных машинах предусматривается автоматичес¬
кая установка параметров процесса, так, при сварке полос
в зависимости от б устанавливают Допл, Д^, Дк, h + h, f0cj>
а от их сечения — U2о. Приводы используют для установки
базовых поверхностей электродов и задания 1г + /2 и Дк.Возвратно-поступательные колебания заданной частоты и
амплитуды, накладываемые на основное перемещение штока
цилиндра 1 до начала ускоренного оплавления или до осадки,
создаются пульсатором в виде двух плунжеров 2 (рис. 86, а)
с эксцентриковым электромеханическим приводом 3 или ви¬
братором в виде вращающегося золотника 4 (рис. 86, б) с
приводом от электродвигателя Д через редуктор Р. Послед¬
нее устройство проще и дешевле. Золотник вибратора попе¬
ременно подает порции масла в рабочие полости цилиндров.
Частота вибрации/= (п • А:) /60 регулируется изменением числа
оборотов п двигателя постоянного тока с учетом передаточно¬
го числа редуктора или количества переключений в гидросхеме
за один оборот золотника к. Амплитуда колебаний регулирует¬
ся дросселем 5.Для повышения быстродей¬
ствия, расширения диапазона ре¬
гулирования используют модуль-Рные и функциональные блоки
гидромонтажа на основе встраи-
		ваемой гидроаппаратуры. Ком¬
пактный комплекс встраиваемой
гидроаппаратуры (рис. 87) удо¬
бен в эксплуатации. Беструбный
его монтаж обеспечивает быстро¬
действие 0,05 0,1 с, герме¬
тичность, надежность и унифи¬
кацию. Расход (иопл) изменяет
гидроусилитель 2, управляемый
магнитной системой. Давление
в линии управления усилителя
регулируется редукционным клапаном 1. Линия низкого дав¬
ления Рн защищена от линии высокого давления Рв обратным
клапаном 3. Выходы А и В соединяются с исполнительным
гидроцилиндром.Источником энергии в гидросистеме служит насосно-ак-
кумуляторная станция.Автоматическая насосно-аккумуляторная станция с насо¬
сом 1 (рис. 88, а) и предохранительным клапаном 2 для раз-124Рис. 87.Модульный блок гид¬
ромонтажа
Рис. 88. Гидравлическая схема насосно-аккумуляторной станции
(а), питающей следящий привод (б)грузки насоса имеет золотниковый распределитель 3, обратные
клапаны 4 и 12, аккумулятор 7 с разделителем 6, мультипли¬
катор 9, распределитель 8, манометры 5,10,11.В приводе (рис. 88, б) используют возвратный и рабочий
плунжерные гидроцилиндры разного диаметра. Первый нахо¬
дится под постоянным давлением, а второй под давлением,
сдросселированным следящим золотником или под высоким
давлением мультипликатора при осадке. При возврате гидро¬
цилиндр соединен со сливом.i:r-
Масло при оплавлении поступает в цилиндр 13 из аккуму¬
лятора через следящий распределитель 19 и обратный управля¬
ющий клапан 15, а при осадке — из мультипликатора через
распределитель 20. Из цилиндра возврата 14 масло вытесня¬
ется в аккумулятор через распределитель 18 и обратный кла¬
пан 17. Станина возвращается в исходное положение цилиндром
14, находящимся под постоянным давлением аккумулятора.
При обратном ходе масло вытесняется из цилиндра 13 на слив
через принудительно открываемый клапан 15, распределитель
/б, включаемый электромагнитом 31, и следящий распреде¬
литель 19. Распределитель 18 соединяет цилиндр 14 со сливом,
обеспечивая натяжение полосы при зачистке.§ 26. Электрические схемыЭлектрическая силовая цепь стыковой машины состоит
из пускателя П (см. рис. 12), тиристорного контактора ТВ
с блоком управления БУ, переключателя ступеней мощности
трансформатора ПС, одного или нескольких сварочных транс¬
форматоров ТС (или других преобразователей тока) и сва¬
рочного контура КС с то ко подводами и гибкой перемычкой
ГП, обеспечивающей перемещение станины с подвижным зажи¬
мом на требуемое для оплавления осадки и термообработки
расстояние. В стыковых машинах рекомендуется уменьшение
сварочного контура, удаление из него и от него ферромагнит¬
ных масс и максимально возможное уменьшение числа переход¬
ных контактов, сопротивление которых из-за нагрева и окис¬
ления микроконтактов повышается. Уменьшение контура
и, как следствие, индуктивного и активного сопротивления
уменьшает Zra машины, повышает ее полезную мощность
при сварке и расширяет благодаря росту тока и снижению
Uго технологические возможности машины.Чрезмерное приближение трансформатора затрудняет за¬
щиту токоподводов от брызг. Переменный ток, создавая по¬
верхностный эффект, зависящий от р, д и Ft влияет на равно¬
мерность нагрева. При хорошем исполнении контура обыч¬
ных машин (рис. 89, а) мощностью WH = 300 1000 кВ А
ZR3 составляет 200 250 мкОм. При симметричном располо¬
жении двух трансформаторов в параллель ZK3 уменьшается
вдвое. У машин с контурным трансформатором (рис. 89, б)
благодаря малой площади контура можно Z^ уменьшить до9	... 12 мкОм.В мощных машинах для повышения cos снижения потреб¬
ляемой мощности и U2о используют емкостную продольную
компенсацию. Ее применение в машине К-190П повысило
устойчивость оплавления, снизило на 15 20% U2о и среднюю126
потребляемую из сети мощность. Плавное регулирование U2о
и реактивного сопротивления сварочной цепи достигается пе*
реключением числа витков сварочного или согласующего тран¬
сформатора при его последовательном включении с конденса¬
торами. Вводимое в цепь постоянное сопротивление конден¬
саторов должно быть существенно Меньше регулируемого
индуктивного.Рис. 89. Сварочные контуры стыковых машинПри оплавлении эффективно регулирование по программе
энергии или ЯОГО1, также используют регулирование по току ц
напряжению. Наилучшие результаты получают от регулирования
с использованием модели процесса, связывающей требуемый
показатель качества с основными параметрами.В большинстве машин задается жесткий график сближения.
Отключение конечным выключателем типа ВБК-24Н в опреде-
ленный момент оплавления из-за нестабильности срабатывания
пневмо- или гидроаппаратуры, а также механических устройств
не обеспечивает желаемой точности. Поэтому ток отключают
при надежном контакте деталей, используя встречные сигналы
от повышающегося тока и снижающегося напряжения, или
резкое независимо от свариваемого сечения изменение час¬
тоты их пульсаций. При раздельном приводе оплавления и
осадки устанавливают конечный выключатель на участке выбора
зазора, образовавшегося при оплавлении между станиной и
штоком привода осадки. Переход к осадке задается припуском
на оплавление, а подогрев принудительно механической или
электрической системой или по программе энергии и другим
энергетическим характеристикам.Переход к осадке может осуществляться также по гради-127
енту температур в околостыковой зоне, по ширине зоны метал¬
ла, нагретого выше точки Кюри и др.В машинах для сварки сопротивлением процесс также регу¬
лируют по укорочению деталей или по температуре нагрева.Наиболее часто схемы управления в паспорте на машину
даются в блочном виде.§ 27. Машины для сварки сопротивлениемВ машинах применяют направляющие на роликах или ша¬
риках, пружинный или пневматический привод перемещения,
рычажные эксцентриковые или пневматические зажимы. Маши¬
ны также снабжаются устройствами для термообработки на
тиристорах с автоматическими схемами управления и в ряде
случаев с оптическими пирометрами для измерения темпе¬
ратуры. Для снижения и стабилизации Рс в машинах предус¬
матриваются малые массы подвижных частей и пересекаю¬
щиеся токоподводы, которые создают из одного контура два
с двумя встречно действующими электромагнитными силами.
В некоторых машинах подогрев при малом давлении заверша¬
ется его повышением в 3 ... 5 раз при осадке.Машина МС-403 мощностью WH =7,2 кВ - А (ПВ-1,2%) ,
/н =4 кА, U20 = 0,54 2,05 В,/к 3=2,2 8кА,/>н=5 160 Н,
/>заж = 63 Н рассчитана на сварку сопротивлением проволоки из
углеродйстои стали d = 0,5 6 мм, меди и алюминия d = 0,44,5	мм. На ней также возможна сварка проволоки из нержавею¬
щих сталей, латуни, бронзы, нихрома, хромеля и других мате¬
риалов. В машине имеется нож для обрезки торцов проволоки
с d = 4,5 мм. Лег ко подвижная каретка обеспечивает высокую
точность установки. В машине предусмотрено стабильное под¬
держание параметров при глубоком регулировании U1Q и Рс.
Нормальное исходное положение зажимов — раскрытое. Вклю¬
чение тока сблокировано с рабочим положением рукоятки
взвода каретки, чем обеспечивается автоматическое поддер¬
жание отношения исходного расстояния между электродами
к припуску на осадку под током. Сварочный ток выключает¬
ся бесконтактным выключателем. Машина допускает термо¬
обработку как в сварочных, так и специальных электродах.
Трансформатор выполнен из стандартных разрезанных ленточ¬
ных магнитопроводов типа ПЛ. Машина удобна в настройке
и ремонте, проста в эксплуатации. Охлаждение машины естест¬
венное. Напряжение питающей сети 220, 230,240,380 и 415 В.Машина МС-301 (рис. 90) мощностью W = 5 кВ А
= *2>5%), током /2Н = 3,2 кА рассчитана на сварку дета¬
лей сечением 500 мм2 Машина имеет корпус 8, на верхней128
Рис. 90. Сварочная машина МС-301плите которого закреплен неподвижный зажим 3. Подвижный
зажим 4 установлен на качающемся рычаге 2, эксцентриковая
ось которого закреплена в отверстиях на передней и задней
стенках корпуса. Зажимы — ручные, с радиальным ходом.
В корпусе установлены трансформатор 5 с переключателем
ступеней, блок управления 9 и система охлаждения. Спереди
на корпусе размещена сигнальная лампочка, кнопка ’’Стоп”
и отрезное устройство. Расстояния между зажимами регули¬
руют винтом 1, через который передается усилие осадки Р^,
создаваемое пружиной 7. Полное усилие осадки создается
поворотом до упора рычага 6 с кривошипом. На рычаге 6 ус¬
тановлена пусковая кнопка для включения сварки. Команда
на выключение сварочного тока подается конечным выключа-
5 Зак 1138	*29
тел ем, установленным на внутренней поверхности верх¬
ней плиты.§ 28. Машины для сварки непрерывным оплавлениемДля сварки оплавлением деталей из низкоуглеродистых,
низколегированных сталей и цветных металлов используют
машины МСО, комплектуемые станцией управления. Машины
имеют пневматические приводы зажатия и осадки и кулачко¬
вый привод оплавления с двигателем постоянного тока, в ко¬
тором число оборотов регулируют напряжением в цепи якоря.Машина МСО-0801 с WH = 50 кВ . А (ПВ =50%), U20 =
= 2,4 ... 4,8 В, Рос = 8 кН, Допл до 10 мм, vom начальной оД ...2.4	мм/с, конечной 1,8 20 мм/с рассчитана на сварку оплав¬
лением прутков диаметром до 14 мм.Машина МСО-301 с WH = 190 кВ • А (ПВ =50%) 9U2о =
= 3 6 В, = 25 кН, ДОШ1 до 15 мм, иопл начальной 0,22.4	мм/с, конечной 1,8 20 мм/с, Дпод до 8 мм рассчитана на
сварку оплавлением и оплавлением с подогревом за счет воз¬
вратно-поступательных перемещений подвижного зажима с
частотой до 3 Гц.Управление подогревом полностью автоматизировано и
осуществляется по временной программе, в которой задана
общая длительность подогрева и длительность каждого в отдель¬
ности цикла замыкания — размыкания. Для реверса использу¬
ется выхлопной клапан*Машина МСО-602 с WH = 250 кВА (ПВ = 50%) , U20 =
= 4 8 В, Р^ = 63 кН, Д0ГО1 до 15 мм, и0ГО1 начальной 0,22.4	мм/с, конечной 1,8 20 мм/с рассчитана на сварку стер¬
жней номинального диаметра 40 мм. Управление подогревом
такое же, как в машине МСО-301.Машина МШ-302У4 с WH =30 кВ • А,/н = 12,5 кА, =
=32 кН,Рзаж =50 кН, tc до 5 с, U20 =2,2 ... 4,4 В,^ =200 мм/с,
/j + /2 < 30 мм, Дк = 0 15 мм, имеющая гратоснимательб	(рис. 91) с гидроприводом, обеспечивающим Рзш = 20 кН
и Ррез = 12,5 кН и ходом 165 мм, рассчитана на сварку полосS	= 0,4 1,5 мм из стали и 5 = 0,9 ... 1,5 мм из алюминиевых
сплавов при ширине 30 ... 110 мм. В шарнирном соединении
станин предусмотрен выбор зазоров и настройка базовых по¬
верхностей электродов по высоте и параллельности кромок
электродов в плане.Зажимы 3 с верхним электродом на сферической шайбе
закреплены и перемещаются вертикально в направляющих.
Пульт управления расположен спереди машины.130
Рис. 91. Машина МГО-302У4:
1 - пульт управления, 2 -
установочный нож, 3 — зажи-
Быстрый переход от оплавления к осадке обеспечен от¬
крытием одной из обеих полостей гидроцилиндра осадки, за¬
полненных маслом. Трансформатор ТС (рис. 92) включается
тиристорным прерывателем при подаче сигнала с блока регу¬
лирования. Напряжение регулируется переключателями
П1 П4. В шкафу управления ШУ-281 установлены блоки
управления, тиристорный привод, реле и аппаратура управления
сварочным циклом, а в шкафу ШУ-282 — сетевой автомат, блок
регулирования и тиристорный контактор. Осадка под током
регулируется от 0,5 до 20 периодов через 0,5 периода, осадка
без тока от 1 до 50 периодов или от 2 до 10 периодов, длитель¬
ность раскрытия зажимов в тех же пределах.Полосы устанавливают вручную по убираемому ножу 2
(см. рис. 91).Станины при оплавлении сближаются рычажной системой4	от кулачка, вращающегося редуктором от электродвига¬
теля постоянного тока с тиристорным управлением, а при осад¬
ке - от гидроцилиндра. Золотник осадки управляется от шайбы,
связанной с осью редуктора.11Рис. 93. Машина для сварки полос;1 - гидроцилиндр прижима, 2 - верхний прижим, 3, 8 - тележки,4 - центрователь, 5 - ножницы, 6 - дополнительный поршень,7 - поршень, 9, 10 - электроды, 11 - ось, 12 - упор, 13 - опора
тележек, 14 - гидроцилиндр тележки, 15 - колонка, 16 - рычагДля сварки полос большого сечения созданы сварочные
комплексы (КСО-3201, КСО-80.01, КСО-170.01) .В комплексах со встроенными ножницами 5 (рис. 93),
единым центрователем 4 и тележками 3 и 8 концы полос, сб-132
резанные ножницами, перемещаются на электроды 9 и 10. Для
повышения точности установки полос верхний суппорт ножниц
снабжен прижимной рамкой, останавливающейся при упоре
поршня 7 в дополнительный поршень 6, а лапки центрователя
расположены вблизи плоскости реза ножниц. При зазоре1	2 мм между рамкой и ножом нижнего суппорта устраня¬
ется винтовая деформация и полоса центрируется точно по
ширине.При резании рамка пружинами прижимает полосу к ножу.
Сцентрированные концы полос зажимаются шарнирно закреп¬
ленным на штоке гидроцилиндра 1 верхним прижимом 2. При¬
жимы расположены на стеллажах, которые перемещаются
плоскопоступательно на рычагах 16 гидроцилиндрами 14 и
имеют регулирующие их ход упоры 12. Параллельность хода
столов обеспечивается надлежащим поворотом рамы вокруг
колонки 15. Нижний суппорт с двумя ножами поворачива¬
ется на 180° С, а с одним ножом на 90°Для точной установки полос при смене электродов по
высоте с обоих концов станин использованы клиновые устрой¬
ства, перемещаемые через редуктор двигателями. Ось 10 за¬
креплена в расточках неподвижной станины изоляционными
текстолитовыми втулками, защищенными от грязи кольцами.
Сферические подшипники концов оси установлены в подуш¬
ках прямоугольного сечения, на которые опираются П-образ-
ные концы подвижной станины через клинья, устанавливаю¬
щие нижние электроды по вертикали в плане. Кромка верх¬
него электрода совмещается с рабочей кромкой нижнего с
помощью эксцентриковых втулок ползуна. Машины имеют:
механизм управления,насосно-аккумуляторную станцию (см.
рис. 88) и станции гидроуправления с притычной аппаратурой,
электросхемы с логическими элементами, тиристорами и бес¬
контактными конечными выключателями, систему для об¬
дува электродов перед зажатием полос, устройства для соз¬
дания петли, всъроенный гратосниматель (см. рис. 76) и другие
вспомогательные механизмы.В машинах средней мощности трансформатор размещает¬
ся сбоку машины. Машины с W> 800 кВ • А имеют индивидуаль¬
ное питание от трансформаторов типа ЭОМН-2000/10 и
ЭОЦН-8200/10 при регулировании напряжения со стороны
10 кВ. Сварочные трансформаторы имеют постоянный коэф¬
фициент трансформации.Обычно для полос шириной 1000 мм используют два,
1700 мм — два или три и для полос шириной 2500 мм — четыре
трансформатора. Раньше трансформаторы размещались под
электродами, а в последних машинах - они вынесены наверх.133
Рис. 94. Принципиальные схемы стыковых машин
с тиристорными контакторамиЭто улучшило условия эксплуатации, упростило конструкцию,
но ухудшило прогрев полос.В мощных машинах используют тиристорные контакторы
на номинальный ток 3500 А, которые могут иметь также два
и три силовых блока на номинальное напряжение 380 В
(рис. 94, а, б) и блок управления с регулированием угла от¬
крытия тиристоров в диапазоне от 60 до 180 электрических
градусов.Аппаратуру управления, построенную на базе логических
элементов серии ”Логика-Т” или интегральных схем, монтируют
в отдельных шкафах с запасными кассетами и индикаторами
неисправностей и настройки.Комплекс КСО-3201 с WH = 480 кВ • А (ПВ = 20%),
U20 = 3,66 11,2 В, Рос = 320 kHjP^ = 800 кН, усилием ре¬
зания ножниц Ррн = 180 кН и усилием резания грата Ррг =45 кН
рассчитан на сварку полос 5 = 1 6 мм и шириной В = 50
500 мм при длительности циклй сварки 45 50 с (без термо¬
обработки). Комплекс обеспечивает регулируемый цикл тер¬
мообработки; привод оплавления дроссельный; осадка и зажа¬
тие гидравлические; трансформатор размещен сбоку машины.Комплекс КСО-80.01 с WH =2x800 кВ - А (ПВ =20%7,
U20 = 7,2 ... 16,2 В,^ =800 кН,/^ = 1600 кН,Ррн =200кН,
^рг =	рассчитан на сварку полос 5 = 1 6 мм, шириной700 ... 1550 мм из углеродистых сталей при длительности цикла
сварки 60 ... 70 с (без термообработки) .При термообработке предусмотрен интенсивный нагрев
после сварки с охлаждением соединения не ниже 500° С и изо¬
термическая выдержка с нагревом током двух уровней при
регулировании его величины и длительности протекания, а
также замедленное снижение тока с независимым плавным
регулированием начального уровня, угла наклона и длитель¬
ности снижения. Комплекс снабжен устройствами для автома-134
тической перестройки режима. В комплекс встроен грато-
сниматель плавающего типа. В машине использован при оп¬
лавлении шаговый двигатель (см. рис. 86, б). Трансформаторы
размещены сверху станины.Комплекс КСО-170.01 с WH = 2x1900 кВ • А (ПВ =
= 20%), U20 = 103 20,4 В, = 1,7 МН, Рт = 4,5 МН,Ррн =
= 0,5 МН, =0,1 мН рассчитан на сварку полос из нержавею¬
щей стали о = 1,5 6 мм, шириной 600 ... 1550 мм. Комплекс
конструктивно выполнен по схеме КСО-8001 и отличается
более мощными механизмами зажатия и осадки.§ 29. Машины для сварки импульсным оплавлением испециальные машины для сварки трубМашина К-617 с WH = 150 кВ А (ПВ = 50%) , U20 =
= 4,05 ... 8,1 В, PQC = 160 кН,/^ =320 кН,иогш =0,2 ... 4 мм/с,
voc = 80 мм/с рассчитана на сварку импульсным и непрерыв¬
ным оплавлением кольцевых деталей с минимальным диамет¬
ром 200 мм из низкоуглеродистой стали сечением 4000 мм2
и аустенитной стали сечением 1500 мм2 . Подвижная и непод¬
вижная станины (рис. 95) соединены между собой осью
на роликоподшипниках и имеют рычажные механизмы зажатия
с приводом от качающегося гидроцилиндра. В передней
части рычагов размещены электроды, прижимающие деталь
к жестким выступам. В неподвижной станине закреплен цилиндрРис. 95. Машина К-617 для сварки кольцевых
заготовок135
оплавления и осадки, управляемый золотником. Его шток сое¬
динен двойным шарниром со штоком вспомогательного гидро¬
цилиндра корпус которого жестко соединен с подвижной
станиной. Колебания налагаются через вспомогательный гидро¬
цилиндр подачей масла от вращающегося золотника (см.
рис. 86, б). Трансформатор размещен за станиной и соединен
токоподводами с нижними электродами. Оптимальная частота
колебаний на машине 12 ... 16 Гц.Машины К-607 и К-566 с WH = 350 ... 500 и 800 кВ • А
(ПВ = 50%), U20 = 6,8 ... 13,6 и 7,23 15 В, ?ос=1,0МНи1,6	МН, = 1,6 МНи6,0 МН, 1*0^= 0£ ... 4,0 мм/с и0,2 22,6 мм/с, = 200 и 300 мм/с рассчитаны на сварку
импульсным оплавлением кольцевых деталей с минимальным
диаметром 200 и 300 мм, сечением до 40000 и 80000 мм2 с
частотой колебаний 6 ... 12 Гц.Машины К-617, К-607 и К-566 имеют унифицирован¬
ные регуляторы скорости, гидроследящий привод и програм¬
мное устройство перемещения. Они имеют эксцентриковый
механизм совмещения торцов после зажатия. Рычажные зажимы
снабжены самоустанавливающимися вкладышами (см. рис. 78) .
В машинах К-607 и К-566 использован механизм зажатия пря¬
мого действия со встроенными мультипликаторами. Машины
могут комплектоваться гидроаккумулятором (для получения
больших Рс) и клапаном с большим расходом жидкости и
др. На машинах также возможна сварка прямолинейных
заготовок.Трубосварочные контактные установки стационарные ТКУС
(на базе) и передвижные ТКУП (на трассе) используют при
прокладке газопроводов диаметром d > 100 мм. Для труб d >
> 1000 мм созданы комплексы ”Север-1” и усовершенствован¬
ный ”Север-2” На ТКУС-1 с головками СГС-1 и СГС-2 можно
сваривать трубы d = 114 ... 219 и 273 ... 337 мм соответственно,
а на ТКУС-2 с головками СГС-3 и СГС-4 d = 426 529 мм и
720 320 мм. Комплекс ”Север-1” рассчитан на сварку труб
d = 1420 мм и д = 16,5 19 мм непосредственно на трассе.Стационарные установки оснащаются наклонным стелла¬
жом, на который трубоукладчик подает трубы. Трубы с зачи¬
щенными на иглофрезерных машинах концами по приводному
рольгангу подаются в сварочную машину и зажимаются, внутрь
трубы вводится гратосниматель, и трубы свариваются. После
сварки зачищается внутренний и наружный грат.Тройная труба с двумя стыками сбрасывается на выходной
стеллаж. Головки машин обеспечивают взаимную центровку
труб, их зажатие, оплавление и осадку. Установки ТКУС-1 и
ТКУС-2 питаются от электростанций мощностью 125 и 250 кВ -А.
Созданы также полустационарные установки ТКУС-1А и
ПЛТ-321 с головкой К-584М для труб d- 114 ... 325 мм. Полу¬
стационарные установки обычно размещаются около трассы.В комплексе ’’Север-1” для магистральных труб сварочная
машина К-700 размещается и перемещается в трубе. Концы труб
изнутри разжимаются цанговыми самоцентрирующими зажи¬
мами машины с Рзш = 12 МН. Сварочный трансформатор, встро¬
енный в зажим, подключается через штангу и гибкий кабель
к электростанции. Сзади машины расположен привод ее само¬
ходного перемещения со скоростью 0,05 ... 0,5 мм/с. В машине
один из зажимов разжат на краю плети, а гибкий кабель ее
питания отключен от токоподводящей штанги быстросъемным
разъемом. Привариваемая труба надевается на штангу и перед¬
нюю часть машины, зажимается, а к штанге подключаются си¬
ловые кабели и кабель управления. После центрирования труб
начинается сварка.Ось труЬопрододаРис. 96. Комплекс ’’Север” для сварки магистральных трубо¬
проводов диаметром 1420 мм:1 - агрегат снятия наружного грата, 2 - машина К-700, 3,8, 10 - трубоукладчики, 4 - бульдозер, 5 - кузов с аппарату¬
рой (кунг), 6 - электростанция, 7 - трактор-тягач, 9 - агре¬
гат зачистки труб внутри на участках токоподводаТрубы внутри на участках токоподвода зачищаются агре¬
гатом 9 с иглофрезами, вводимым в трубу и фиксируемым
гидравлическими зажимами подвесной машины (рис. 96).
Машина 2 питается от транспортируемой тягачом 7 электро¬
станции 6 через кузов КУНГ с аппаратурой управления 5. На¬
пряжение через токоподводящий кабель на стреле периоди¬
чески подается к штанге машины. Внутренний грат зачищается
”в горячую” ножами машины, а наружный — на установке1.	В комплексе имеется три трубоукладчика 3,8 и 10. Комп¬
лекс обслуживает бригада из 12 человек. Машина К-700 дли¬
тельной мощностью 600 кВ • А (кратковременная 1000 кВ • А)
развивает Р^ = 400 кН; ее производительность 6 8 сты¬
ков в час.137
Глава VI. ТЕХНОЛОГИЯ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ§ 30. Разновидности точечной сваркиТочечной сваркой обычно соединяют листовые конструк¬
ции (рис. 97) из однородных и разнородных черных и цветных
металлов одинаковой и разной толщины или листы с катаными,
прессованными, коваными и обработанными резанием заго¬
товками и, в частности, детали автомобилей и тракторов, узлов
сельскохозяйственных машин, кондиционеров, холодильников,
железнодорожных вагонов, предметов домашнего оби¬
хода и др.Точечная сварка подразделяется на одно
(рис. 98, а)-у двух (рис. 98, г)- и многоточечную (рис. 98,6),
с односторонним (рис. 98, б, в), двусторонним (рис. 98, а, г)
и косвенным (рис. 98, д) подводом тока. Она может быть
одно-, двух-и многоимпульсной. В зависимости от материала
и толщины деталей требуемого качества и производительности
используют синусоидальный ток без изменения или с измене¬
нием его амплитуды или фазы (рис. 99, а, б, в), а также импуль-138Рис. 977 Детали, сйаренные точечной сваркой
сы непрерывного (униполярного) низкочастотного, разрядного
или выпрямленного токов (рис. 99,г, д, е).Форма тока существенно влияет на формирование соеди¬
нения и его качество. Так, переменный ток при точечной сварке
металлов толщиной 1 мм с высокой теплопроводностью может
приводить к выплескам и резкому снижению стойкости элек¬
тродов, а импульс униполярного тока лишен этих недостатков.§ 31. Формирование соединения и его прочностьЯдро расплава формируется под давлением на участках
преимущественного тепловыделения в зоне контакта при интен-139
сивном теплоотводе в электроды и пластической деформации
нагретого металла.Сжатые усилием Рс участки микрорельефов между деталя¬
ми пластически деформируются, определяя начальное сопро¬
тивление между деталями RK. Чем больше Рс, тем больше
фактическая площадь контакта F(j), тем ниже RK. Так, при
повышении Рс от 1 до 5 кН у сплава Д16 толщиной 1 мм Рф
увеличивается в 4 раза, a RK снижается в 3,5 раза. Это снижение
зависит от материала и состояния поверхности. Чем тоньше
детали, тем сильнее влияет на RK площадь Fф и слабее пленки.
При применяемых Рс начальная Fф не превышает 10% от но¬
минальной площади, а давление в контактах достигает (1 ... 10) х
х Ю9 Па. Зачистка щеткой в 2,5 — 5 раз уменьшает F^ из-за
наклепа по сравнению с травлением и пассивированием.^Сопро¬
тивление Rзз, зависящее от Rд, RK, Яэд, понижается с увеличе¬
нием/^ (рис. 100).Сопротивление
деталей Лд определяется
длиной средней линии тока /т
в детали, площадью F участка,
проводящего ток, и средним
удельным сопротивлением рт в
заданном диапазоне температур
Тг Т2:Ra = mPTiT/p.Из-за растекания тока в
деталях Лд меньше сопротив¬
ления цилиндрического столбика
металла высотой 25 и диаметром
контакта dK. При отношении
dKl5 = 3 и 5 уменьшение составляет соответственно Оу82 и 0,84.
С нагревом растет р и dK> а Лд вначале увеличивается, а затем
при резком росте dK снижается.Суммарное сопротивление Rк + 2Rm несколько возрастает,
а затем резко снижается, что снижает к^. За цикл сварки R^
у легированных сталей снижается с 300 500 до 100
150 мкОм, а у сплавов алюминия с 50 ... 100 до 10 ... 12 мкОм.При сварке высоколегированных сталей R^ снижается
из-за уменьшения Лэд, а Лд из-за малого изменения р, с нагре¬
вом изменяется мало. Уменьшение R^ сопровождается ростом
/с У Деталей с большим р.Сопротивление RK снижается сильнее при малых Рс и fc,
наличии пленок на поверхностях, сварке металлов с малой140Рис. 100. Изменение со¬
противлений при точеч¬
ной сварке низкоуглеро¬
дистой стали при разных
давлениях Рс.
теплопроводностью и сварке тонких деталей. Доля энергии,
выделяемая на/?к в среднем не превышает 10 15%.Сопротивление RK в начале нагрева велико из-за малой
площади фактического контакта. У холодных пластин тол¬
щиной 5=3 + 3 мм, сжатых с Рс = 2 кН, после шлифования
Лээ ^ мкОм, травления 200 ... 300 мкОм, а при наличии
окалины и ржавчины 80 000 мкОм. Увеличение Рс со 100 до
2000 и 6000 Н снижается с 600 до 100 и 15 мкОм.Колебания R^ нарушают стабильность нагрева и препят¬
ствуют качественному соединению деталей. Поэтому контакт¬
ные поверхности деталей обычно очищают от окислов, ржав¬
чины и грязи. Сопротивление R^ в начале нагрева у электродов
со сферой выше, чем при плоской поверхности, а к концу свар¬
ки оно выравнивается.С увеличением dR (при увеличении тока), fc, Рс и 5 со¬
противление Рзз уменьшается. Жесткость режима, несмотря
на изменение площади контактов, мало влияет на конечные
значения/? зз*Сопротивление у стали 08КП при нагреве меняется
мало, а у стали Х18Н9Т оно заметно снижается. Это обуслов¬
лено более резким увеличением р стали 08КП при нагреве.Нагрев и деформация существенно влияют на распределение
тока и теплоты, плавление и плотность металла ядра, выплески
и другие явления, сопровождающие сварку. Начальная неравно¬
мерность нагрева и деформация (рис. 101, а) по мере пере¬
распределения тока между деформируемым горячим и холод¬
ным металлом устраняется (рис. 101, б) и благодаря тепло¬
отводу в электроды и интенсивному тепловыделению на RK
возникает расплав (рис. 101, в). В растущем с нагревом ядре
создаваемое током электромагнитное поле перемешивает и
выравнивает расплав по составу, одновременно разрушая плен¬
ки между деталями.Расплав кристаллизуется под давлением при столбчатой
структуре, направленной в сторону наибольшего теплоотвода.
Рядом с ядром 3 {рис. Ю1, г) в зоне термического влияния
2 появляется плохо травящаяся зона 1. Большие иохл
(1 3)х 103°С/с из-за теплоотвода в электроды и холодные
слои металла тормозят объемную диффузию и способствуют
образованию неравновесных структур.Обычная термообработка без деформации, как правило,
не устраняет неблагоприятного влияния направленной крис¬
таллизации.Объем металла до расплавления растет медленно, а при
плавлении резко увеличивается, особенно по оси электродов.Перемещение электрода Дп, зависящее от141
Рис. 101. Температуры в стадии нагрева и формирования ядра
точки (а, б, в), ее макроструктура (г) и форма ядра при сварке
на жестких (/) и мягких (2) режимах (<))жесткости консоли машины, увеличивается с повышением тем¬
пературы и уменьшается с увеличением степени деформации
металла под электродами. Максимальное Дп, определяемое
dR и Рс, близко к (0,07 ... 0,1) 6. Диаметр вмятины dB ориен¬
тировочно пропорционален диаметру ядра dK: dB =Л^/Я,где
К = 1,2 1,4 дня легких сплавов, 1,1 1,3 для низкоугле¬
родистой стали и. 1,1 для жаропрочных сплавов.Сопротивление деформации нагреваемого
металла и качество соединения зависят от скорости нагреваvhkPc-Гидростатическое давление растущего объема ядра и увели¬
чение Рс при достаточно жестком сварочном контуре и малом
смещении электродов вытесняют металл преимущественно
в зазор между деталями за пределы силового действия электро¬
дов и частично около вмятины от них. Этот металл расширяет
зазор между деталями, а образуемый им уплотняющий поясок,
при определенном критическом диаметре d^ предупреждает
выплеск расплава в зазор. У легких сплавов d^ = (1,2 ... 1,4) dfl,
низкоуглеродистой стали (1,1 ... 13) dK и у жаропрочных спла-142
bob (1,05 ... 1,1) <3Я. Выплеск обычно связывают с недостаточ¬
ным Рс и большой плотностью тока /с, а также с загрязнениями
поверхностей и большими зазорами между деталями. При
выплеске отмечается резкий рост гидростатического давления
и раскрытие пояска.Интенсивная пластическая деформация предупреждает вы¬
плеск. Однако ее скорость из-за инерционности привода не
всегда соответствует скоростям нагрева и плавления. На ско¬
рость деформации также влияют Рс, свойства материала в об¬
ласти высоких температур, равномерность нагрева (распреде¬
ление р и /с) и схема деформации. Вероятность выплеска умень¬
шается с уменьшением fc, повышением теплопроводности и
пластичности металла и уменьшением скоростей расплавления
или иначе с уменьшением скорости роста тока к концу про¬
цесса. Поэтому для устранения выплеска целесообразно приме¬
нение униполярных импульсов.Выплеск в большой мере зависит от конечных Рс, при
ограниченных Рс площадь контакта растет быстрее и вероят¬
ность выплеска в конце меньше. При Рс = const с увеличением
площади контакта скорость деформации будет уменьшаться.
Поэтому целесообразно программирование Рс. Плакирование
или прокладки также предупреждают выплески. Радикальным
средством против выплесков служит обжатие периферийной
зоны точки втулкой.Сопротивление деформации и состояние металла в ядре
зависят от скорости нагрева и Рс (от степени и скорости дефор¬
мации). Общая степень деформации по оси ядра не превышает
(0,1 0,2) б и определяется в основном глубиной вмятин
от электродов.Качество точки связано с размерами зоны взаимного рас¬
плавления деталей: диаметром литого ядра <1Я и глубиной про¬
плавления h каждой детали. При отклонениях в параметрах
режима возможно уменьшение этих размеров, а иногда и не-
сплавление.Проплавление h оценивается высотой ядра по его оси в
каждой детали. Относительная глубина проплавления A-hjb х
х 100% должна быть 20 ... 80%, а относительная глубина вмяти¬
ны — не более 20%.Если Рс мало, то у сплавов с широким интервалом крис¬
таллизации в ядре возможны усадочные раковины и трещины,
которые предупреждают проковкой электродами в конце
кристаллизации. Чем жестче режим, тем выше сопротивление
деформации. Так, у стали 12Х18Н9Т при tc =0,04 с оно близко
к 350 МПа, а при tc = 0,3 с - к 200 МПа. При больших скорос¬
тях нагрева (2000 10 000° С/с) и деформации (2 15 с"1)143
давление в 2 ... 4 раза выше предела текучести металла при тем¬
пературах 1200 1300° С и обычных скоростях его испытания.Объемная деформация в горячем состоянии, искажающая
размеры и форму деталей, определяет конечные Рс. Начальная
деформация, усиливающаяся при протекании через микро¬
рельефы тока, зависит от свойств свариваемого материала и
электрода, а также от исходной геометрии поверхностей.Неравномерное расширение металла при нагреве и его
сжатие при охлаждении, усадка при кристаллизации, а также
необратимые пластические деформации, накопленные на стадии
нагрева при неравномерном тепловом поле и усилии сжатия
создают растягивающие напряжения и деформации в кристал¬
лизующемся ядре.Эти напряжения в большем мере проявляются в радиаль¬
ных и угловых направлениях (рис. 102, а), где усадка затруд¬
нена. Для их снижения и предупреждения радиальных трещин
применяют проковку усилием Рк = (2 3) Рс (иногда Рк =
= (5 7) Рс). Обжатие периферийной зоны резко снижает
эти усилия (рис. 102,£) ,препятствуя одновременно увеличению
зазора между деталями. Для обжатия может быть применена
пружинная прорезная втулка 1 (рис. 102, г). Ее быстрая ус¬
тановка и снятие при зачистке электрода 2 достигаются пружин¬
ной фиксацией переходника на электрододержателе, а требуе¬
мое соотношение между Рс и усилием прижатияРп (рис. 102,в) ,
достигается изменением hn. Высокий уровень сжимающих
осевых напряжений затрудняет деформацию металла из центра
в радиальном направлении. При этом появляется кольцевое
утолщение деталей на границе контакта электрод — деталь.Рас п р еделение тока зависит от контактной по¬
верхности электрода и 5 детали. При сферической поверхности
основной ток течет через центр контакта, а при плоской —
на периферии, что у деталей с малой 5 в начале нагрева дает
кольцо расплава.При сварке тонкой детали с более толстой ядро смещается
в толстую деталь (рис. 103, а) тем сильнее, чем мягче режим
сварки.При сварке на мягком режиме электродами разного диа¬
метра ядро смещается в сторону электрода меньшего диаметра
(рис. 103, б); у трех деталей ядро вначале образуется на пло¬
щадках их контакта, а затем оба ядра сливаются (рис. 103,в).У деталей с отношением толщин 1:3 из-за большой плот¬
ности тока на периферии контакта, неравномерного теплоот¬
вода в электроды и разной жесткости деталей, проплавление
тонкой детали затруднено. Оно обычно изменяется от 0 до 15%
и в большой мере зависит от колебания параметров. Начальный144
Рис. 102. Схема действия сил без (а) и с формирующей (б,
в) втулкой, а также ее конструкция (г)а)	6)	В)Рис. 103. Формирование точки при сварке деталей:
а - разной толщины одинаковыми электродами,
б - одинаковой толщины разными электродами,
в - толстой в середине и двух тонких снаружи
одинаковыми электродаминагрев связан с RK> однако при повышении тока появляется
опасность выплеска. Поэтому на мягком и жестком режиме
высокое /с, допустимое исходя из выплеска на RK, обеспе¬
чивает только некоторое локальное повышение температуры
в начале, а в конце из-за теплообмена оно почти не влияет на
температурное поле.Увеличение h на мягких режимах обеспечивают уменьше-145
нием теплоотвода от тонкой детали (например, тепловыми
экранами). Однако лучшие результаты дает дополнительное
обжатие точки втулкой (см. рис. 102,г) .На жестком режиме, благоприятном для деталей неравной
толщины, выплеск можно предупредить пластичными проклад¬
ками (А1 с 6 = 0,08 мм для стали). На мягких режимах об¬
жатие втулкой тонкой детали ограничивает теплоотвод в элек¬
трод, а на жестких — внутренний выплеск. Проплавление
30 ... 70% возможно при обжатии тонкой детали как на мягком,
так и на жестком режимах или при использовании электрода-
соленоида на жестких режимах.Электрод из БрНБТ со вставкой из БрКд при d3 > dK9
но меньшем ^я, позволяет при нагреве увеличить диаметр элек¬
трод — деталь, понизить плотность тока, что соответствует
росту d%. У жидкого металла р в 1,5 ... 2 раза больше,, чем у
твердого, и силовые линии тока обтекают ядро. Без вставки
da растет с толстой (или менее электропроводной) детали
с малым проплавлением тонкой (или более электропроводной).
При вставке в контакт вступает менее теплопроводный металл
и весь ток течет через вставку, что позволяет сваривать детали
с отношением б = 1:4. С обжатием периферийной зоны при
Лэ = 25 35 мм и меньших Рс также можно сваривать детали
с отношением 5 = 1:4. Повышение жесткости импульса обеспе¬
чивает проплавление деталей с отношением б = 1:3,5, при б -
= 1:4 увеличение жесткости импульса тока мало влияет на
проплавление.Плавление ядра у стали начинается при / = 70 ... 80 А/мм2.Точечной сваркой наиболее часто соединяют детали тол¬
щиной 0,05 ... 6 мм. Иногда ее используют для более тонких
(до 10 мкм) и более толстых (до 20 мм) деталей.Качество точки оценивают усилием среза
отношением усилия отрыва Рот к Рср9 диаметром ядра da и
другими показателями. Наиболее часто прочность точки связы¬
вают с dn.Глубина вмятины от электрода при отношении б = 1:2
может увеличиться до 25%.Для низкоуглеродистой и низколегированных сталей неоди¬
наковой толщины dR выбирают по тонкой детали с увеличе¬
нием на 5 ... 25%. Допуск на диаметр задается в сторону его
увеличения. Шаг из-за шунтирования также несколько увели¬
чивают. Так, при б2/бд > 2 минимальный шаг 5Т увеличивает¬
ся на 15 ... 20%. Глубина проплавления более тонкой детали
не должна быть менее 0,15 ... ОД) б.Минимальный шаг 5Т и допускаемая нахлестка а у деталей
из нержавеющих сталей соответственно на 15 и 25% меньше,
146
а у деталей из алюминия и электропроводных сплавов на 25 и
35% больше (табл. 15) .15. Конструктивные элементы соединений (мм) , выполняемых
точечной сваркой8х=дdяаМинимальное*тс (при шахмат¬
ном расположе¬
нии точек)номиналь¬ноепредельныеотклонения0,32,56880,4-0,63,081080,7-0,83,5'1013И0,9-1,14,0+1,01214121,2-1,45,01315131,5-1,66,01418151,8-2,27,01624202,5-2,88,0+1,51830253,0- 3,29,02036303,5-3,810,02340344,011,02645384,512,03050435,013,0+2,03455475,514,03860526,015,0426555Примечание? с - расстояние между рядами точек.При 8i Ф 5 2 прочность определяется максимальным се¬
чением ядра в тонкой детали.Размеры ядра можно регулировать изменением
/с, tc и Рс. С увеличением /с растет dK (рис. 104), однако при
заданных tc и Рс существует критическое значение /с, при ко¬
тором происходит выплеск. При неизменных /с и Рс таким
же образом влияет увеличение Гс. С увеличением Рс и неиз¬
менных /с и tc диаметр dR уменьшается. Аналогично эти пара¬
метры влияют и на проплавление А.Прочность соединения зависит от материала
и толщины деталей (табл. 16), а также от количества точек и
их расположения. Допустимое ST выбирают с учетом тока шун¬
тирования /ш, который увеличивается с уменьшением 5Т, уве¬
личением 5 и уменьшением удельного сопротивления р. Ток
также может шунтироваться через заусенцы деталей, приспо-147
16. Средние разрушающие усилия (Н) точек на срез и отрыв (в скобках)
для разных материаловб, мм<1я, ммX18H9СН-2ОТ-430ХГСА0,33,0140 (125)103158 (38)1500,53,5240 (190)282275 (60)2750,84,0485 (385)565545 (135)5401,04,5700 (575)785770 (200)7501,56,51380 (1150)16801585 (475)14802,07,51930 (1660)25702000 (765)22303,09,53050 (2550)35253450 (1210)2950Продолжение табл.б, ммd , мм
яЛ-62АМцД16АТАМг-6МА-2-108кп0,33,06527 (11)43331180,53,514560 (23)9170 (25)2000,84,0280130 (40)176115 (40)4051,04,5395170 (65)265160 (100)5801,56,5775280 (145)463320 (200)11672,07,51170425 (240)695415 (355)16253,09,51730680 (520)11957702550собления, заземленные узлы
машины при их контакте с де¬
талью и при очень плотной
сборке деталей. Если /ш мал,
то его влияние на прочность
ничтожно. Стабильность /с, а
следовательно, и прочность то¬
чек низкоуглеродистой стали
в допустимых пределах дости¬
гается при£т = (3,5 ... 4,5) d.Отношение прочности сое¬
динения на отрыв к прочности
на срез у стали 08кп в зави¬
симости от режима изменяет¬
ся от 0£ до 0£8. Оно умень¬
шается с уменьшением толщины и увеличением в стали элемен¬
тов, повышающих ее твердость при быстром охлаждении.148Рис. 104. Влияние тока /с, уси¬
лия сжатия Рс и длительности
сварки tc на диаметр ядра dS[ и
проплавление h (В - выплеск)
Уменьшение da на 55% снижает максимальную нагрузку
при статическом срезе на 18%, а энергию разрушения - на 81%
при статическом и на 87% при динамическом срезе.Точка с с!я = 10 мм выдерживает при статическом растя¬
жении 25 кН, а при пульсирующем только 3,6 кН.Усталостная прочность в среднем составляет 5 10% ста¬
тической прочности на срез. Она мало изменяется при измене¬
нии dR в пределах ± 25%. При переменном изгибе на базе 1* 107
циклов до полного разрушения выносливость точечных со¬
единений стали 25пс толщиной 5=4 5 мм снижается с 12
при 1 106 циклов до 5,4 при 5 • 106 циклов и далее стабилизи¬
руется. Трещины зарождаются в области крайних точек ядра
и выходят на поверхность вмятин, увеличение вмятин снижа¬
ет выносливость. Снижение температуры испытания до 50° С
практически не влияет на усталостную прочность точечных
соединений из низколегированной стали 09Г2Д, 10Г2БД и их
сочетаний при 5 = 4 ... 5 мм.Для повышения прочности в зазор до или после сварки
вводят клей или припои.§ 32. Подготовка к сварке и правка сварнЬгх деталейДетали перед сваркой зачищают, правят, подгоняют и
собирают в приспособлении или прихватывают. Детали из низ¬
колегированных сталей от масел обезжиривают ацетоном,
бензином или растворителями и обрабатывают вулканитовы-
ми кругами с абразивом, щетками, абразивным полотном
или травят. Толстые окисные пленки могут разрушаться про¬
каткой роликами с косозубой насечкой, нагревом пламенем,
чугунной и стальной дробью или резаной проволокой, а также
вакуумдробной обработкой и иглофрезеровайием.В массовом производстве обычно используют травление,
а в мелкосерийном и при повторной сварке - зачистку щет¬
ками или наждачной бумагой.Качество 'очистки оценивается по внешнему виду
и по замерам Лэд на специальном стенде при Рс и рабочих элек¬
тродах микроомметром или двойным мостом с точностью
± 2 мкОм. Допустимые при оптимальных Рс у низкоугде-
родистой стали толщиной 1 3 мм 600, у низколегиро¬
ванной — 800, у жаропрочных сплавов — 900, алюминиевых —
80 ... 120 и у магниевых — 60 ... 150 мкОм. Сразу после зачист¬
ки R в 2 ... 3 раза меньше.Детали зачищают целиком или на участке нахлестки. Леги¬
рованные стали с равномерным металлическим бл.еском или
матовым оттенком сваривают без контроля Яэд.149
Подготовленные поверхности пассивируют и зачищают от
заусенцев, пыли, абразивов, окислов и других загрязнений.
Превышение технологически допустимой длительности выле¬
живания перед сваркой приводит к выплескам и прожогам.Детали с металлическими покрытиями обычно не зачища¬
ют и прихватывают на сварочных режимах. Небольшие детали
и узлы, жестко зафиксированные в приспособлениях, сваривают
без прихватки. Расстояние между прихватками у стали
50 80 мм, у легких сплавов 70 150 мм. Крупные узлы
иногда прихватывают аргонодуговой или дуговой сваркой
с последующей вырубкой прихваченных мест.Сваренные детали правят вручную на прессах или при мест¬
ном подогреве, устраняющем выпуклости. Правка ударом
закаливающихся материалов не рекомендуется из-за появле¬
ния надрывов.§ ЭЭ. Выбор режима сваркиРежим сварки задается током /с, длительностью его про¬
текания fc, усилиями сварки Рс и проковки Рк, а также диа¬
метром электрода d3 с плоской или сферической формой ради¬
усом Яэ (ийогда указывается диаметр ядра). /с и Рс могут
задаваться по определенной программе. Важной характеристи¬
кой также служит зависящее от Ящ, Лд и RK. Совмеща¬
емые графики /с и Рс во времени именуются циклограммами
(рис. 105). Их выбирают с учетом материала, толщины дета¬
лей, требований к качеству и имеющегося оборудования.Обычно параметры режима задают по таблицам ориенти¬
ровочных режимов, номограммам, результатам анализа фи¬
зических свойств свариваемых материалов или устанавлива¬
ют по технологической карте. Выбранные режимы уточня¬
ются при испытаниях по ТУ опытных образцов или деталей.Основные параметры режима связаны с электро- и тепло¬
проводностью (р и с) материала, его прочностью при темпе¬
ратурах сварки, коэффициентами линейного расширения X и
чувствительностью материала к нагреву. С повышением р и
с увеличиваются требуемые /с и уменьшается tc, что требует
увеличения мощности машин. При повышенной прочности
необходимы большие Рс, зависящие от температурного поля,
схемы, скорости и степени деформации нагретого металла.
Из-за сложности расчета Рс сопротивление деформации ориен¬
тировочно определяют, исходя из ав материала при 0,5
0>6 Тт° С. С повышением X увеличиваются деформация и
усадка ядра при кристаллизации и возможны в нем раковины
и трещины, а также трещины в околостыковой зоне. Для их
150
/ri \ 1иЦ о) h’ ь1к \' \/I\/Роtc тг, >]1ГУЯ\tctntdFc6)tcРн eJPcPcPcz1г\ ГtHUltdtn L§~чp* X)PcpctУtntc,tc.9/"\ \< tc31Рис. 105. Циклы точечной сварки:
а - с постоянным усилием и одним импульсом тока, б -
то же, со сварочным и дополнительным импульсом тока,
в — то же, со сварочным и двумя дополнительными им¬
пульсами, г - то же, с модулированным импульсом тока,
д - с переменным усилием (проковкой), е - с предвари¬
тельным обжатием и проковкой, ж - со ступенчатым
увеличением Рс и проковкой, з - с плавным увеличением
Рс и проковкой0	200 400 600 800 1000 1200 \Ш 1600 6т,МПа	1	1 . .. I	1	1	KQf\м °>3 °’г О'1 0Рис. 106. Графики Гс, Рс и /с в зависимости от р, \ и сгт
предупреждения программируют Рс или используют Р или
дополнительный импульс /т. При больших скоростях нагрева
(1000 ... 10 000° С/с) и охлаждения у ряда материалов возмож¬
но резкое повышение твердости и большие остаточные напря¬
жения, что требует термообработки соединений в машине или
вне ее. Следовательно, при выборе режима необходимы дан¬
ные по теплофизическим свойствам материалов и их пластичес¬
кой деформации при высоких температурах.Г рафики Рс, tc и Л в относительных единицах в зависимости
от р, X и <7Т (рис. 106) позволяют разделить материалы на низ¬
коуглеродистые (типа стали 20) низколегированные (30ХГСА),
нержавеющие (12Х18Н9Т), жаропрочные (ХН75МБТЮ,
ХН38ВТ), титановые сплавы (ОТЧ-1), медные сплавы (JI62,
Бр2), алюминиевые сплавы (прочные типа Д16Т), среднепроч¬
ные (АМгб) и непрочные (АМц4) , магниевые сплавы (МА2-1).Опытом установлено, что при б = 03 3 мм /с, Рс и tc
изменяются почти линейно. В частности, для стали 12Х18Н9Т
/с = 2,45 + 3 кА; tc =0,125 + 0j04 с; Рс = 3,55 + 1 кН. Если
/с, tc и Рс для стали 12Х18Н9Т принять за единицу, то для каж¬
дого типового представителя определенной группы металлов
по средним значениям Pq> и Х^,, а также по 5Т при 0£ 0£
^пл° С можно определить относительную величину /с, tc и Рс
(см. рис. 106) по сравнению со сталью 12Х18Н9Т (табл. 17).17. Относительные параметры режима точечной сваркиГруппаМатериалПараметрыРXO'y'сгсрс112Х18Н9Т1,01,01,01,01,01,02Сталь 205,52,50,6132,40,9330ХГСА5,0230,75U2,51,04ХН77ТЮР0,650,82,50,852,71,85ОТ4-10,550,650,71,00,90j66Л-6211,07,20,74,20JS0,77аД16Т13,58,00,857,00,40,976АМГ19,010,00,37,0030,7Примечание. Для материалов с порядковым номером 1 ... 4
дан условный действующий переменный ток, а для 5 - 7 - амплитудный.При известном режиме сварки стали 12Х18Н9Т (или како¬
го-либо другого материала, отнесенного к определенной группе)152
можно найти ориентировочные режимы сварки материала дру¬
гой группы. Стали и сплавы 1 ... 5-й групп с относительно низ¬
кими X и р требуют умеренных /с и могут свариваться в широ¬
ком диапазоне tQ. Цветные металлы 7-й группы из-за высоких
Лир требуют /с в 4 8 раз большего, чем металлы первых
групп и меньших tc.Тепловую эффективность точечной сварки определяет
/с. На машинах переменного тока при этом замеряют действую¬
щее значение в наибольшем полупериоде, а на машинах по¬
стоянного тока, конденсаторных и низкочастотных — его амп¬
литудное значение, определяемое ступенью регулирования мощ¬
ности, углом включения тиристоров и сопротивлением R^,
которое зависит от i&p.R^ при точечной сварке снижается
в несколько раз, например у нержавеющих сталей с 300 ... 500
до 100 ... 150 мкОм, а у алюминиевых сплавов с 50 100 до
10 15 мкОм. Нагрузочная характеристика, различная для
каждого типа машин и определяющая зависимость /2 от
при разных сопротивлениях машины ZK3, позволяет более точ¬
но определять ток /с. При среднем R^ = 150 мкОм у деталей
из легированной стали с 6 = 1 + 1 мм средний ток /ср = 5 кА
(см. рис. 47), а у деталей из алюминия такой же толщины и
среднем R^ - 15 мкОм /ср составляет 27 кА (при разных на¬
грузочных характеристиках;.Для стабилизации качества сварных деталей ответственного
назначения /с поддерживают с точностью ± 3%, Uc — 10 + 5%,
Рс — ±8%, давление в сети — 15 + 10% его номинала. Нараста¬
ние Рс до 0,8 Рк должно происходить за /=0,04 с, а точность
приложения ± 0,0005 с.Режим меняется при колебаниях напряжения сети, шун¬
тировании, износе электродов, изменении Лэди/?к. Поэтому
параметры режима стабилизируют или автоматически регули¬
руют, a d3 восстанавливают. Соединения, сваренные на выбран¬
ном и уточненном режиме,испытывают на срез и отрыв или на
скручивание с анализом макро- и микроструктуры. Обычно
Рс в пределах ± 10%, мало влияющее на качество, при уточнении
режимов не меняют. При выбранном d3 и R3 уточняют/с и fc,
контролируя качество по технологической пробе.На практике d3 при работе увеличивается, а плотность тока
/ и давление рс снижаются, что ухудшает качество. Планово¬
предупредительная заточка электродов или их замена после
увеличения с/э на 10 20% связаны с простоем оборудования.
Поэтому стремятся к подрегулированию /с, изменяемому поч¬
ти линейно при неизменных Рс и tc.При сварке на переменном токе сталей прочностью
313 ... 602 МПа ир = 1^1 ...3,42 0м • мм2/м допустимые малые153
(М) и большие (Б) токи лежат в интервале: = 9,50 —
0,030ав - 0,060p,i£ = п 21 - 0,032 ав - 0,081р.Для большинства ранее указанных металлов (за исключени¬
ем низколегированных и коррозионно-стойких сталей) жест¬
кость режима практически не влияет на усилие среза, отрыва
и предел усталости. У коррозионно-стойких сталей (например,
хромистых) в ядре и рядом с ним появляются закалочные
структуры с повышенной хрупкостью. Прочность и пластич¬
ность низколегированных, углеродистых и других закаливаю¬
щихся сталей, а также некоторых двухфазных нержавеющих
сталей и сплавов зависят от длительности и скорости нагрева
и охлаждения. У некоторых материалов могут ухудшаться кор¬
розионные свойства и усиливаться взаимодействие с электрода¬
ми. Давления рс у титановых, медных и малой прочности алю¬
миниевых сплавов близки к 150 200 МПа, нержавеющих
низколегированных и средней прочности алюминиевых спла¬
вов к 200 ... 250 МПа и высокой прочности, а также жаропроч¬
ных сплавов к 400 ... 800 МПа. Выбор режима увязывают с
конструкцией детали. При хорошем подходе электродов целе¬
сообразны умеренно жесткие режимы с большим рс, а в труд¬
нодоступных местах при сварке фигурными электродами —
мягкие режимы с малым рс и в 2 ... 3 раза большими tc, чем
нормальные. Внутренние выплески предупреждают замедлен¬
ным охлаждением с дополнительным /с без Рк.Параметры уточняют в зависимости от формы импульса
тока. При переменном токе теплота вводится кратковремен¬
ными порциями, причем из-за поверхностного эффекта /с
на периферии контакта всегда выше. Зона расплава при этом
развивается скачкообразно, тепловое расширение пульсирует,
а металл деформируется электродами при повышенном в них
теплоотводе. Это уменьшает проплавление, усиливает нестабиль¬
ность нагрева и склонность к выплеску, в особенности у дета¬
лей тоньше 1 мм из высокопрочных, жаропрочных и алюми¬
ниевых сплавов. Одновременно усиливается загрязнение элек¬
тродов.Формирование точки улучшается при униполярном импуль¬
се с плавным нарастанием и спадом тока. При одинаковых дей¬
ствующих значениях /с амплитуда униполярного тока меньше
переменного; она при одинаковом dK и tc у низкочастотной
машины (из-за более крутого нарастания тока) должна быть
на 5 ... 10% больше, чем у машины постоянного тока.В униполярном импульсе конденсаторной машины верхняя
часть по форме близка к синусоиде и ток снижается медлен¬
нее, чем у машин с выпрямленным током. Если у последних
при спаде тока рост ядра прекращается, то у конденсаторных154
оно растет и при спаде, вследствие чего требуемая амплитуда
тока уменьшается на 10 12%. Таким образом, режим выби¬
рают и корректируют с учетом формы импульса тока.§ 34. Сварка различных материаловОриентировочные режимы (табл. 18) приводятся для метал¬
лов 5 = 1 и 3 мм, причем вместо /с и Рс указаны плотность
j - IJFK и давление р = РС/ГЯ , а Ря определена, исходя из dR х
х (~о*4).Несмотря на то что многие из рассмотренных материалов
и сплавов можно сваривать на постоянном или переменном
токе без модуляции или с ней, а также при импульсном токе
низкочастотных и конденсаторных машин, для каждого ма¬
териала наиболее целесообразен рекомендуемый термодефор¬
мационный цикл.Переменным током с плавным его нарастанием в каждом
импульсе (модулирование) и спадом в конце сваривают од¬
ним или несколькими импульсами закаливающиеся стали, ни¬
келевые и титановые сплавы толщиной до 3 мм (редко до6	мм), а также алюминиевые сплавы толщиной до 1 ,5 мм (огра¬
ничения связаны с мощностью машин) , униполярными импуль¬
сами постоянного и низкочастотного тока с регулированием его
спада в конце импульса сваривают практически все материалы
и в особенности стали и сплавы, требующие мягких режимов.
Мощными импульсами конденсаторных машин сваривают
теплоэлектропроводные материалы или при надлежащем регу¬
лировании углеродистую сталь и другие материалы, а малр-
мощными — тонкие детали.Для предупреждения трещин и раковин, а также для тер¬
мопластической обработки образовавшегося ядра приклады¬
вается ковочное усилие Рк. Оно повышается с ростом ат, б,
Яэ и уменьшением tc. Приложение Рк до выключения тока
вызывает непровар, при выключении чрезмерно усиливается
деформация, а при большой задержке не завершается требуемая
пластическая деформация. Поэтому паузу в диапазоне
0,02 0,20 с выбирают по толщине материала. Для стабилиза¬
ции нагрева металл толще 5 мм предварительно обжимают.
С увеличением б для расширения технологических возможнос¬
тей машин несколько снижается / и увеличивается tc.Низкоуглеродную сталь сваривают в широком диапазоне
мягких (плотность тока= 80 ... 160 А/мм2), средних и жест¬
ких (/с = 200 ... 500 А/мм) режимов. Обычно диаметр электро¬
да d3 = 25 + 2,5 мм, Рс = (100 200)5. На переменном токе
детали с 5 < 5 мм сваривают по циклограмме рис. 105, я, а
5 > 5 мм — по циклограмме рис. 105 ,б, д.155
15618. Ориентирочные режимы точечной сваркиГруппа	Металлы	5,мм Цикл пометаллов	Рис- 1051Ст 1 кп, Ст 2 сп1 + 1а3 + 3б + д2ЗОХГСА, 45,40ХН2М А,1 + 16, г11Х11Н2В2МФ3 + 3в +дЗа12Х18Н9Т,ХН78Т,1 + 1а15Х18Н12С4ТЮ3 + 3Д36ХН75НБТЮ, ХН70Ю, ВЖ851 + 1аВЖ120, ХН38ВТ3 + 3ДЗвХН70ВМТЮФ, ХН77ТЮР,1 +1а, гВЖ98313Д,е4ОТ4, В Тб С, ВТ20.ВТ51 +1а3 + 3Д5аАМгб1 + 1д3 + 3д56Д16Т, Д19Т, Д20Т, В9511 + 1д3 + 3д5вД16М, Д19М, Д20М,В95М,1 + 1аАМц, АМг3 + 3Д6MAI, МА2, МА8, МА2-11 + 1а3 + 3Д7J162, БрБ21 + 1а3 + 3Д.А/ммр ,МПа
сt ,с
с’Рк,МПаt , с
к7002200,14--2001500,263000,065103600,46--2141901,303800,184153800,16--1662000,364200,065006800,32--1382800,906200,165007600,36--1383201,107000,184402200,16--1661400,343000,0627603500,087200,028802100,205100,0432003200,067200,0211001900,165100,0428002400,06--9701300,163000,0424002000,04--7601000,143200,0616002100,12--7001400,223000,06
tc(nep)М\Щ
■ 100> 50-- 20-
10/м\/СС\о//Ж\\р/чДг-М-ч -ё/-Г17 *
1
1\?-■J2.5	♦—Ц■ >чи/—Aiм,нА 2Ь \ IS 1
1*р и 1НСР |112 d3,мм	т -11/1000|1—11/н.ж.11	1—111ZUUtbi■5000inn пп.111гу.		и“Я*► ! 10
1У'АJUUU Уmoo50000£1,5t22,53Режим можно выб¬
рать по номограмме. Для
5=2 мм диаметр d3
(рис. 107) изменяется в
зависимости от режима от
5 до 11 мм. Выберем
d3 = 9 мм (точка А и
Б) для жесткого режима
Ж (точка В), продлевая
линию от точки В к
Г, получим tc = 6 ... 7
периодов, далее от Д к
Е получим /с = 18 к А
и в точке 3 получим
Рс = 8000 Н. Прочность
точки на срез (точка К)
при этом составит
20 000 Н.Часть усилия, расхо¬
дуемая на деформацию
детали до сварки, повы¬
шается с увеличением пре¬
дела текучести и толщины
зазоров, а также с умень¬
шением шага S.г.Высокопроизводительные жесткие режимы сварки, умень¬
шающие деформацию деталей, требуют меньшего расхода энер¬
гии, но более тщательной подготовки деталей и их сборки.В автомобилестроении низкоуглеродистую сталь сваривают
при у = 200 ... 500 А/мм2 и рс =65 115 МПа.Тонкие детали лучше сваривать на жестких режимах, а
толстые при программировании^ и Рс (табл. 19) при синхрон¬
ном многоимпульсном (до 10) включении первого, его стаби¬
лизации в пределах, ±2% и модуляции переднего фронта импуль¬
са. Одноимпульсные режимы при постоянном давлении обычно
не исключают появления усадочных дефектов, а много импуль¬
сные их устраняют и повышают прочность. При этом на 25 ... 30%
снижается /с, на 35 40% Рс при незначительном (не более10	15%) снижении производительности. Сложные циклы
с =0,4 0,5 с и Гп = 0,1 0,2с исключают выплески, повы¬
шают стойкость электродов и качество соединешш.Для деталей 5 = 1 и 2 мм можно применять обжимку, ко¬
торая имеет соответственно dH = 8 и 11 мм и dB = 6 и 8 мм,
h = 3 и 3,5 мм, 6 =0,1 ... 0,2 мм. Режимы сварки низкоугле¬
родистой стали: гс = 4350 и 5000 Н,/с = 7,8 10,2 кА, tc =157Рс>нРис. 107. Номограмма параметров режи¬
ма точечной сварки
19. Ориентировочные режимы точечной сварки
низкоутлеродистой холоднокатаной сталиРежимжесткий6, ммrf,MMэ’'с’Н/с,кЛ'с’с0,6 + 0,64,012507,00,100,8 + 0,84,518009,00,121,0+ 1,05,0225010,50,161,2+ 1,26,0300011,50,201,5+ 1,56,5350013,00,241,8+ 1,87,0--. -2,0 + 2/)7,5---2,5 + 2,58,0---Продолжение табл.Режимсредниймягкий'с’Н/ . кАс'с’сРс’Н/с,кА'с’с10006,00,1010005,5одо12508,50,1212507,003015009,50,2015007,50,40180010,00,2418008,00,44250010,50,3025008,50,54300011,50,4030009,50,50350012,50,44350010,50,60350013,50,50350011,50,80= 0,14
щей: Рс0,3 с (dя = 4,5 и 7,5 мм,/>разр= 5 и 15 кН) ,а нержавею-
= 6950 ... 11 700 Н,/с=6 и о кА,tc =0,16 и0,26 с (dK ==4,5 ... 7,4 мм,Рразр =7,1 и 19$ кН).Детали с покрытиями обычно требуют кор¬
ректирования режима и специальных электродов. Детали
с окислами синего цвета сваривают без зачистки.
На жестких режимах при этом возможны выплески.Наибольшие трудности вызывает окалина, которая резко158
повышает RK и Лэд, внедряется в электроды и усиливает их
износ, препятствуя протеканию тока или вызывая выплески.
Если удаление окалины невозможно, то в начале нагрева повы¬
шают Рс, программируют на мягком режиме /с, снижая его
начальную величину, или сваривают с наложением ультразву¬
ковых колебаний.Эти колебания стабилизируют сварку горячекатаного ме¬
талла, резко снижая количество выплесков и повышая проч¬
ность соединений. Основной дефект при сварке сталей с окали¬
ной — пористость — возникает из-за взаимодействия кислорода
окалины с углеродом и образования нерастворимой окиси
углерода. Вытеснение окалины при колебаниях подавляет
эту реакцию. Одновременно с этим снижается уровень внутрен¬
них напряжений. Прочность соединений повышается на 8 10%,
а рассеивание показателей уменьшается вдвое.Толщина и материал покрытия существенно влияют на
/с. Детали с цинковым (Zn) покрытием, имеющим малую
твердость и низкую 7^, имеют меньшее сопротивление, чем
с Ni, Си и Сг, поэтому у первого с?я достигается при больших
/с. У обычной стали R^ после кратковременного спада воз¬
растает и достигает максимума при плавлении ядра. У сталей
с Zn и РЬ покрытием меньше и устанавливается позже,
что затрудняет формирование ядра, в особенности в его центре.
Влияние покрытия усиливается с увеличением его толщины.
Так, если Zn покрытие до 380 г/м2 у полос толщиной 0$ мм
мало влияет на режим, то при 460 г/м2 /с увеличивается с 13
до 22 кА при tc = 0,14 с. Уменьшение тока на 5% при цинковом-
покрытии уменьшает прочность на 14%, а увеличение 6П по¬
крытия на 5 мкм требует повышения тока на 20%.При точечной сварке деталей автомобиля 6 = 1,2 мм из
стали 08кп с цинковым покрытием толщиной 25 и 10 мкм ре¬
комендуется увеличивать Гс, так как с ростом /с качество не¬
стабильно из-за перегрева и выплесков. Вместе с тем посте¬
пенное повышение /с и Рс целесообразно. Сталь с алюминиевым
покрытием 5П = 0,6; 1,0; 12 и 1,4 мм сваривают при d3 = 16 мм,
Лэ = 50 мм с Рс = 1800, 2000, 2500 и 4000 Н,/д =8,7, 10,5, 13 и
14 кА соответственно (при /с, исключающем глубокие вмя¬
тины) . Также важен выбор материала электрода.Электроды со вставками из W и Мо растрескиваются и
выкрашиваются при нагреве быстрее медных с Zr. Добавки
в W небольших количеств Сг и Си или 0,5% Ti и 0р8% Zr их
стойкость повышают. При односторонней сварке горячеоцин-
кованных сталей заметно шунтирование тока и снижение стой¬
кости электродов. Площадь электрода резко возрастает после
500 1000 точек со скоростью, не зависящей от типа покрытия.159
Износ электродов определяется его диффузионным взаимодей¬
ствием с покрытием. Модуляция тока, униполярные импуль¬
сы и многоимпульсные режимы уменьшают юное. Стабилиза¬
ция толщины покрытия стабилизирует режим, повышая стой¬
кость электродов из сплава Си - Cr - Zr до 8000 ... 15000 точек.
Нанесение на цинковое покрытие осаждением Fe и Ni умень¬
шает /с и повышает стойкость электродов без ухудшения кор¬
розионной стойкости соединения. Так, наличие 30% Fe в покры¬
тии уменьшает /с в 13 раза.Покрытия с низкой Тт взаимодействуют с электродами,
образуя бронзы и изменяя их размеры и форму. Лужение или
цинкование электродов замедляет образование бронз. На прак¬
тике электроды зачищают через 500 1000 точек. Наружное
охлаждение электродов с расходом воды 4 л/мин резко ослаб¬
ляет нагрев. Для повышения стойкости целесообразно высокое
давление рс и малая fc, а также задержка их на детали после
окончания нагреза. Специальные пасты и смазки, уменьшающие
трение при деформации, уменьшают взаимодействие электрода
с покрытием.Большие /с и Рс повышают температуру конца электрода
более сильно, чем увеличение Гс. Проковка сРк>Рс у листов
толще 1,5 мм стабилизирует качество соединений и повышает
их прочность.Вакуумно-диффузионные покрытия хромом толщиной
40 50 мкм требуют увеличения Рс на 20 40% и tc на 25%
и уменьшения /с на 6 ... 8%. На плоских электродах с <2Э =5 мм
из БрХ07 сталь 0,8кп толщиной 5 =0,7 мм сваривают при /с =
=6 ... 7 кА; tc = 0,16 ... 0,24 с; Рс = 1250 ... 1750 Н.Листы с односторонним пластмассо¬
вым покрытием сваривают односторонней сваркой
кратковременными импульсами (0,005 с) с интенсивным ох¬
лаждением электродов и изделия водой. Температура нагрева
хлорвинилового покрытая при этом не должна превышать
240 С или кратковременно (< 1,2 с) 350° С. Прочность сое¬
динения листов 6 = 0,6 мм при dR = 2 мм достигает 1800 Н.
Рельефы облегчают зачистку покрытия в зоне сварки. Для
получения металлического контакта покрытие продавливают
острым электродом (рис. 108, а), нагревают (выплавляют)
через скобу (рис. 108, б), подогревают электрод от внешнего
источника (рис. 108, в). Теплоизоляционные шайбы вокруг
электрода в последнем случае локализуют нагрев.Интенсивно закаливающиеся материалы сваривают на мяг¬
ких или жестких режимах с термообработкой. Большие ско¬
рости их нагрева и охлаждения повышают в 1,5 2 раза и
более твердость соединений и снижают резко их пластичность.160
Возникающие при этом внутренние напряжения могут при5	> 2 мм дать трещины, раковины и поры. Мягкие режимы уве¬
личивают коробление деталей.лтга)тсЮРис. 108. Способы создания металлического контакта при
сварке деталей с пластмассовым покрытием:
а - нагрев с продавливанием покрытия острым электро¬
дом, б — нагрев через скобу, в — нагрев дополнительным
источникомТермообработка точки в электродах по сравнению с отпус¬
ком в печи на ряде сталей (25ХГСА, 25ХСНВА, 17ХНВФА и др.)
в несколько раз быстрее и требует в десятки раз меньшего
расхода электроэнергии. После электротермообработки усилие
среза Рф по сравнению со сваркой без нее повышается в 1,22	раза, а усилие отрываР^ — в 3,5 .... 7 раз.Термообработку обычно осуществляют повторным вклю¬
чением тока/т = (0,7 ... 0,8) /с,длительностью tT = (1,5 ... 1,8) tc.
Пауза между сваркой и термоЬбработкой должна быть доста¬
точной для закалки на мартенсит. У некоторых сталей воз¬
можно предупреждение выделения мартенсита за счет изотер¬
мического отпуска при 740 780° С, ускоряемого благодаря
деформации. При нагреве в стадии отпуска учитывается тепло¬
та, остающаяся в точке после сварки. С повышением рс ускоря¬
ется охлаждение в паузе между сваркой и отпуском и после
отпуска.Цикл сварки с термообработкой характеризуется паузой
*п (закалка), состоящей из tx (начало приложения Рк) и t2,
током термообработки/т и ее длительностью tT при/^атакже
длительностью принудительного охлаждения tox при Рк. Про¬
граммное охлаждение электродов ускоряет термообработку.Появление хрупких структур и образование трещин пре¬
дупреждают также сваркой на мягких режимах с Гс, в 3,5 раза
большей, чем у металлов 1-й группы, с двух импульсным (см.
рис. 105, б), а для толстых листов часто с трехимпульсным
нагревом при замедленном охлаждении во втором импульсе.
Давление у этих материалов значительно выше, чем у материа¬6 Зак. 1138	161
лов 1-й группы. Пластическая деформация в стадии проковки
при нагреве, в 1,5 раза большем fc, до температур ниже Асу
улучшает структуру и предупреждает трещинообразование.
Хорошие результаты без заметного роста зерен в околоточеч-
ной зоне также получены при сварке на жестких режимах и
деформации в стадии отпуска при температурах на 100 ... 150° С
ниже Лс1. Повышение давления рк до 2,5 рс усиливает теп¬
лоотвод.Проковка точечных соединений повышает их сопротив¬
ление усталости. У стали ВНС-2 б = 1,0 + 1,0 и 0,6 + 0j5 мм и
стали 1Х18Н9Т 6=1+1 мм проковка повышает предел вы¬
носливости на 40... 120%.При б = 4,0 + 4,0 мм кроме момента приложения и величи¬
ны Рк на усталостную прочность влияет длительность проков¬
ки tK. Проковка перераспределяет остаточные напряжения
в ядре и рядом с ним. Максимальное сжимающее остаточное
напряжение рядом с ядром возникает при проковке раньше
достижения ядром температуры 100 150° С. Ускоренное
охлаждение точки и инерционность привода автоматически
обеспечивают необходимую длительность проковки. У стали
09Г2С при 5 = 6,0 + 6,0 мм длительность проковки 7 с по срав¬
нению с 0,5 с резко повышает предел выносливости.Нержавеющие стали аустенитного класса можно сваривать
на различных режимах, однако из-за высокого коэффициента
теплового расширения и возможных при больших tc дефор¬
маций целесообразнее жесткие режимы. Высокопрочные нержа¬
веющие стали (термообработанные, нагартованные) требуют
повышенных на 20 40% Рс. Аустенитные стали также свари¬
вают через прокладку из фольги ванадия. Для ряда закали¬
вающихся сплавов целесообразен второй импульс тока. Неко¬
торые двухфазные стали сваривают с последующей jepMoo6-
работкой при меньшем /с и tc и большем Рс, чем детали из
низкоуглеродистой стали. Ориентировочно при 6 =0,3 ... 3 мм,
/с = 2,5 ... 17 кА, Рс = 1,1 12,0 кН, = 3 ... 8,5 мм, *с=
= 0,06 ... 0,4 с.Титановые сплавы хорошо свариваются на режимах сварки
аустенитных сталей после травления (RK = 50 60 мкОм,
через 50 ч повышается до 100 мкОм). Для сварки используют
электроды из кадмиевой бронзы. Изменение Яэ (50 ... 100 мм)
и Рс мало влияет на da. Целесообразна проковка, измельчающая
структуру с Рк = (3,5 ... 4) Рс (для сплава ОТ-4) .Жаропрочные сплавы во избежание выплес¬
ков лучше сваривать униполярными импульсами с повышен¬
ным Рс. Возможна сварка на мягких режимах с большим Рс.
Медные, алюминиевые и магниевые сплавы сваривают на жест-
162
ких режимах при больших плотностях тока; алюминиевые
сплавы из-за значительной усадки (6 ... 7%) помимо больших
Рс и малых tc требуют удаления окисной пленки и применения
Рк. Детали зачищают щетками из нержавеющей стали, крем¬
нефтористыми или фосфорными кислотами, снижающими
Лэд от 1000 до 10 ... 50 мкОм. /с линейно связано с йя, при
увеличении с1я более 8 мм линейность несколько нарушается.
Это обусловлено тем, что в области оптимальных /с и Рк они
не влияют на <1Я и прочность.С ростом /с и снижением Рс увеличивается количество де¬
фектов в ядре. Налипание металла на электрод снижает /с и
уменьшает с1я. Поэтому электроды зачищают часто, иногда
через 20 ... 30 точек.Высокопрочные алюминиевые сплавы в целях предупреж¬
дения пор и трещин сваривают при переменном усилии с Рк =
= (2 2£) Рс или при его программировании,^ можно сни¬
зить при дополнительном без паузы импульсе тока. Момент
приложения Рк выбирают в зависимости от скорости охлаж¬
дения. При естественном спаде тока (за исключением конден¬
саторных машин) длительность tK приложения Рк определяют
по формуле tK =tc + (0,01 ... 0,02) 6.У конденсаторных машин эта длительность больше на вели¬
чину дополнительного нагрева ядра при спаде тока. Детали
из высокопрочных сплавов об = 1,5 ... 2,0 мм можно сваривать
без Рк, при увеличенном Рс и дополнительном импульсе тока
для замедленного охлаждения. Внутри каждой группы алюми¬
ниевых сплавов, а также других материалов необходимо уточ¬
нение режима. Так, у высокопрочного сплава АМгб, малоплас¬
тичного при повышенных Г, выплески предупреждают увели¬
чением tc и Рс на 30 50% по сравнению с режимом сварки
сплава Д16.У более пластичных сплавов во избежание чрезмерной
их деформации уменьшают р^ и /с, несмотря на повышение
тепло- и электропроводности, в направлении Д16 Д16М -* АМг.Контактное сопротивление у полос из алюминиевых спла¬
вов после травления их поверхности не играет существенной
роли в тепловыделении. Соединения алюминия, сваренные
без специальной очистки поверхности, различаются по
прочности.Сплавы алюминия сваривают при нарастании тока со ско¬
ростью 150 180 кА/c. При меньших скоростях ухудшается
структура ядра точки, расширяется зона нагрева, увеличиваются
вмятины и усиливается налипание материала электродов на
свариваемые детали и металла деталей на электроды.В зоне отжига около сварной точки термически упроч¬
ен	и
ненных сплавов типа Д16 происходят разупрочнение металла
и рост зерна.Магниевые сплавы сваривают на жестких режимах с мень¬
шим Рс при частой зачистке электродов (из-за переноса металла
деталей на электроды и наоборот).Чистая медь из-за чрезмерно высокой тепло- и электро¬
проводности при сварке на обычных режимах не образует ядра.
Для повышения сопротивления поверхность контактов покры¬
вают тонким слоем серебра после их зачистки, промывки и
удаления окислов. Такие листы при 5 = 0,127 + 0$4 мм и 0^4 +
+ 0,94 мм сваривают на конденсаторных машинах электродами
из вольфрама или молибдена. Чистый алюминий и медь свари¬
вают иногда с прокладкой между электродами и деталями
полосок нержавеющей стали толщиной 0,1 ОД мм. Без про¬
кладок алюминий и медь привариваются к электродам. Такие
прокладки допускают сварку алюминия на обычных машинах
небольшой мощности.Никель из-за низкого электросопротивления и высокой
теплопроводности, а также повышенной пластичности сваривают
на жестких режимах двумя импульсами, первый импульс из
которых при малом токе повышает электросопротивление, а
второй является сварочным. Проковку обычно не применяют.Тугоплавкие химически активные ма«
т е р и а л ы (W3Mo и др.) из-за высоких Тт обычно сваривают
через легкоплавкие прокладки из технического титана, никеле¬
вого сплава ВЖ98 и др. Многоимпульсные режимы облегчают
сварку без прокладок. Несколько лучше свариваются менее
теплопроводные (чем молибден) с более высокими р тантал,
ниобий и их сплавы. На режимах сварки титановых сплавов
с повышенной в 1,6 ... 1,7 плотностью тока сваривают цирконий.Разноименные материалы сваривают на мяг¬
ких режимах. Для более симметрического расположения ядра
усиливают нагрев и уменьшают теплоотвод в теплопроводный
материал за счет уменьшения диаметра и теплопроводности
электрода.При большом различии в температурах плавления и тепло¬
физических свойствах на мягких режимах нагрев не выравни¬
вается. Поэтому их сваривают на жестких режимах с исполь¬
зованием вставок в электроды, прокладок и покрытий, приме¬
нением обжимок, программирования^ и/с и др.§ 35. Сварка деталей разной толщиныПри большом различии 5j иб2 плотность тока в толстой
детали (рис. 109, а) повышается -на периферии контакта164
Рис. 109. Способы сварки деталей неравной толщины(рис. 109, б) , интенсивно охлаждаемого электродом со стороны
тонкого листа. Образующееся несимметричное ядро смещается
в толстую деталь и при большом различии в толщине не затра¬
гивает тонкой детали. Смещение усиливается на мягких режи¬
мах, а на жестких резко повышается плотность на периферии
ядра и усиливается опасность внутренних и наружных выплес¬
ков. Для надежного проплавления тонкого листа обычно уси¬
ливают его нагрев, применяя при жестких режимах на тонком
листе (рис. 109, г) рельефы или сжимая линии тока магнитным
полем, а при мягких — регулируя теплоотвод экранами
(рис. 109, д), массой электродов (рис. 109, в) или их материа¬
лом (рис. 109, е). С увеличением массы и d3 ускоряется ох¬
лаждение контактируемой детали. Поэтому массивные электро¬
ды с большим d3 устанавливают со стороны толстой детали.
При малых d3 со стороны тонкой детали возможны выплески,
глубокие вмятины и уменьшение ядра, также полезны встав¬
ки в электроды. Прокладки с более высоким электросопротив¬
лением облегчают проплавление тонкого листа при небольших
плотностях тока. Локализуют нагрев тонкого листа и умень¬
шают его деформацию электродами с обжимными втулками.
Тугоплавкие экраны толщиной 5 =0,05 ... 0,15 мм из металлов
с низкой теплопроводностью при хорошей зачистке можно
использовать по нескольку раз.Стальные листы с отношением 1:3 и алюминиевые с отно-165
шением 1:2 сваривает по режимам тонких листов. Очень тон¬
кие детали (6 < 0,25 мм) приваривают на особо жестких
режимах при tc < 0,01 с. Ядро образуется на участках макси¬
мальной плотности тока по краям электрода.Жесткие режимы, способствующие тепловыделению на
контакте, легко задать на конденсаторных машинах при одном
импульсе. Импульсы машин постоянного тока и низкочастот?
ных машин при соответствующем регулировании /с и Рс пред¬
почтительнее.Также возможно, использование электродов с ферррмаг-г
нитным экраном в виде перемещающегося кольца, программи¬
рование Рс и /с и другие ранее рассмотренные способы устра¬
нения выплеска и выравнивания нагрева.§ 36. Односторонняя сваркаОдносторонняя сварка (рис. 110) из-за значительного
/ш требует особых режимов (табл. 20). При ней из-за перегрева
привариваемой детали и смещения ядра возможны значительные
вмятины и повышенный износ электродов.а)	6)	в)	г)Рис. 110. Схемы односторонней {а, в, г) сварки и сварки с
замкнутыми нижними электродами (б)20. Режимы односторонней точечной сварки (радиус сферы
электрода 75 мм, = 19 периодов,/*^ усилие среза)5, мм/с, кАРс,кНd, мм
эср’0,812,3134,8 ...5,04,8 ...5,21,013 Д2,05,5 ... 6,06,1 ...6,31*215,42,57,0... 7,58,2 ... 8,4Для деталей равной толщины 5j = б2 и при отношении
8г:82 = 1:3 применяют токоведущие подкладки (рис. 110, а)166
или замкнутые электроды (рис. 110,б).обеспечивающиепроте¬
кание основного тока через участки контакта деталей. Ток
шунтирования и ток нижней детали в этом случае невелики.
При значительном различии в толщинах тонкую деталь к тол¬
стой можно приваривать без подкладки (рис. 110, в). Также
возможна одноточечная сварка со вспомогательным электро¬
дом (рис. 110, г). На уздах большой жесткости, способных
воспринимать Рс без продавливания, сваривают без подкладок
с предварительным подогревом. Сварка на весу связана с силь¬
ным нагревом верхнего листа и его повышенной деформацией.Наибольшая толщина привариваемой детали
при шаге 30 35 мм не превышает 1 мм, а при шаге 50 мм -1,5	мм. Специальными приемами можно добиться качественного
соединения и при большей толщине (шаг 50 мм). Более тол¬
стые детали обычно приваривают двусторонней двухточечной
сваркой, обеспечивающей минимальные токи шунтирования.Ток шунтирования /ш растет с увеличением 5 и уменьше¬
нием шага, причем с увеличением ширины от 40 до 400 мм
у сталей при шаге ST = 50 мм и 6 = 3 мм он увеличивается почти
в два раза, а с увеличением 5 от 1 мм до 3 мм в три раза. С
увеличением шага от 25 мм до 100 мм ток шунтирования умень¬
шается примерно в четыре раза. Предварительный подогрев
верхнего листа уменьшает ток шунтирования /ш. Односторон¬
нюю сварку применяют для листов 6 =0,1 ... 3 мм из стали,
никелевых и титановых сплавов с листами 6 < 9 мм. Листы
из алюминиевых, магниевых и медных сплавов из-за малого
электросопротивления обычно односторонней сваркой не соедис
няют. Для уменьшения /ш увеличивают шаг ST по сравнению
с обычным в 2 ... 3 раза.Плотность тока достигает 400 420 А/мм2, а Рс и tc в
1,1 ... 13 раза больше, чем при обычной сварке. Соответственно
удлиняется и нагрев. Полосы толщиной 0$ мм с шагом 50 мм
сваривают при/с = 15 .... 16 кА, tc =0,2 с иРс =2,7 ...3,2 кН.Стабильное качество обычно обеспечивается сваркой на
более мягких режимах.Сварку на медной подкладке при шаге
65 мм осуществляют при большем на 10% токе, большей на
25% tc и меньшем на 50% РСУ чем при обычном режиме.С увеличением тока растет/ш> усиливается нагрев электро¬
дов и деформация деталей, а с увеличением </э, Рс и ST умень¬
шается отношение/ш//пн.При нагреве ядро смещается и поворачивается к соседнему
электроду тем сильнее, чем больше /ш. Для получения оди¬
наковых точек важна стабильность Рс и R3 (с точностью
± 5 мм).167
Контрольные вопросы1.	Назовите разновидности точечной сварки и области их применения.2.	Перечислите основные параметры режима и расскажите об их
влиянии на качество точечных соединений.3.	Какова свариваемость низкоуглеродистых, высокоуглеродистых
и высоколегированных сталей, а также цветных металлов и сплавов?4.	В чем заключаются особенности сварки разнородных металлов
и металлов разной толщины?Глава VII. МАШИНЫ ДЛЯ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ§ 37. Устройство точечной машиныТочечную сварку осуществляют на машинах переменного
тока, низкочастотных, постоянного тока и конденсаторных
соответствующими импульсами тока. Технологические воз¬
можности машин определяются их нагрузочными характерис¬
тиками, диапазонами изменения Рс, /с, tc и возможными цик¬
лами сварки. Пригодность машины также определяется вы¬
летом, формой и размерами нижней консоли. Машины пере¬
менного тока используют, главным образом, для сварки сталей
и титана и редко цветных металлов. На машинах постоянного
тока и низкочастотных возможна сварка практически всех
металлов и их сплавов. Они благодаря плавному нараста¬
нию и регулируемому спаду тока, низкому Z^, точному от¬
счету длительностей цикла сварки обеспечивают стабильное
качество сварки деталей из высокопрочных материалов, жаро¬
прочных и алюминиевых сплавов.Конденсаторные машины используют для сварки алюми¬
ниевых и медных сплавов деталей неравной толщины, а иногда
нержавеющих и титановых сплавов. Малая длительность их
импульсов без специального их формирования затрудняет сварку
низколегированных и жаропрочных сплавов. Они потребляют
из сети малую мощность и обеспечивают стабильный /с при
колебаниях напряжения сети.Технический уровень современных механизированных и
автоматизированных машин высокой производительности не¬
прерывно повышается за счет совершенствования основных
узлов, их унификации, повышения надежности и долговеч¬
ности. В частности, надежность повышают хромированием внут¬
ренних поверхностей цилиндров привода сжатия и применением
специальных манжет и направляющих качения (вместо сколь-
г>8
Рис. 111. Машина для точечной сварки
женин), заливкой обмоток силовых трансформаторов эпок¬
сидным компаундом, использованием тиристорных контакто¬
ров и аппаратуры управления на бесконтактных элементах
"Логика”, интегральных схемах и печатных платах, а также
применением микропроцессоров и микро-ЭВМ.В точечной машине (рис. 111) на корпусе 2 закреплены
нижняя 3 и верхняя 11 консоли, привод сжатия 12 и его аппа¬
ратура 13, система охлаждения и заземление. Внутри корпуса
размещен трансформатор с переключателем ступеней мощ¬
ности, регулятор цикла сварки 15 и тиристорный контактор.
Машина включается педалью 1 или включателем 14. Сварочный
контур машины образуется одним или двумя вторичными вит¬
ками трансформатора, гибкой шиной 10, токоподводами 5, 8
обеих консолей и электродами 6 с злектрододержателями
4, 7, сжимающими свариваемые детали через ползун 9. Кон¬
соли машины создают жесткую скобу, воспринимающую усилие
привода. При нажатии педали (или включателя) регулятор
цикла сварки (РЦС) выдает сигнал на включение привода
сжатия, а затем трансформатора. После сварки ток выключа¬
ется и через небольшое время усилие сжатия снимается, а элек¬
троды расходятся. В зависимости от материала деталей и их
назначения РЦС может при надлежащем исполнении привода
и источника питания изменять усилие сжатия Рс и сварочный
ток /с по определенной программе.§ 38. Корпуса и привод сжатияБольшинство корпусов машин сварные унифицированные
со стойками, которые обычно служат воздухосборниками.
В машинах малой мощности консолями могут быть токопод-
воды. Одна или обе консоли могут регулироваться по верти¬
кали и горизонтали.В точечных машинах широко применяется пневмопривод
и пневмогидравлический привод, в которых используется энер¬
гия сжатого воздуха. Пневмопривод обладает высоким быстро¬
действием и обеспечивает практически любые требуемые Рс.В обобщенной схеме пневмопривода (рис. 112) воздух
из сети через вентиль 23 поступает в фильтр-влагоотделитель
2 под давлением, замеряемым манометром 2. Пульсации дав¬
ления сглаживает воздухосборник (ресивер) 22. Давление
очищенного воздуха поддерживается стабильным ресивером
21 и регулируется по манометру 4 редукционным клапаном
(регулятором давления) 3. Воздух в маслораспределигеле5	насыщается распыленным смазочным маслом и подается
к двум трехлинейным пневмораспределителям (клапанам)
7 и 20 нормально закрытого типа.170
На схеме клапан 7 закрыт и соединяет камеру а пневмо¬
цилиндра 11 с атмосферой. Клапан 20, включаемый от РЦС,
открыт и подает воздух в камеру б. Поршень 14 цилиндра
находится вверху, упираясь в дополнительный поршень 13.
Ручным краном 8 давление сети подается в камеру, опуская
поршень 13 вниз. Его положение и ход поршня 14 регулиру¬
ются гайкой 12. Поршень 14 после снятия давления в камере6	дополнительно перемещается вверх. Для ограничения ско¬
рости привода и его безударной остановки используют дрос¬
сели 9 и 19. Глушители 6 снижают шум при выпуске воздуха
в атмосферу. Упругим элементом 15 компенсируется быстрое
увеличение объема ядра точки. Он также ослабляет удар при
зажатии деталей, позволяя по смещению ползуна 16 относитель¬
но штока поршня контролировать Рс. Ход поршня при сжатии
электродов называют рабочим, а при разжатии обратным. Ка¬
мера а является рабочей, б — вспомогательной и в — дополни¬
тельной. При рабочем ходе в камеру а впускается воздух, а
из в — выпускается, при обратном ходе - наоборот. Привод
допускает работу с постоянным Рс (без ковочного давления
Рк и предварительного обжатия Р0), с Рс и Рк и с Р0, Рс и Рк.
В первом случае ’’сжатие” начинается по сигналу от РЦС с одно¬
временным включением клапана 7 и выключением клапана
20. Сжатый воздух заполняет рабочую камеру через обратный
клапан 10, а из вспомогательной камеры воздух выпускается
либо через выхлопной клапан 17 либо через дроссель 19. Сва¬
ривают при неизменном положении клапанов 7 и 20, одним
или несколькими импульсами тока, включаемого через РЦС.
Электроды разжимаются по сигналу от РЦС ’’пауза”. Клапан7	выключается, а 20 — включается. Во вспомогательную каме¬
ру воздух впускают через обратный клапан 18, а выпускают
через дроссель 9.Поршень перемещается вверх до упора в поршень 13. Вспо¬
могательная камера может быта разгрузочной, соединенной
с сетью через клапан 20. Электроды раздвигаются при выклю¬
чении клапана 7 и выпуске воздуха из камеры а. В схеме с
проковкой детали сжимаются при открытии обоих клапанов
7 и 20. Воздух поступает в рабочую камеру и частично вытес¬
няется поршнем из вспомогательной камеры через клапан
17 в ресивер 21 или атмосферу. Сваривают при Рс =Л>- При
проковке клапан 7 остается открытым, а клапан 20 закрыва¬
ется. Выхлопной клапан 17 разгружается и открывает большое
отверстие для выпуска воздуха из вспомогательной камеры,
что повышает Рс до Рк. После проковки открывается клапан
20 и закрывается клапан 7. В исходное положение поршень
перемещается за счет разности давлений в рабочей и вспомо-171
гательной камере. Предварительное сжатие достигается вклю
чением клапана 7 и выключением клапана 20, чем создается
наибольшее усилие Рк. Далее включается клапан 20 и усилие
снижается до Рс.Номинальные усилия нормализованы и составляют 2000,
2500, 3200, 4000, 5000, 6300, 8000, 10 000, 12 500, 50 000 и
63 000 Н. При питании воздухом с Р = 630 кПа номинальное
Рн = 45 50 МПа. Отношение Рк/Рс = 2 ... 2,5; длительность
нарастания Рк составляет 0,03 0,05 с. Сроки службы пнев¬
мопривода 10 лет, в стационарных точечных машинах — 8 лет,
а в подвесных - до 5 лет.Обычно используют пятилинейные пневмораспределители
с условным проходным диаметром Dy =8,16 и 25 мм и притыч-
ном (или выносном) соединении с цилиндром.В пневмогидравлическом приводе, питаемом от воздуш¬
ной сети через фильтр 1 (рис. 113), редукционный клапан
2, промежуточный ресивер 3, маслораспылитель 4, трехлиней¬
ный пневмораспределитель (клапан) 5 и дроссель б, а также
из резервуара с маслом 10 давление в исполнительном гидро¬
цилиндре 11 создается пневмогидравлическим преобразова¬
телем 7. При включении клапана 5 воздух давит на поршень
8, который, перемещая шток 9 и перекрывая отверстие резер¬
вуара 10у создает давление в нижней гидравлической камере и
гидроцилиндре 11, сжимающем, например, электроды клещей
12. При выключении клапана 5 воздух выпускается через глу¬
шитель в атмосферу, а пружина возвращает поршень в исходное
положение, соединяя гидрокамеру с резервуаром 10. Вместо
пружины можно использовать давление подпора воздухом.
Известны преобразователи с несколькими пневмопоршнями,
позволяющими получать давление в гидроцилиндре до 30 МПа
и более. Создаваемое усилие в гидроцилиндре определяется
соотношением диаметров поршня и штока, а также давлением
воздуха.В точечных машинах используют поршневой, диафрагмен-
ный и смешанный приводы. В приводе с цилиндрической на¬
правляющей скольжения машин общего назначения поворот
предупреждается планками, накладками или скользящи^
шпонками. Трубчатый шток (рис. 114) одновременно является
ползуном. Воздух через крышку 1 по трубке 2 поступает под
верхний поршень 3 и действует на диафрагму 4. Направляющее
устройство привода 6 крепится к верхнему кронштейну 5 через
изоляционные втулки и прокладку. Быстро образующиеся за¬
зоры в круглых направляющих затрудняют ремонт привода.В современных машинах привод в виде трехкамерного
цилиндра с направляющим устройством 1 (рис. 115) переме-172
Рис. ИЗ. Пневм ©гидравлический приводРис. 114. Пневмодиафрагменный рлС 115. Привод современ-
привод	ных машин
щается в ползуне 2 на роликах. Усилие от штока передается на
ползун через блок тарельчатых пружин 3, стабилизирующих
усилие при изменении сил трения резиновых манжет рабочего
поршня 4 о стенки цилиндра. Благодаря этому электрод быстро
перемещается при сварке. В исходном положении в полость
А подается сетевой воздух, под действием которого поршень5	опускается до упора в гайку б. При выпуске воздуха из этой
полости и подаче редуцированного воздуха в полость В поршни4	и 5у перемещаясь, занимают крайнее верхнее положение,
чем осуществляется дополнительный ход вверх. Гайкой б регу¬
лируется рабочий ход.Диафрагменный привод, применяемый наиболее широко,
отличается от поршневого меньшими потерями на трение и мень¬
шей массой, что делает его высокоподвижным при сварке,
точно поддерживающим Рс. Малая масса и малый объем камер
обеспечивают высокое быстродействие и большую производи¬
тельность. Этот привод менее долговечен, чем поршневой.Последовательная установка нескольких диафрагм с пода¬
чей в ограниченные ими полости воздуха разного давления поз¬
воляет при малой инерции привода получать определеннуюпрограмму давлений. Постоян¬
ство давления на электродах
в этом случае обеспечивается
соединением надциаф рагменных
камер привода с воздухосбор¬
никами, имеющими независи¬
мую регулировку давления ре¬
дукторами. Выпуск воздуха
из подциафрагменных полос¬
тей создает соответствующую
программу давления. В двух-
диафрагменном приводе каме¬
ра с диафрагмой б (рис. 116)
служит для получения Рс, а
с диафрагмой 5 для получе¬
ния Рк. Обе диафрагмы за¬
креплены на штоке 4. Малые
усилия (до 5 кН), опреде¬
ляемые площадью штока 49
создают при подаче редуци¬
рованного воздуха в камеры
А и Б, а большие (до 20 кН)
при подаче только в полость
Б. Усилие создается только
при подаче в камеры В и Г
воздуха и его быстром выбросе из полости малого объема.
Усилие от штока 4 через винт 8 и гайку 9 передается ползуну1	с роликовыми направляющими. Регуляторы давления повы¬
шенной точности и большого расхода и диафрагменный привод
при роликовых направляющих стабилизируют программу
усилий сжатия Рс. Ползун 1 дополнительно вверх и вниз пере*
мещается электродвигателем 2 через шестерни 5, 7 винт 8 и
гайку 9.В комбинированных приводах для повышения быстро¬
действия и стабилизации Рс вместо нижнего поршня использу¬
ется плавающая диафрагма, к которой непосредственно при¬
соединен шток. Пневмоприводы изготовляются на номинальное
избыточное давление сжатого воздуха 630 кПа.Пневмопистолеты многоэлектродных машин имеют не¬
сколько поршней (2 ... 4) небольшого диаметра/) (25 .♦. 70 мм)
последовательного действия с большим ходом (ОД 2,0 D)
без специальных направляющих. Универсальные пистолеты
могут быть двух- или четырехступенчатыми с D = 45, 50, 56 и
70 мм, на давление 1,2 и 1,6 МПа. Их конструктивное испол¬
нение, размеры, рабочие ходы и способы крепления даны в
ОСТ 16.05.39.015 - 75. При 1,0 МПа они развивают Рс от
2,8 до 14 кН.Четырехступенчатый пистолет в каждом из двух соеди¬
ненных резьбой цилиндров имеет по два рабочих поршня,
напрессованных на общий шток с осевым каналом для подачи
воздуха в рабочие камеры. Под верхние, закрепленные на што¬
ках поршни подается давление обратного хода. В двухступен¬
чатом пистолете используется только нижний цилиндр. Ход
поршня может составлять 25 и 100 мм. При наружных D =
= 51, 57, 63 и 76 мм пистолеты развивают /^ = 2800,3750^4850
и 7350 Н соответственно. Выходной шток может иметь внутрен¬
ний конус Морзе За, конус 1:10 или наружную резьбу М16 х
х1 $ (М20 xl,5) длиной 40 мм.§ 39. Аппаратура управленияАппаратура управления обычно обеспечивает стабилизацию
тока при изменениях напряжения сети, модуляцию переднего
фронта импульса тока, его синхронное включение и плавную
регулировку, а также подстройку под cos машины, сварку
в одиночном и автоматическом режимах и дискретный отсчет
интервалов цикла сварки. Первичный ток в большинстве машин
коммутируется тиристорными контакторами. Регуляторы цикла
сварки (РЦС и РВИ), тиристорные контакторы и прерыватели
рассмотрены ранее (см. § 13).175
Регуляторы РЦС-403 для автоматического изменения пара¬
метров от программирующего устройства снабжаются через
штепсельный разъем Ш1 приставкой, позволяющей изменять
ток и длительность непосредственно самим регулятором или
внешним программатором. Режим работы задается переклю¬
чателями В1 и В2. Разрывы цепей, задающих длительность в
схемах процессов ’’сварка” и ’’нагрев”, присоединяются к
свободным контактам на Ш1. В блок-приставке ручной уста¬
новкой подключенных к программирующему устройству со¬
ответствующих сопротивлений задают ток нагрева и длитель¬
ность. С помощью реле устанавливают интервал в один или
десять периодов тока и задают режим сварки.Регуляторы РЦС заменяются более точными и надежными
регуляторами РКС.При цифровом регуляторе РКС-901, используемом для
модернизации машин с регуляторами РВЭ-7 и РЦС, рекоменду¬
ется применять тиристорные контакторы и клапаны КЭП-16,
которые позволяют управлять машиной по циклу с постоян¬
ным или переменным Рс, с двумя раздельно регулируемыми
по току и длительности импульсами сварочного тока. Модер¬
низация повышает качество, устраняя появление усадочных
рыхлот, раковин, горячих трещин и закалочных структур.Регулятором РКС-901 можно заменить любой регулятор
серии РЦС и обеспечить работу с контактором КТ и ЭПК-16
при напряжении 24 В и постоянном токе до 0,5 А. Типовая
циклограмма работы регулятора с /т, /с, PQ, Рс и Рк указы¬
вает на возможность использования различных циклов сварки.
Контакты гидрореле в контакторах с водяным охлаждением
включаются последовательно с нажатием педали. Питание от
сети к регулятору подается от разъема тиристорного контакто¬
ра (для сохранения требуемой синхронизации с сетью фазосдви¬
гающего устройства регулятора). Во вновь изготавливаемых
однофазных машинах используются прерыватели ПК-200,
ПК-1200, ПКТ-1200 и ПКТ-1500 (см. § 13), а в конденсаторных
МТК-5001 и МТК-8004 — шкаф управления ШУ-259, в точечных
(с выпрямлением) МТВ-2001, МТВ-6304, МТВ-4002 - ШУ-255-2
и в подвесных МТПВ-808, МТВВ-1207 — ШУ-308. Для специаль¬
ных многоэлектродных машин шкафы управления изготов¬
ляются по специальному заданию.При модернизации оборудования тиристорные контакторы
выбираются по току, коммутируемому в первичной цепи и
ПВ (номинальное ПВ-50%, класс не ниже 9) с учетом средних
токов при полнофазном включении тиристоров.Аппаратура управления непрерывно совершенствуется на
основе печатных плат, интегральных схем и микроЭВМ.176
Универсальные машины для сварки конкретных деталей
приспосабливают с учетом минимальных потерь энергии в
сварочном контуре. Большой контур существенно повышает
потребляемую мощность, в особенности при частоте 50 Гц.
В низкочастотных машинах и машинах постоянного тока влия¬
ние контура проявляется слабее и он может быть значительно
больше.з)Рис. 117. Схема расположения электрододержателейВерхняя и нижняя силовая консоли, на которых крепятся
медные шины, часто делаются из стали. Крепление электродо¬
держателей и их форма определяются конструкцией деталей
(рис. 117, а - з) и создаваемыми при сварке магнитными поля¬
ми. При односторонней сварке используют подкладные шины
по форме деталей.Большинство машин работает по жесткой программе,
с поддержанием /с, Рс и tc в заданном интервале. Также исполь¬
зуют обратные связи, при которых регулирование осуществля¬
ется по деформации деталей при нагреве и протекающему
через них току, энергии, мощности или по математическому
описанию процесса.§ 40. ЭлектродыЭлектроды сжимают детали с требуемым Рс и подводят
к ним ток. Срок их службы, влияющий на производительность
и надежность работы машин, определяется материалом, кон-177
струкцией и условиями охлаждения, а также темпом (коли¬
чеством точек в минуту) и режимом сварки. Торцы электродов
точечных машин нагреваются до 500 800° С. Они подверга¬
ются воздействию интенсивных магнитных полей, Рс и удар¬
ных нагрузок (при зажатии и резком увеличении объема ядра).Рекристаллизация упрочненных приповерхностных слоев
электрода сопровождается образованием внутризеренных и
межзеренных трещин. Электроды также истираются от Рс при
деформации токоподводов и взаимодействуют при нагреве
с материалом детали, изменяя свой состав и налипая на деталь.
По мере сварки снижение твердости на глубине до 2,5 ... 3 мм
может достигать 25 ... 40%. Частые заправки и переточки элек¬
тродов резко снижают производительность. Стойкость повы¬
шают интенсификацией охлаждения, надлежащим выбором
режима сварки и конструкции электродов, а также использо¬
ванием высокопрочных материалов.Для электродов точечной сварки используют бронзы с
Cr, Cd, Ni, Be и Ti, сплавы Си + Ag, Kd + Be (табл. 21) , спечен¬
ные порошки и дисперсионно-упрочняемые внутренне окислен¬
ные сплавы.В производстве обычно используют электроды из сплавов
меди с добавками легирующих элементов. Легирование меди
кадмием, хромом, бериллием и цирконием мало снижающими
электропроводность, повышает твердость в нагретом состоянии,
а железо и никель ее упрочняют. Электропроводность спла¬
вов оценивается в % по сравнению с проводимостью чистой
отожженной меди, имеющей 0,017241 Ом • мм2/м.Электропроводными являются сплавы с кадмием
(0,9 1,2%), магнием (0,1 ... 0,9%) и с добавками бора (0,02%)
или серебра (0,1%).Сплавы по сравнению с чистой медью в 3 6 раз более
стойки, а их расход в 6 ... 8 раз меньше.По ГОСТу электрод из медно-кадмиевого сплава при твер¬
дости 950 МПа и 80% электропроводности меди должен выдер¬
живать до первой переточки 300 точек, а до износа 10 000 точек,
сплав Бр НБТ—5000 и 35 000 точек. Стойкость электродов
из бронзы Бр НБТ и Бр X при сварке на мягком режиме (Гк =
= 670° С) значительно ниже, чем на жестком режиме (Гк =
= 400° С).При сварке жаропрочных и жаростойких материалов важна
стойкость при высокой Гк к разупрочнению, для легких спла¬
вов — электропроводность и стойкость к взаимному переносу,
а для углеродных и низколегированных сталей — стойкость
к разупрочнению и переносу.Перегрев, подплавление, окисление, деформация при боль-178
21. Техническая характеристика электродовМатериалСвойстваНазначениеНВТ СМедь Ml ф —50%)Си--999870 .,.. 90150... 300Сплав МС (D =50%)Ag -■ 1,090...9275 .... 90250 .,.. 300Бронза БрХЦрАСг-0,4 .... 1,090...95110 .... 120340 ... 3500,3 ... 0,09Zr -0,03... 0,08Бронза БрК1 (МК)Cd-- 0,9 ... 1,280 ...88100..120250 .,.. 300Бронза БрХСг-0,41,070 ...80110 ..„ 130350 ... 450Бронза БрХЦрСг-0,4... 1,080 ...85120 ... 130480.,.. 5000,6 ... 0,05Zr -0,03... 0,08Бронза БрНТБNi-1,4 .... 1,645 ...55170 ..„ 230500.. 550Ве-0,2 ...0,4Ti-0,05 ...0,15Бронза БрКН1-4Si-0,6 ...135 ...40130 .., 140420,.450№ - 3 ... 4Т, Ш, Р сварка алюминиевых
сплавовТ. Ш сварка алюминиевых и
медных сплавов
То жеТ, Ш сварка низкоуглеро¬
дистой, низколегированной сТа-
ли и титановых сплавов
ТожеС, Т, Ш сварка углеродистой,
нержавеющей сталей и жаропроч¬
ных сплавовС сварка углеродистой, не¬
ржавеющей сталей и жаропроч¬
ных сплавовПримечание, р - электропроводность материала электрода по отношению к отожженной меди; НВ - твердость;
7^ - температура разупрочнения; Ш - шовная, Т - точечная, С - стыковая, Р - рельефная сварки.
ших PQ, смещение электродов при нагреве усиливают их износЭлектрод при точечной сварке имеет
цилиндрическую форму диаметром Z), которая со стороны
крепления обычно переходит в усеченный конус с уклоном
1:10 (D < 25 мм) и 1:5 (D >32 мм), а с рабочей стороны плос¬
кую большую (рис. 118, а, б) или малую (рис. 118, в), сфери¬
ческую (рис. 118, г), плоскую смещенную (рис. 118, д) или
наклонную смещенную (рис. 118, е) контактные поверхности.Рабочий конец электрода может быть коническим
(рис. 118, в) с малой площадью контакта или цилиндрическим
с увеличенной (рис. 118, ж). Типовые прямые электроды из¬
готовляют по ГОСТ 14111 - 77 из хромистой бронзы БрХ,
бронзы БрНБТ, медно-кадмиевого сплава МК и медно-сереб¬
ряного МС.Ориентировочно D, d3 и h определяют из соотношений:
D =0,4 ... 0,6 yffc; d3 = (0,5 ... 0,6) D; h = (0,75 ... 0,8)£>.Длина конусной части должна быть не менее 1,24 D.На электродах первого типа (см. рис. 118, а) сваривают
черные и цветные металлы при прямом ходе машины; вто¬
рого типа (см. рис. 118, б) - низкоуглеродистую и легирован¬
ную сталь токами менее 16 кА; третьего типа (см. рис. 118,в) —
детали в ограниченно доступных местах; четвертого типа
(см. рис. 118, г) — стальные детали толще 3 мм; пятого типа
(см. рис. 118, д) - низкоуглеродистую и легированную стали
токами до 25 кА вблизи отбортовок; шестого типа
'80
см. рис. 118, в - детали в подвесных машинах с радиальным
ходом и седьмого типа - арматуру. У фигурных электродов
(см. рис. 117, в, д) ось, проходящая через центр рабочей по¬
верхности, смещена относительно оси конуса. В сложных кон¬
струкциях на таких электродах сваривается до 60% точек,
используя пониженные /с и большие tc.Обычно сваривают на электродах с плоской рабочей пло¬
щадкой.Электроды со вставкой из молибдена или вольфрама
(рис. 118, ж), или спеченных сплавов впрессовываются или
спаиваются серебряными припоями. Предложены также ла¬
тунные и стальные электроды с напрессованной (рис. 118, 5)
оболочкой из меди или медные электроды со стальной втул¬
кой поджатой пружиной. Имеются электроды с наконечниками,
закрепляемыми гайкой (рис. 118, и), или поворачивающиеся
на сфере (рис. 118, к). При точечной сварке электрод1	(рис. 118, о) закрепляется в электрододержателе 2 и охлаж¬
дается водой, поступающей через штуцер 5 по трубке 3 к кор¬
пусу электрододержателя и далее к штуцеру 6. Конец трубки
ввернут в головку 4, соединенную резьбой с корпусом электро¬
додержателя, который изготовляется из латуни й других мед¬
ных сплавов.При частой смене электродов целесообразны электродо-
держатели с выталкивателями. Формы электрододержателей
весьма различны и определяются конструкцией изделия и ма¬
шины (см. рис. 117).Электроды при сварке низкоуглеродистой и аустенит-
ной стали могут дополнительно охлаждаться снаружи
(рис. 118, л, м). Двойное охлаждение без выхода воды на
деталь (рис. 118, н) применяют при сварке легких сплавов
и закаливающихся материалов. Износ электрода в большей
мере зависит от диаметра его цилиндрической части и утла
конуса.Эффективность охлаждения электродов зависит от рас¬
хода воды, угла скоса трубки 3 (см. рис. 118, о) й расстояния
/ ее до дна охлаждающего канала электрода диаметром dQ,
которое определяется отношением внутреннего диаметра труб¬
ки dB к диаметру dK охлаждающего канала. При перпендику¬
лярном срезе это расстояние близко к 0,6 dQ. Скос до 20°
слабо влияет на охлаждение и стойкость, а больше 45° умень¬
шает среднее количество сваренных точек до полного износа
электрода в 1,5 раза. Для наилучшего охлаждения необходимо,
чтобы расстояние трубки до охлаждающего канала / >>	(2,1 2,5) dK.Ламинарный поток воды при прямом выходе и малых181
зазорах ( < 2 мм) охлаждает лучше, чем при косом срезе,
даже при зазоре 0,2 мм, когда расход воды уменьшается с
600 до 120 л/ч. На износ сильнее влияет рост Zc, чем tc и Рс.
Поэтому на мягких режимах стойкость электродов резко сни¬
жается. Изменение температуры воды от 5 до 20° С практически
не влияет на стойкость. Охлаждение хромомедных электро¬
дов жидкой С02 увеличивает срок их службы с 3000 5000
до 9000 точек. При размещении в полости электрода втулки
с дросселем (<d « 0,24 мм) газ с расходом 800 л/ч поступает
импульсно из-за замораживания и размораживания, а темпера¬
тура электрода после 90 точек у деталей толщиной 1,0 +■ 1,0 мм,
сваренных с /с = 4,4 кА, Рс = 9 кН, Гс = 0,16 с и темпе
88 точек/мин, снижается по сравнению с охлаждением электрода
водой от 198° С до 87° С. При расходе 2000 л/мин интенсив¬
ность охлаждения возрастает в несколько раз, а температура
электрода снижается ниже 0° С. Охлаждение обусловлено дрос¬
селированием и парообразованием газа. Через каждые 65 точек
импульсное замораживание и размораживание приводит к
кратковременному нагреву электрода до 105° С. Форма и
размеры при охлаждении водой электрода меняются через
350 400 точек, а при охлаждении жидкой С02 - после
1600 2000 точек. Стойкость никель-бериллиевой бронзы
повышается в 5 раз. При использовании жидкой С02, очищен¬
ной от влаги, возможно охлаждение ниже 0° С без замерзания.
Такое охлаждение перспективно для многоэлектродных ма¬
шин и, возможно, для роботов. С увеличением общего угла
скоса электродов от 105 120 до 140° стойкость электродов
при сварке низкоуглеродистой стали повышается в 1J5 и 2 раза.
Одновременно с этим при угле скоса 140° С износ более одно¬
роден, чем при меньших углах. Этот угол наиболее эффекти¬
вен в многоэлектродных машинах при централизованной за¬
точке. Поддержание такого угла в одноточечных машинах
затруднено из-за несовершенства зачистных устройств.Стойкость каждой пары электрод — деталь оптимальна
при определенном ритме постановки точек, скорости их нагре¬
ва, импульсном включении тока, программировании /с и Рс,
оптимизации ввода теплоты без ухудшения качества соеди¬
нений и др. Сложные циклы улучшают охлаждение электродов
между импульсами тока. Травление поверхностей алюминие¬
вых сплавов с последующей промывкой спиртом, повышает
стойкость в три раза, а нейтрализация и травление с пассиви¬
рованием магниевых сплавов - в 10 раз по сравнению с зачист¬
кой проволочными щетками. Для повышения стойкости элек¬
тродов необходимы также компенсаторы, уменьшающие дина¬
мические усилия при сжатии деталей и росте ядра.182
Рис. 119. Устройство для заправки
электродов:
а - с пневмоприводом; 1 - труб¬
ка, 2 - резец, 3 - обойма, 4 -
стопорное кольцо, 5 - кронштейн,
б - планка, 7 - замок, 8 - направ¬
ляющая трубка, 9 - электрод,11 — гайковерт, 12 — стопорный
винт, 13 - регулируемый упор;
б - вручную; 1, 3 - электроды,2 - корпусЭлектроды зачищают различными заправниками. В корпу¬
се одного из них через отверстие хвостовика вывертывается
стопорный винт 12 (рис. 119, а) , а регулируемый упор 13 пово¬
ротом устанавливается в необходимое положение и фиксиру¬
ется винтом 12 (конец упора должен выступать над основания¬
ми резцов 2 на высоту, обеспечивающую требуемый размер
электрода). Далее в отверстие планки 6 вставляется и фик¬
сируется замком 7 направляющая трубка 8 требуемого раз¬
мера. Установленный заправник контактирует резцами с элек¬
тродом. Включением привода (гайковерт угловой пневмати¬
ческий 11 типа ГУП-4) осуществляется заправка. При сварке
многих материалов сферический конец электрода более стоек
и менее чувствителен к перекосам, чем электроды с плоской
поверхностью. Радиус сферы электродов выбирают, исходя
из R3 = 25 + 255 (при 6 > 1 мм) . Такие электроды контакти¬
руют из-за проскальзывания микровыступов в большей мере
по периферии контакта, чем в центральной зоне, где действу¬
ют нормальные силы. С ростом Рс от 500 до 5000 Н плотность
отпечатков на периферии сооответственно в 3,8 и 5,8 раз боль¬
ше, чем в центре. С ростом Рс фактическая площадь в зави¬
симости от прочности сплава растет почти пропорционально, а дав¬
ление меняется мало. Чем меньше , тем выше Яэп и тем интен¬
сивнее и локальнее нагрев электрода и ниже его стойкость.
На переменном токе прерывистое тепловыделение локали¬
зуется на периферии также из-за поверхностного эффекта.
При униполярном импульсе плотность тока в контакте более
равномерна. Кольцевая рабочая поверхность электродов, ис¬
пользуемая при сварке тонких материалов, имеющая отношение
диаметров dB/dH = 2/3, обеспечивает в три раза большее разру¬
шающее усилие, чем круглая равной площади.Ручная заправка электродов неточна, а пневматическая
не всегда качественна и требует сложных устройств. Более
простое устройство, состоящее из двух частей, стянутых руко¬
ятками (рис. 119, б) имеет две соосно расположенные сфери¬
ческие выточки, сооответствующие форме электрода. В сквоз¬
ной паз между частями корпуса установлены подпружиненные
фасонные резцы с режущими кромками, которые обращены
к сферам электродов и установлены несколько выше выточек.
После сжатия электродов устройство поворачивают за руко¬
ятки и производят заточку.Электроды изготовляют прессованием, прокаткой или
механической обработкой, а восстанавливают после износа
прессованием, сваркой трением, диффузионной сваркой с
последующим механическим упрочнением или термообработ¬
кой. Их зачищают также шлифовальной шкуркой на резиновой
подушке, абразивной резиной и напильниками, устанавливае¬
мыми в пазы с требуемым углом заточки.Электроды при сварке стали обычно зачищают через
300 1000, а алюминиевых сплавов — через 30 ... 50 точек.Практикуется плановая механическая зачистка и принуди¬
тельная замена изношенных электродов новыми или прошед¬
шими ремонт. Каждая машина снабжается запасными комп¬
лектами (5 6) электродов, которые хранятся в деревянных
футлярах. Работа на изношенных электродах, во избежание
ухудшения качества соединений, не допускается.§ 41. Машины переменного токаНа базе унифицированной серии корпусов, приводов, пнев-
мо- и электроаппаратуры создана серия точечных машин с
номинальным током 12 ... 40 кА.Универсальные машины типа МТ-3201, МТ-1233, МТ-2002
могут использоваться для сварки изделий ответственного на¬
значения из различных материалов. Аппаратура управления,
смонтированная на корпусе, обеспечивает широкий набор про¬
грамм, команд, комбинаций разных выдержек; она проста и
надежна в работе. В машинах обеспечен легкий доступ к ап¬
паратуре и быстрая замена узлов при выходе их из строя.Машины различаются токами /н и /д, номинальным уси¬
лием Рн, вылетом /н, раствором Ан, а также производитель¬
ностью п, регуляторами РЦС или РВИ,исполнением (У4, УХЛ4).Трансформаторы, клапаны, тиристорные контакторы, регу¬
ляторы и другая аппарутра рассмотрены ранее (см. §13).Машина МТ-604-У4 с регулятором РЦС-301 ,/н =6,6 кА,
/д = 2,8 кА, Ри = 2 кН, /н = 250 мм и Ан = 150 мм рассчитана
на сварку деталей низкоуглеродистой стали 5 = ОД 2,0 мм
с п до 180 сварок/мин. Машина комплектуется тиристорным
контактором и автоматическим выключателем.Машины МТ-810-УХЛ4 и 1614-УХЛ4 с регулятором
РЦС-403, /н = 8 и 12,5 кА,/д =3,6 и 7 кА,/>н = 3 и 6,3 кН,/н =
= 300 и 500 мм, А = 150 и 180 мм соответственно рассчитаны
на сварку деталей из низкоуглеродистой стали, толщиной
0 Д5 ... 3,0 и 0,5 5 мм с и = 300 и 200 сварок/мин.Машины МТ-1212-У4 и МТ-1618-У4 с регулятором
РЦС-503 и РЦС-403 с /н = 12,5 и 16 кА,/ =7 и 9 кА,Рн =63
и 6,3 кН, /н = 500 и 500 мм, Ан = 150 и 220 мм рассчитаны на
сварку низкоуглеродистой стали Ъ = 0,5 ... 5 и 0,8 1,5 мм,
коррозионно-стойкой стали Ъ = 1 и 0,5 1,5 мм и алюминие¬
вых сплавов 5 =0,6 мм при п = 375 и 230 сварок/мин.Машины МТ-1223-У4, 2002-У4 и 3101-У4 с блоком
БУ-625, /н = 12,5, 20 и 32 кА, /д =5,6; 9 и 10 кА; Рн = 16, 20
и 16 кН, /н = 500, 1200 и 500 мм, Ан = 300, 220 и 220 мм рас¬
считаны на сварку деталей из низкоуглеродистой стали 5 =
= 0,5 2,5; 1,0 4,0 и 0,5 3 мм при п = 150, 120
и 100 сварок/мин.Машины МТ-1627-УХЛ4,2527-УХЛ4 и 4018-УХЛ4 с регу¬
лятором РВИ-801, /н = 16, 25 и 40 кА, / =9, 10 и 18 кА,Рн =
= 6,3 16 и 25 кН, /н = 270, 500 и 320 мм,7гн =270,240 и 180 мм
рассчитаны на сварку деталей из низкоуглеродистой стали
6=0,2 2,5; 0,8 2,5 и 2,6 8 мм, коррозионных сталей
0,5 2,5; 0,5 1,5 и 2,0 ... 4,0 мм с п =214,150,48 сварок/ч.На машине МТ-2527 также можно сваривать детали из
алюминиевых сплавов 5 =0,3 1J5 мм.Машины с униполярным импульсом тока имеют одинако¬
вую блок-схему управления (см. рис. 46) .Различие машин связано с исполнением силовой схемы
и аппаратуры управление. В низкочастотных машинах импуль¬
сы формируются с первичной стороны трансформатора, а в
машинах с выпрямленным хоком - во вторичной цепи.185
§ 42. Машины с выпрямлением токаМашина точечная низкочастотнаяМТН-0301
мощностью 340 кВ А с /н = 63 кА, /д = 14 кА, Рн =
= 980 19 600 Н, /н = 800 мм, hH = 200 и 350 мм, полным
и рабочим ходом 100 и 30 мм предназначена для сварки дета¬
лей из нержавеющей стали 5 = 0,4 ... 4 мм, алюминиевых спла¬
вов 6 = 0,3 2 мм и низкоуглеродистой стали 5 =1 ... 6 мм.
Ее конструкция аналогична однофазным машинам. Аппарату¬
ра управления на интегральных схемах смонтирована в отдель¬
ном шкафу в виде отдельных блоков. Она обеспечивает как
одиночные простые, так и сложные импульсы тока и давления
во времени. Пневматический диафрагменный привод имеет
широкий диапазон Р (1:20) с постоянными и переменными
усилиями PQ, Рс, Рк. /с за счет фазового регулирования изменя¬
ется в пределах 50 ... 100% на каждой ступени. Длительность
нарастания тока от 0,14 до 0,26 с, изменяется за счет модуля¬
ции. Этот вид машин должен получать дальнейшее развитие
за счет совершенствования формы униполярного тока.Машина выпрямленного тока МТВ-2001-У4
с /н = 20 кА, Р^ = 1 20 кН, /н = 1200, hH = 390 мм рассчитана
на сварку деталей из низкоуглеродистой 6 =03— 3 мм и кор¬
розионно-стойкой стали 5=03 2,5 мм, а также алюминиевых
сплавов б =0,3 ... 2 мм.На корпусе машины смонтированы консоли, токоподво-
ды, привод, система охлаждения и клапаны, а в корпусе —
блок вентилей и трансформатор. Нижняя консоль может пере¬
мещаться домкратом.Машина управляется с выдвижного пульта кнопками и
переносными педалями. Выпрямительный блок состоит из
шести кремниевых таблеточных вентилей ВВ2-1250.Электрический контакт между силовыми и соединитель¬
ными водоохлаждаемыми шинами и корпусом вентиля дости¬
гается тарельчатыми пружинами (Р на два вентиля 20 кН).
Аппаратура управления, размещенная в отдельном шкафу, вы¬
полнена на элементах ’’Логика”. При постоянном Рс машина
позволяет получать основной и дополнительный импульсы
тока с независимой их регулировкой (40 100% тока дан¬
ной ступени) и регулируемой паузой между ними.Смонтированный на корпусе основной диафрагменный
привод с двумя камерами и тремя клапанами может работать
с противодавлением (воздух постоянно находится в верхней
камере) для получения малых Рс (1 3 кН) и без противо¬
давления {Рс = 3,5 22 кН) . Крутопадающая характеристика
машины обеспечивает при сварке легированных сталей и тиха-
186
новых сплавов из-за снижения максимальные значения тока
к концу процесса, что уменьшает вероятность выплеска и улуч¬
шает условия формирования соединений.Машина точечная выпрямленного тока
МТВ-4002-УХЛ4 с /н = 40 кА, Рц = 15 50 кН, /н = 500 мм,
Лн = 300 мм рассчитана на сварку деталей из низкоуглеродис¬
той стали 6 = 0,5 ... 5 мм, коррозионно-стойкой 5 =0,5 ... 3 мм
и алюминиевых сплавов 5 =0,3 ... 1,5 мм, при я =70 сварок/мин.
Машина комплектуется унифицированной станцией управления
с едиными программными взаимозаменяемыми блоками.
Силовая часть машин аналогична ранее рассмотренной. Машина
снабжена унифицированным корпусом и диафрагменным
приводом.Машины MTB-8002-IV4 и 16002-У4 с /н = 80 и 160 кД,
вторичным током 36 и 56 кА, Рн = 1,6 7,2 и 3,0 20 кН
рассчитаны на сварку алюминиевых сплавов 6 = 0,5 4,5 и
6=3 8 мм при п = 60 и 10 сварок/мин.Машина МТВ-8002-1 с /н = 160 кА,Рн = 3,5 ... 3,6 кН,
/н = 1500 мм, Лн = 600 мм, рабочим и дополнительным ходом
20 и 200 мм рассчитана на сварку крупногабаритных деталей
из алюминиевых, магниевых сплавов 5 =0,5 ... 4 мм, титановых
сплавов Ъ =0,5 ...7мм, низкоуглеродистой стали б =0,5 7 мм
и коррозионно-стойкой стали 6 =0,5 ... 5 мм.В новых машинах выпрямленного тока применяют более
мощные диоды с системами управления и контроля всех пара¬
метров на базе интегральных микросхем и микропроцессов
подобно тем, что применены во вновь созданной машине
МТВУ-4003.Машины точечные пневматические с
выпрямленным током МТПВ-807 и 1207 мощностью
100 и 240 кВ • А, /н = 8 и 12,5 кА, /д =3,6 и 5,6 кА,Рс =2*5 кН,
/н = 205 и 300 мм длиной кабеля 5 и 3,5 м, его сечением 200 мм2
рассчитаны на сварку клещами деталей, из низкоуглеродистой
стали 5 = 0,5 1,5 мм, титановых сплавов 8 = 0,5 2 мм и
других материалов (ВНС-2, 12X18Н9Т и др.). В отличие от
обычных подвесных клещей переменного тока с высоким
индуктивным сопротивлением они имеют высокое общее со¬
противление (> 1500 мкОм) и пологие нагрузочные характе¬
ристики. При введении между электродами деталей /с изменя¬
ется незначительно относительно /кз (на 12 15% при R^ =
= 100 мкОм). Машины имеют источник питания постоянного
тока, выполненный по схеме трехфазного однополупериодно-
го выпрямления, панели с пневмогидроаппаратурой, гибкий
кабель, клещи и шкаф управления. Два вторичных витка транс¬
форматора в машине МТПВ-80 соединены параллельно, а в187
машине МТПВ-1207 - по¬
следовательно. Последова¬
тельно со вторичными об¬
мотками в машине МТПВ-80
включены два вентиля
ВВ-1250, а в МТПВ-1207-4 -
параллельно. Привод имеет
пневмогидравлическую схе¬
му (рис. 120). Зажимы ис¬
точника соединены с клеща¬
ми водоохлаждаемым кабе¬
лем. /с регулируют переклю¬
чением ступеней и неболь¬
шим (75 100%) измене¬
нием угла включения тирис¬
торов. Колебания напряже¬
ния сети Uc компенсируют¬
ся изменением tQ исходя
из tc = С понижением
Uc растет tc и наоборот.
При давлении воздуха
0,5 МПа в гидроцилиндре
оно повышается до 8 МПа.
При разведенных электро¬
дах редуцированный подго¬
товленный воздух поступает
через клапан ЭПК-4 в нижнюю полость преобразователя. При
включении ЭПК воздух из нижней полости выпускается через
глушитель 9 и подается в верхнюю полость. За счет разности
площадей давление масла в полости М повышается в 16 раз.
Масло заливается через кран 5, а Рс контролируется по мано¬
метру 7. Кран 8 служит для слива масла и удаления воздуха
из гидросистемы. Масло высокого давления подается в гидро¬
цилиндр 10у действующий на консоль клещей 11.Аппаратура смонтирована в едином шкафу управления,
ненадежные переключатели ПШ заменены на пакетные, приме¬
нен трансформатор на витых сердечниках, залитых эпоксидным
компаундом.§ 43. Конденсаторные машиныКонденсаторные машины имеют меньшую установленную
мощность и обеспечивают стабильное /с. Применяемые электро¬
литические конденсаторы К-50-И-1, допускающие до 30 за-
рядов-разрядов в минуту, ограничивают производительность188т-6В.Й11	! м-у-СЭ;,Рис. 120. Пнсвмогидросхема маши¬
ны МТПВ:У - фильтр, 2 - редуктор, 3 - мас-
лораспылитель, 4 - клапан ЭПК,
5 - кран, 6 - преобразователь,
7 - манометр, 8 - сливной кран,
9 - глушитель, 10 - гидроцилиндр,
11 - клещи
машин. В машине МТК-5502 использованы металлобумажные
конденсаторы на высокое рабочее напряжение, допускающие до
150 зарядов-разрядов. Унифицированная блок-схема управле¬
ния конденсаторными машинами (см. рис. 46) предусматривает
те же устройства, что и в ранее рассмотренной схеме, за исклю¬
чением особого программно-временного управления J, 2 и
управления зарядом-разрядом 4, 2.Машина точечная конденсаторная
МТК-1601-У4 потребляемой мощности 2 кВ А с /с = 16 кА,
/д = 2 кА, Рн = 630 Н, /н = 250 мм, h н = 60 мм рассчитана на
сварку деталей из низкоуглеродистой стали 5 = 0,5 0,8 мм,
алюминиевых сплавов и латуни 6 = 0,5 0,6 мм при
/7 =60 сварок/мин.Машина настольного исполнения сваривает листовые кон¬
струкции, мелкие детали с массивными, провода с наконеч¬
никами, объемные сетчатые и другие детали одним или двумя
импульсами тока, получаемыми при разряде конденсаторов на
первичную обмотку трансформатора. Один из импульсов тока
является сварочным, а второй используется для подогрева
и термообработки. Каждый импульс регулируется раздельно.Машина МТК-5001 с потребляемой мощностью
20 кВ А, емкостью 10500 мкФ (регулируется от 33 до 100%),
/н = 50 кА, Рн = 16 кН, /н = 600 мм, hH = 200 мм рассчитана
на сварку деталей из коррозионно-стойких сталей 5 =
= 0,3 1,5 мм и алюминиевых сплавов 5 =0,3 1,2 мм при
п = 30 сварок/ч. В машине использована бесконтактная система
управления на логических элементах и силовые полупровод¬
никовые вентили в сильноточных цепях.Длительность нарастания тока 0,025 с, пауза между сваркой
и проковкой 0,03 0,07 с, ход верхнего поршня 150 мм. Ста¬
билизированное напряжение заряда регулируется от 200 до
380 В, конденсаторы разряжаются на первичную обмотку транс¬
форматора. Пневматический поршневой ,привод с раздельным
регулированием в вредней и нижней полости допускает свар¬
ку без предварительного сжатия и проковки. Ползун верхнего
электрода имеет роликовые направляющие, что в сочетании с
тарельчатыми пружинами стабилизирует Рс и обеспечивает
высокую подвижность. Силовая схема машины рассмотрена
ранее.Машина МТК-5502 с потребляемой мощностью 40 кВ • А,
/ = 50 кА, емкостью 5000 ... 19600 мкФ, напряжением на кон¬
денсаторах 250 950 В, = 1 ... 19 кН, /н =900 мм, Ин =
= 170 ... 30 мм, ходом электрода 300 мм рассчитана на сварку
деталей из мягких сплавов алюминия и медных сплавов 5 =
= 03 2 мм, высокопрочных сплавов алюминия, титановых189
сплавов, низкоуглеродистой стали 6=03 5 мм и коррози-
онно-стойких сталей 6=03 1,2 мм.Конструкция машины аналогична машине МТК-5002.
Конденсаторы и аппаратура управления на интегральных микро¬
схемах в виде сменных блоков смонтированы в отдельных
шкафах. Аппаратура управления, изменяя программу Рс
и Ucf управляет зарядом и разрядом конденсаторов, измеряет
амплитуду i2.Машина МТК-8004-У4 с /н = 40 кА, Рн = 50 кН, /н =
= 1500 мм, hH = 450 мм рассчитана на сварку деталей из кор-
розионно-стойких сталей 6 = 03 2 мм и алюминиевых спла¬
вов 6 =0,5 ... 23 мм при п =30 сварок/ч.§ 44. Клещи и пистолетыКрупные детали сваривают на машинах с клещами, имею¬
щими отдельный или встроенный трансформатор.Машина МТП-805-У4 с /н = 8 кА, вторичным током2	кА, Рн = 23 кН и /н = 205 мм с пневматическим приводом
клещей рассчитана на сварку низкоуглеродистой стали 6 =
= 0,7 13 мм. На балансире, позволяющем легко маневри¬
ровать клещами, с другого конца подвешен трансформатор.
Шкаф управления выполнен на элементах ’’Логика”Машина МТП-1203-У4 с/н = 123 к А, вторичным током
5,6 кА рассчитана на сварку прутков и листовой низкоуглеро¬
дистой стали 6 = 0,5 4 мм. Вылет клещей прямолинейного
хода 150 мм, а радиального хода 300 мм. Машина имеет гидрав¬
лический привод. Ранее также рассмотрены более перспектив¬
ные машины типа МТПВ-807 и 1207 с клещами и унифициро¬
ванные пневматические пистолеты, используемые в многоэлек¬
тродных машинах. Встроенный трансформатор клещей упро¬
щает токоподвод и снижает расход электроэнергии. Клещи
создаются с учетом размеров и формы деталей при радиаль¬
ном и прямолинейном ходе электрода.Трансформатор 8 мощностью 90 кВ А (рис. 121) (ПВ =
= 8%) и максимальным питающим напряжением 72 В изменяет
U20 от 3,2 до 6,6 В. Два его последовательно соединенных вто¬
ричных витка охлаждаются водой. К концам магнитопровода
прикреплены передний 12 и задний 4 корпуса. Пневмодиафраг-
менный тандем 1 развивает/^ до 7500 Н. Шток пневмопривода
через рычаг 2, тяги 5, вилку 5 и резьбовую втулку 6 перемеща¬
ет шток 9, с пружиной 10у опирающейся на вкладыш 11. Бла¬
годаря прямолинейно-радиальному ходу рабочая зона электро¬
дов находится за пределами клещей. Прямолинейное переме¬
щение штока 9 передается Подвижному, установленному на190
изолированной оси 21 электрододержателю 15, который ох¬
ватывает эл ектро до держатель 18 с электродом 77 и повора¬
чивается относительно него. Ток подводится шинами 19 и 20.
Рабочий ход до 30 мм без изменения давления регулируется
втулкой 6, которая стопорится гайкой 7. Электрододёржа-
тель 15 с электродом 16 для возврата в исходное положение
при обратном ходе связан штоком 9, штифтом 13 и пружиной 14.Для односторонней сварки листовых конструкций тол¬
щиной от 1,2 3,5 мм применяют пистолеты со встроенным
трансформатором. Электроды качаются на опоре, равномерно
прижимаясь к детали с одной стороны.В настоящее время создана серия клещей с различными
технологическими возможностями. Разрабатываются клещи с
аппаратурой, размещенной на трансформаторе. В массовом
и крупносерийном производстве эти машины повсеместно
заменяются автоматизированными машинами или роботами.§ 45. Специальные машины и роботыСпециализированные машины обеспечивают комплексную
механизацию сварочных и вспомогательных операций, кото¬
рая существенно снижает трудозатраты, повышает культуру
производства и освобождает человека от тяжелого монотон¬
ного труда. Сварочные комплексы встраиваются в автоматизи¬
рованные поточные и поточно-механизированные линии, в
которых, например, собирают и сваривают кузов, кабины,
топливные баки, глушители и другие детали автомобиля.Сварочные комплексы бывают многоэлектродными, двух-
и одноэлектродными со специальными поворотными столами,
Устройствами для подачи и механизмами вращения деталей,191
а также одно- и многоэлектродными быстроперестраивающими-
ся с системами программного перемещения электродов или
деталей с электродами, а также многотрансформаторными с
групповым включением нескольких малогабаритных трансфор¬
маторов с первичной стороны.Обычно много трансформаторные машины имеют форму
пресса, в котором трансформаторы и электродная часть рас¬
полагаются на верхней траверсе, а на нижней, подвижной тра¬
версе или столе монтируется кондуктор для сборки и сварки.и 8 при сварке высоких
изделий. Количество пис-
Рис. 122. Многоточечная машина Толетов может изменять-м™'20	ся от 4 до 144. Машинауправляется с пульта или
по командам из непрерывно работающей линии. Система уп¬
равления на элементах ’\Погика-Т” надёжно защищена от помех.
В машине обеспечено регулирование длительности сжатия,
сварки, проковки и паузы, а также фазное регулирование тока
тремя тиристорными прерывателями, включающими унифици¬
рованные трансформаторы. Пневмогидравлические преобра¬
зователи повышают давление масла до 450 ... 1000 МПа.Машины с поворотными столами применяют при совме¬
щении операций сборки и сварки, в такого рода машинах ис¬
пользуют различного рода питатели.Машина для сварки днища туристского автоприцепа # с
поперечными балками снабжена 128 электродами и в течение
100 с обеспечивает сварку 256 точек. Токоподвод осуществля¬
ется от 11 малогабаритных трансформаторов ТК-32 мощностью
по 160 кВ А к трем группам электродов в три этапа; управ¬
ление - от электронного блока, собранною на элементах ’’Ло¬
гика” Созданы также автоматизированные линии по точечной
сварке грузовых вагонов и других изделий. В линиях исполь-
192Ряд многоточечных
машин создан из унифи¬
цированных узлов. Так,
машина МТМ-20 с гидрав¬
лическим приводом име¬
ет станину 1 (рис. 122)
с верхней и нижней бал¬
ками 2 и 3, на которых
смонтированы трансфор¬
маторы 5 и сварочные
пистолеты 4. Гидроцилин¬
дры 6 разворачивают бал¬
ки относительно осей 7
зуют унифицированные элементы сварочных машин и межопе-
рационного транспорта (например, штанговый транспортер),
а также приборы активного управления качеством и диагнос¬
тического контроля за состоянием сварочного оборудования.Рис. 123. Автомат для сварки
деталей кабины трактораРис. 124. Структурная схема
роботаНа станине многоэлектродной машины (рис. 123) для то¬
чечной сварки деталей кабины трактора, которая входит в
состав поточно-механизированной линии сборки - сварки,
установлен блок пистолетов1, закрепленных на жесткой плите,
перемещаемой в двух взаимно перпендикулярных направлени¬
ях. Усилие сжатия воспринимается опорной балкой, располо¬
женной сверху станины. После укладки деталей на контр элек¬
троды стола они прижимаются верхними электродами, вклю¬
чается ток, сваривается 8 точек, электроды отжимаются, плита
перемещается на шаг и свариваются следующие точки. Затем
начинается поперечное перемещение стола и сварка точек в
обратной последовательности.Создание одноцелевых автоматов с автоматическим уп¬
равлением сварочными и вспомогательными операциями и их
внедрение трудоемко, стоимость их высока, а переналадка
на новую деталь сложна или невозможна. В серийном и осо¬
бенно в мелкосерийном производстве такие автоматы часто
нерентабельны. Поэтому их заменяют автоматами с обратной
связью - роботами, - программирующими движение
рабочего инструмента и параметры режима. Сменой программ
робот быстро перестраивается на сварку новой детали. Прос¬
тейшая схема робота имеет информационнную 7, у прав ля ю-1937 Зак II38
щую и исполнительную 4 системы (рис. 124). Информацияо	внешней среде (детали) от одного или нескольких рецепто¬
ров Р (датчиков) поступает в управляющий эффекторами Э
(рабочими органами) преобразователь 2 и в запоминающее
устройство 5. Каналы связи А, Б и В соединяют системы ро¬
бота, а изолятор 6 защищает его от внешней среды. Внешняя
среда разнообразна и безгранична. Поэтому ее связь с робо¬
том ограничивают близкой средой (например, деталью), на
которую воздействует рабочий орган.Робот совершенствуют оснащением чувствительными дат¬
чиками Р9 улучшением систем преобразования информации,
расширением объема памяти и улучшением конструкции рабо¬
чих органов.Для распознавания детали, в зависимости от ее формы и
положения используют лазер с фотодиодом, телевизор, так¬
тильные датчики др.В скором времени должны появиться ’’думающие” роботы,
способные принимать решение в условиях неопределенности
и изменчивости близкой внешней среды. Возможности роботов
расширяют мини- и микроЭВМ, а также неограниченная ем¬
кость запоминающих устройств. Развитие робототехники идет
в направлении создания агрегатированных систем типовых
функциональных узлов робота и адаптивных роботов. Наиме¬
нее разработанными узлами являются рабочие органы. Рабочим
органом обычно служат шарнирные (антропоморфные) системы
в виде руки с захватом для крепления инструмента или дета¬
ли. Захват может быть механическим, магнитным или пневма¬
тическим. Перспективен универсальный вакуумный захват в
форме кольцевой резиновой перчатки с шариками. При ее
соприкосновении с деталью она принимает форму детали, а
создаваемый в ней вакуум обеспечивает требуемое усилие
зажатия.Рабочий орган (механическая рука) перемещает сварочное
устройство (при точечной сварке — клещи) в заданную точку
пространства и ориентирует ее определенным образом. Орган
(обычно консольный) должен быть маневренен, грузоподъемен,
быстроходен и точен по рабочим позициям. В современных
промышленных роботах число степеней свободы изменяется
от 3 до 7, грузоподъемность от 2 до 6000 Н и более, скорость
от 0,5 до 3 м/с, точность позицирования от 0,5 до 3 мм. Число
точек позицирования может быть более 600.Рабочий орган может перемещаться в прямоугольных
(рис. 125, а) цилиндрических (рис. 125, 6) или полярных
(рис. 125, в) координатах. Информация от датчиков поставля¬
ется в сигналах. Дискретные сигналы получают специальными194
устройствами, которые встраиваются между датчиком и кана¬
лом связи. Выходной сигнал на рабочий орган поступает из
преобразователя и запоминающего устройства. Слабый сигнал
усиливается после канала связи.Роботы транспортируют и загружают детали в одну или
несколько сварочных машин, расположенных вокруг или в ряд.
Управляющие ЭВМ при этом по определенной программе обес¬
печивают доставку деталей со склада, установку их в машину,
съем и складирование (сварочный робот обычно только свари¬
вает детали, а транспортирует их второй робот).При сварке используют специальные сварочные роботы или
переделанные универсальные, которые оснащают сварочным
узлом (клещами), токоподводами, источниками нагрева и
дополнительными системами управления сваркой и синхрони¬
заторами. В более простых сварочных роботах токоподводы
встраиваются в рабочий орган, а источник нагрева и системы
управления совмещаются со сварочной головкой. В роботах
наряду с системами программирования, обучения, памяти
и контроля может встраиваться оснастка для фиксации и закреп¬
ления деталей, устройство для защиты рабочих органов при
сбоях программы и защитные приспособления, предупреждаю¬
щие вторжение оператора в зону действия механизмов робота.Внедрение робота связано со структурной перестройкой
рабочей позиции, созданием ограждений, блокировок и системы
обслуживания, а также с установкой устройств для транспор¬
тировки, позицир<эвания и закрепления деталей. В ряде слу¬
чаев робот снабжается ситуационной системой защиты при
нарушениях программ и неполадках в источнике тока, а также
периферийной оснасткой для подачи деталей и т.д. Для расши¬
рения рабочего пространства и увеличения степеней свободы
могут использоваться комбинации из двух или нескольких
роботов.В роботах для точечной сварки наиболее часто программиру¬
ется перемещение клещей по точкам с заданным расстоянием
между ними. Клещи при этом перемещаются скачкообразно
от одной позиции к другой с паузами для сварки, что требует
7*	195
точного изготовления, сборки и позиционирования деталей.
Снабжение роботов датчиками поиска начальной точки на детали
(сенсорами) повышает точность перемещения рабочего органа
по заданной программе с соблюдением заданного динамичес¬
кого режима и оптимального управления параметрами сварки.Промышленные роботы являются программируемыми меха¬
ническими устройствами, способными самостоятельно и авто¬
матически выполнять рабочие операции.Цифровая кодовая система управления и замкнутые следя¬
щие устройства привода с позиционными кодовыми датчиками,
а также задающий блок последовательного считывания, инфор¬
мации и движения робота с блоком внешних связей датчиков
обеспечивают требуемую точность перемещения. Запоминающее
устройство обычно выполняется на низкоскоростном магнит¬
ном барабане.Наиболее часто робот представляет укрепленный на непод¬
вижной или перемещающейся колонне многозвенный простран¬
ственный механизм с разомкнутой кинематической цепью
и несколькими степенями свободы. Кисть руки такого механиз¬
ма может иметь две или три вращательные степени свободы.
Колонна робота может иметь поступательные и вращательные
движения. Система прямоугольных координат (см. рис. 125)
достигается тремя поступательными движениями, цилиндри¬
ческая — двумя поступательными и одним вращательным, а
сферическая - одним поступательным и двумя вращательны¬
ми движениями.Цилиндрическая система охватывает большее рабочее про¬
странство, чем прямоугольная, а сферическая обеспечивает
компактность, повышенную жесткость и быстродействие.В целом ряде случаев достаточно три-четыре степени сво¬
боды, которые можно получить у роботов модульно-блочной
конструкции (рис. 126). Независимый по каждой системе
координат привод создает силовое воздействие на соответ¬
ствующий механизм, который перемещает рабочий орган в
соответствии с командным сигналом. Такой привод является
следящим по положению, обеспечивающим по входному сиг¬
налу поступательное или угловое перемещение. Привод харак¬
теризуется мощностью, скоростью и точностью отработки про¬
граммы. Чаще используют гидропривод, реализующий боль¬
шие мощности и обладающий быстроходностью и малым коли¬
чеством люфтов. В роботах используют шаговый гидроэлектро¬
привод и электрический тиристорный или высококомпактный
двигатель малоинерционный. Для вспомогательных кооординат
иногда используют пневмопривод.Рабочий орган в любую точку рабочей зоны перемещается196
Рис. 126. Модульно-блочная конструкция робота (середина) и
возможные ее комбинации (слева)по команде от преобразователя и запоминающего устройства.
Благодаря универсальности движения рабочего органа и прос¬
тоте смены программ робот не уступает по свой эффектив¬
ности специализированным автоматам, одновременно легко
перестраиваясь на сварку новой детали.197
Роботы с клещами используют при точечной сварке узлов
автомобиля (до 60 точек в минуту с точностью ± 1 мм) и дру¬
гих листовых конструкций. Они особенно эффективны при
непрерывной трехсменной работе. Примером может служить
робот ”Unimat-200”, сваривающий стороны кузова автомобиля
или нижний поддон автомобиля. Масса рабочей головки робота
19 кг, он имеет шесть степеней свободы, сваривает изделие
за 27 с без пропуска точек и с точностью ± 1,3 мм. Его програм¬
ма меняется сменой одной из 180 перфокарт.Рабочий орган робота перемещается в сферической сис¬
теме координат со втягиванием и вытягиванием ’’руки”, ее
наклоном в вертикальной плоскости и поворотом вокруг вер¬
тикальной оси. Клещи робота поворачиваются вокруг своей оси
и наклоняются автономно от гидросистемы, в которой дав¬
ление создается гидронасосом. Силовая часть робота имеет ав¬
томатическую защиту.Также созданы машины с программированием перемеще¬
ния не только электродов, но и деталей. Тележка 1 машины
(рис. 127) с установленным изделием 2, поднимается, переме¬
щается и двигается под сварочным устройством 3, которое
может смещаться по двум взаимно перпендикулярным направ¬
лениям, а электроды могут вращаться и покачиваться. Пере¬
мещение по вертикали является рабочим. Машина управляется
по жесткой, заранее рассчитанной числовой программе с по¬
мощью перфолент или перфокарт, позволяющих быстро изме¬
нять положение головки. Цепной транспортер перемещает
тележки. Сварочное устройство имеет поворачиваемые в плос¬
кости на 360° головки, трансформатор мощностью 100 кВ • А
(ПВ =50%),поворотный элемент и четыре двухподьемных сва¬
рочных цилиндра с электродами. Сварочные цилиндры соеди¬
нены попарно в узлы и повернуты друг к другу на 15°. При
желании одну группу можно приспособить для односторонней,
а другую для двусторонней сварки. По этому же принципу
создана серия машин с цифровым управлением для сварки
отдельных конструкций, причем в ряде случаев они совмещены
с гибочными и другими устройствами.Глава VIII. ТЕХНОЛОГИЯ ШОВНОЙ СВАРКИ§ 46. Разновидности шовной сваркиШовная и точечная сварки близки *по природе. При пере¬
крытии точек образуется прочноплотный шов, а без перекры-198
Рис. 128. Детали, сваренные швомrhв)ши^.г)£1^ 1_д)е)ж)з)Рис. 129. Некоторые приемы шовной сваркития — прочный шов или ряд точек. Шовной сваркой соединяют
различные изделия, в частности бензобаки, ведра, трубы, боч¬
ки (рис. 128), сильфоны и другие преимущественно листовые
детали.Шовная сварка может быть непрерывной с враще¬
нием роликов при непрерывном протекании тока после сжатия
деталей, прерывистой —с вращением роликов при
подаче тока отдельными импульсами и шаговой с перио-199
дической остановкой роликов после их поворота на опреде¬
ленный угол и подачей тока в моменты остановки.При шовной сварке используют такие же импульсы тока,
как и при точечной (см. рис. 99) .Непрерывную сварку переменным током из-за перегрева
контакта ’’ролик — деталь” применяют редко и главным об¬
разом на деталях из низкоуглеродистой стали 6 < 2 мм. При
этой толщине и повышенных /с и Рс скорость сварки vc достига¬
ет 1,8 3 м/мин. При частоте 50 Гц детали б = 0,2 мм мож¬
но сварить при vc = 5 м/мин. Трещины предупреждают суже¬
нием литой зоны до 36. Повышение частоты тока до
100 200 Гц, использование постоянного тока с наложением
периодических импульсов, расплавляющих металл в зоне кон¬
такта и другие приемы, предупрежающие перегрев деталей
и сильный износ электродов, выплески и поджоги, выпучи¬
вание и трещины, позволяют повысить на тонких деталях ис
до 7 ... 10 м/мин.Прерывистая сварка импульсами тока, достаточными для
образования расплава через определенные промежутки вре¬
мени, применяется чаще. С повышением частоты импульсов
зоны расплава сближаются и при определенной частоте пере¬
крывают друг друга.Герметичный шов, характеризуемый перекрытием зон
расплава, получают при определенной скорости vc, частоте
и токе в импульсе. Импульсное включение тока уменьшает
перегрев контактов ’’ролик - деталь” и устраняет многие харак¬
терные для непрерывной сварки дефекты.При шаговой сварке расплав образуется каждый раз при
новом контакте ’’ролик - деталь”; ролики и деталь перегре¬
ваются меньше, кристаллизация расплава под давлением из-за
теплоотвода в ролики ускоряется, повышаются допустимые
токи без перегрева поверхности и выплесков.Шовную сварку выполняют по отбортовке (рис. 129, а),
внахлестку (рис. 129, б) а также с использованием одного,
двух или четырех электродов при их размещении вдоль
(рис. 129, г) и поперек (рис. 129, д) токоподводов, а также
при перпендикулярном размещении электродов (рис. 129, в).
Парное размещение электродов может быть с одной
(рис. 129, е, ж, з) или двух сторон свариваемой детали.Иногда свариваемую деталь устанавливают на токоподво¬
дящую медную шину и перемещают под роликом или ролик
перемещают по детали. Ролик, движущийся по торцам узкой
отбортовки обеих деталей с подводом к ним второго полюса
источника, также позволяет получать герметичный шов между
деталями.200
§ 47. Формирование соединенияНачальные и конечные из-за большой площади контак¬
тов ’’ролик - деталь” (”р + д”) и ’’деталь - деталь” (”д + д”)
при шовной сварке ниже, чем при точечной, а /с и Рс несколько
выше. Жесткость режима при одинаковой литой зоне практи¬
чески не изменяет R^. Шов в отличие от точки формируется
при шунтировании тока ранее сваренным участком с вытес¬
нением нагретого металла в боковой зазор и в пространство
между деталями.По мере формирования расплаваR^ продолжает снижаться.
У деталей с 5! Ф сопротивление R^ повышается по срав¬
нению с двумя тонкими деталями 8i = д2 примерно пропор¬
ционально суммарному 5i + 62.Диаметр ядра с?я, шаг 5Т и величину нахлестки а (табл. 22)
выбирают в зависимости от 5. Минимальные d% и а у сталей
разной толщины увеличивают до 25%. Диаметр вмятины обыч¬
но больше, чем йя, у легких сплавов на 20 ... 40%, у низкоут-
леродистых и жаропрочных сплавов — на 10 30% и 10% со¬
ответственно.22. Конструктивные ал ем ен ты соединений, выполняемых
шовной сваркой (мм)Sj +§2Предельное
отклонение <?яа0,32,563,00,4... 0,63,573,50,7 ... 0,84,0+1,0105,00,9... 1,14,5126,01,2... 1,45,0136,51,5 ... 1,66,0147,01,8... 2,27,0157,52,5 ... 2,87,5+13189,03,08,02010,0Несмотря на шунтирование, прочноплотный шов сталей
и алюминиевых сплавов из-за высокого р соседней горячей
точки представляет собой ряд почти симметрично перекрыва¬
ющихся точек (рис. 130).При шаговой сварке деталей из алюминиевого сплава гер¬
метичным швом (tm = 0,5 мм) ток распределяется из-за мало¬
го R ( у хорошо зачищенных деталей) практически так же,201
Рис. 130. Схемы формирования
шва при сварке стали (в) и
алюминия (б, в)как в целой пластине двойной толщины. Размеры контактов
”р + д ”, а следовательно,/с при прочих равных условиях зави¬
сят от tm. Увеличение объема расплава, его ширины d и длины
А с уменьшением tm (рис. 130, б, в) при сварке алюминиевых
сплавов обусловлено уменьшением контакта ”р + д” (из-за
большего ’’выкатывания” из прежней вмятины) и повы¬
шением/^.Переменный ток из-за большой крутизы /с в каждом полу-
периоде усиливает тепловыделение на контакте ’’электрод —
деталь” (”э + д”), что сопровождается перегревом поверхнос¬
тей деталей и загрязнением роликов. Интенсивный теплоотвод
в электроды при перерывах /с, скачкообразное развитие рас¬
плава и различие моментов теплового расширения и образо¬
вания пластичного пояска металла повышают склонность к
выплеску.Плавное нарастание униполярного импульса тока снижает
его плотность в контактах ”э + д” в начале нагрева, что умень¬
шает Дэд, интенсифицирует нагрев в контакте ”д + д” и уве¬
личивает проплавление.Исследованиями последних лет 'выявлена возможность
сварки униполярными импульсами при непрерывном вращении
роликов. При равных с шаговой сваркой Гш, d и h в этом слу¬
чае Д.* практически одинаково. У деталей с 8 < 2 мм при vc >>	0 производительность заметно выше. Для уменьшения загряз¬
нений роликов Рс по сравнению с шаговой сваркой увеличи¬
вают на 20 ... 25%. При использовании униполярного импульса
для деталей из сплавов алюминия и высокопрочных сталей при5	= 0,8 мм, устойчивость против выплеска значительно выше,202
чем на переменном токе. Униполярные импульсы в ряде случа¬
ев позволяют на 8 ... 12% уменьшить ширину нахлестки.При шовной сварке с *ш = 0,5 мм внутренние дефекты
могут залечиваться вспрыскиванием расплава в сваренную
ранее точку.При шовной сварке у электропроводных и теплопровод¬
ных материалов Рс и длительность паузы tn так же, как при
точечной несколько выше.Скорость сварки ис, зависящую от tc и tn, выбирают с
учетом требуемого перекрытия точек. Режимы отрабатывают
на тщательно подготовленных листах при их установке между
хорошо охлаждаемыми и зачищенными электродами без пере¬
косов с соблюдением формы и размеров ядра.Разнородные или разнотолщинные детали сваривают так
же, как при точечной сварке.При шовной сварке деталей одинаковой толщины симмет¬
ричное ядро образуется при равных площадях контактирова¬
ния верхнего и нижнего электрода (ролика).У круглых деталей малого диаметра площадь контакти¬
рования наружного электрода меньше, чем у внутреннего,
и ядро из-за интенсивного охлаждения смещается в наружную
деталь. Уменьшение диаметра внутреннего электрода или умень¬
шение его толщины выравнивает нагрев. Чем жестче режим,
тем меньше смещается ядро в толстую деталь.При сварке металлов с разными свойствами на обычных
режимах расплав смещается в деталь с меньшей теплопровод¬
ностью. Если кольцевая деталь с меньшей теплопроводностью
находится над теплопроводной и детали свариваются одинако¬
выми электродами, то проплавление теплопроводной детали
будет несколько больше. Уменьшая диаметр верхнего электро¬
да, можно обеспечить равномерное проплавление. Если снару¬
жи имеется более теплопроводная деталь, то при одинаковых
электродах она вовсе не проплавляется.Тонкая кольцевая деталь снаружи проплавляется лучше.
Если ее поместить внутрь, то диаметр нижнего электрода сле¬
дует уменьшить. Менее теплопроводная, тонкая деталь снару¬
жи прогревается лучше, чем внутри. В толстой, более тепло¬
проводной, детали расплав при одинаковых электродах не
образуется, а при малом электроде внутри и большом снаружи
проплавление выравнивается. Трудности сварки кольцевых
швов растут с увеличением разности толщин деталей и умень¬
шением их диаметра.
§ 48. Подготовка к сварке и выбор режима сваркиДетали готовят так же, как для точечной сварки. При пло¬
хой очистке деталей ток шунтирования уменьшается и качество
шва ухудшается. Коробление деталей уменьшают прихваткой
по оси шва точками без глубоких вмятин с шагом 50 ... 100 мм.
Созданы приспособления для сборки, в которых пружины
убираются автоматически при подходе электрода (ролика).Очень плотная сборка усиливает шунтирование тока, а
сборка с большими зазорами ведет к набеганию металла и
нарушению герметичности соединения, в особенности на коль¬
цевых деталях. Кольцевые детали следует равномерно при¬
хватывать по периметру шва.Нахлестка а выбирается в зависимости от б. Нахлестка
при однорядном шве у низкоуглеродистой и нержавеющей
сталей примерно в 2 раза меньше нормального шага между точ¬
ками; для алюминиевых сплавов нахлестка больше газа на
3... 6 мм.Режимы выбирают по технологической карте, ориентиро¬
вочным данным (табл. 23) или номограммам (рис. 131) с
учетом оборудования, толщины б и свойств металла, а также
требований к качеству.Режим задается /с, />с, диаметром и профилем электрода,ис или ST. По номограм-
1С к А	2,5 2 U75 1,5	ме для скорости сваркиvc = 4 м/мин деталей тол¬
щиной 1 мм необходим ток
19 ... 20 кА и усилие сжатия
53 54 кН (см. рис. 131 —
пунктирная линия): Кривая
А ограничивает рабочую об¬
ласть сварки. При шаговой
рварке и сварке отдельными
точками указывают tc и
tQ. Усилие сжатия Рс растет
с увеличением б и прочности
металла, стойкости электро¬
дов и мощности, используе¬
мой при сварке.Ток при шовной сварке
на 15 ... 40% больше, чем
при точечной из-за шунтиро¬
вания, давление практически
такое же, a tc меньше,
чем при точечной сварке.Рис. 131. Номограмма для опре¬
деления усилия сжатия Рс, ско¬
рости сварки ис и тока /с в зави¬
симости от толщины 6 деталей
из низкоуглеродистой стали
23. Ориентировочные режимы шовной сварки деталей равной толщиныруппа Металлы
таллов8, ммЦикл
по рис.
105109 2А/ммVМПас с”с’м/мин1Ст1кп, Сг2сп1 + 1б8502200,06 0,060,853 + 362801500,26 0,300,45230ХГСА, 45,1 + 168503600,12 0,120,5040ХН2МА,3 + 36300190030 0,3403511Х11Н2В2МФЗа12Х18Н9Т,1 + 166303800,08 0,100,65ХН78Т,3 + 362102000,20 0340,3515Х18Н12С4ТЮ36ХН75НБТЮ,1 + 166206800,16 0,24035ХН70Ю, ВЖ85,3 + 362002800,40 0,680,20ВЖ120, ХН38ВТЗвХН70ВМТЮФ,1 + 166107000,18 0,24035ХН77ТЮР, ВЖ983 + 362003400,42 0,680,204ОТ4, ВТ6С, ВТ201 + 165002200,12 0,160,50ВТ53 + 36190140032 0,46озо5аАМгб1 + 1в35003500,12 0,280,253 + 3в9702100,24 0,5203556Д16Т, Д19Т,1 + 1в37003200,10 0300,25Д20Т,B95T3 + 3в12001900,22 0,640355вД16М, Д19М,1 + 1в36002500Д0 0,300,25Д20М, В95М,3 + 3в1100150030 0,660,35АМц, АМг6MAI, МА2, МА8,1 + 1в32002000,08 0,450,18МА2-13 + 3в9101000,16 0,860357JI62, БрБ21 + 1б22002100,10 0,300,303 + 3в9001400,22 0,60032Скорость сварки выбирают по tc и tn с учетом перекрытия
точек, хотя герметичная сварка возможна без перекрытия.Режим проверяют технологической пробой по записям
параметров или комплексом испытаний, предусмотренных
ТУ на деталь.Обычно критерием качества шва является герметичность.
Глубина вмятин не должна превышать 10% двойной толщины,
а перекрытие должно составлять Ю 20%. Внутренние де¬
фекты (непровар, выплески, трещины, раковины) и дефор¬
мации предупреждаются надлежащим выбором режимов свар¬
ки, формы и размеров электродов и соблюдением установлен¬
ной технологии.
Детали из сталей при отношении б = 1:3, а теплопроводных
материалов при отношении 1:2 свариваются с формированием
расплава в обеих деталях. Если это отношение больше, то необ¬
ходимы такие же меры, как при точечной сварке (см. § 35).Ориентировочные режимы сварки (см. табл. 23) рекомен¬
дуются для деталей с отношением 6i б2 не более 1:3 из ке-
упрочиенного одинакового материала или при благоприят¬
ном сочетании свойств разноименных материалов (сталь
Х18Н10Т + ЗОХГСА). Вместе с тем листы 6=2 + 6 мм из низ¬
коуглеродистой стали не всегда свариваются качественно,
хотя их точечная сварка вполне доброкачественна. Колебанияб	в диапазоне ± 10% обычно мало влияют на размеры и ка¬
чество соединений. Параметры режима выбирают по тонкой
детали.В режимах обычно указывается максимальный конечный
ток или его плотность.При мягких режимах (пониженных vc и £т) структура
благоприятнее, а деформации деталей и износ электродов боль¬
ше. На конце шва для устранения трещин ток за 5 7 перио¬
дов снижают. Индукционная или печная термообработка соеди¬
нений, сваренных на жестких режимах при повышенном на
15 ... 30%/с и на 15 ... 20% Рс обеспечивает достаточно пластич¬
ные соединения. Рационально совмещение сварки с электротер¬
мообработкой по циклу.Наружное водяное охлаждение при шовной сварке ряда
материалов недопустимо. Сварка с электротермообработкой
уменьшает деформацию изделия и обеспечивает при высокой
прочности весьма высокую пластичность шва.При шовной сварке возможно легирование шва введением
между деталями вставки, размеры которой при заданном
d и h определяются требуемой концентрацией легирующего
элемента. При легировании стали СтЗ молибденом с Тш =
= 2620° С доля участия вставки не превышает 10%, а более
легкоплавким металлом может повышаться до 80%. Повы¬
шение в СтЗ Мо до 1,5% повышает ав с 400 до 700 МПа, а
легирование точки повышает разрушающуюся нагрузку с 8,4
до 9,6 кН.Параметры режима сварки деталей ответственного назна¬
чения можно ориентировочно определять так же, как при то¬
чечной сварке, по относительным параметрам (табл. 24) .Так,
например, при известных параметрах режима точечной сварки
деталей из стали 12Х18Н9Т толщиной б, принятых за единицу
и скорости vc = (0,6 + 0,7) /б м/мин, можно определить ориен¬
тировочные параметры сварки других групп материалов тол¬
щиной б. При разработке режимов следует учитывать, что ’’пер-
206
24. Относительные параметры режима шовной сваркиГруппаМатериалПараметры7сtс'с”с112Х18Н9Т130,51,312Сталь 201,90,71,20,9330ХГСА21U0,84ХН77ТЮР1,4U1,60,55От4-11,40,80,80,96Л-6250,60,80,87аД16Т6,50,610,476АМГ7,50,450,90,5вая” точка формируется без шунтирования и имеет большие
размеры, чем следующие точки. Для предупреждения
внутреннего выплеска ток первых двух-трех точек уменьшают
на 10 15%. Аппаратура управления современных машин
предусматривает такое снижение тока. Режим сварки в боль¬
шей мере связан с материалом, размерами и охлаждением
роликов.Для легированных сталей и сплавов 1 ... 5-й групп (см.
табл. 24) ролики изготовляют из бронзы НБТ, а для 6 8-й
групп из БрКд. Рабочая поверхность роликов сферическая с
R3 = (50 75)5 мм. Шовную сварку незакаливающихся ма¬
териалов осуществляют с наружным охлаждением роликов
в зоне шва. Низколегированные и другие закаливающиеся
материалы, а также магниевые сплавы сваривают без наруж¬
ного охлаждения.Скорость сварки vc лимитируется мощностью машины,
формой импульса тока, свойствами материала и условиями
кристаллизации.Высокопроизводительные режимы шовной сварки дета¬
лей из низкоуглеродистой стали 6 = 0,8 ... 2 мм на машинах
переменного тока выбирают с учетом особенностей кристалли¬
зации расплава. Длина контакта при неподвижном ролике
пропорциональна Рс. При 1С максимальном и других оптималь¬
ных параметрах длина ядра практически не зависит от vc. С
уменьшением vc и, как следствие, /с длина ядра из-за боль¬
шего шунтирования уменьшается. При чрезмерных токах от¬
мечается перегрев и пережог, а при малых — непровар; шаг
ST между точками увеличивается с увеличением tc и tn.207
Увеличение vc связано с
уменьшением tc и ростом
предельная величина которого
ограничена выплеском.Ширина литой зоны dm уве¬
личивается с ростом /с и умень¬шаетсяповышением"fcKA (рис. 132). При высоких ско-
■ ростях ориентировочно при свар-
3600 4400 5Z 00 6000 Р, Н ке алюминиевых сплавов dm/5 == 6, *P/dm =1300 МПа.Рис. 132. Ширина литой зоны	длительностьа,п в зависимости от свароч-	^	г	г .ного усилия Рс и тока /с паУЗ *п зависят от 8, ис, /с, fc-С учетом этих положений раз¬
работаны режимы высокопроизводительной сварки (табл. 25).25. Режимы непрерывной (Н) и импульсной (И) шовной сварки
ниэкоутлероднстой стали (при контроле герметичности каждой детали)5, ммСварка0,81,25Рс, кН34,51>ш, м/минн2,53,7537,81*52,5/,кА8,5101114101Wtc, пер.321144*п, пер.И2111431>ш, м/мин132,63,751,01.7/,кА1214141713,015,5Продолжение табл.6, ммСварка1,252,0Р ,кНс4,561>ш, м/минн3,75,26,00,751,52,0/, кА13,516,5181619,021,0ПеР-2116211*п, пер.И2116111иш, м/мин2,53,54,00,75U2,02,2/, кА1921231521,52326208
Свинцовые, цинковые и оловянистые покрытия стали
налипают на электроды. Так, при шовной сварке оцинкован¬
ных деталей с одним приводным роликом до ’’загрязнения”
электродов удается сварить 5 10 м. Очищают электроды при¬
водными шарошками, что увеличивает длину свариваемого
шва до 100 150 м без образования в нем пористости, подга-
ров или непровара. Наиболее эффективна сварка с введением
между роликом и деталью фольги из хромистой стали шириной
4 мм и толщиной 0,35 при сварке деталей 5 =0,6 ... 2 мм. Утолще¬
ние в шве не превышает 0,2 мм (зону сварки охлаждают жидко¬
стью, исключающей коррозию частей машины) . Также исполь¬
зуют медную проволоку сечением до 2,5 мм2, протягиваемую
через углубление в ролике. Скорость сварки у деталей 5 =
= 1 + 1 мм на машине мощностью 75 кВ А (ПВ = 50%) достига¬
ет 6 м/мин. Проволока может формоваться в треугольное
сечение; такой проволокой сваривают оцинкованные топлив¬
ные баки.Профилирующие ролики (шарошки), прижимаемые к
электроду-ролику с Рс = 10 15 кН (независимо от их диа¬
метра) и очищающие его от продуктов взаимодействия, также
повышают стойкость электродов. Ширина рабочей части элек¬
трода или соответствующего углубления в нем не превышают1.5	2 мм вместо обычной 5 6 мм. В этом случае повыша¬
ются требования по точности установки деталей.Шов обычно выполняют за один проход. Замкнутые или
прерванные швы перекрывают 5 8 точками при большем на
15 20% токе, а места пересечения продольных и поперечных
швов иногда дополнительно скашивают.Короткие детали сваривают непрерывно, а длинные (для
уменьшения деформации) — от их середины к краям. Величина
деформации при шовной сварке в несколько раз больше, чем
при точечной. Обкатка шва роликами вхолостую почти пол¬
ностью устраняет сварочные напряжения.В герметично-прочных швах 5Т у сталей обычно близок
к 2 2,55, а у алюминиевых сплавов к 35. Он увеличивается
с увеличением vc и tc и уменьшается с уменьшением tu. Дли¬
тельность tc обычно кратна периоду переменного тока (0,02 с).
Ориентировочные режимы (см. табл. 23, 25) корректируют
в зависимости от вида оборудования и требований к сое¬
динению.Короткие обечайки с 5 = 0,2 ... 0,3 мм сваривают при токе1.5	7,8 кА и давлении 500 700 МПа. Для нержавеющей
стали при 6 =0,8 мм требуется ток 10 кА пРс =6 кН.Жесть сваривают постоянным током с наложением на него
импульсов переменного или постоянного тока. Также сваривают209
током с прямоугольными импульсами частотой 1000 1600 Гц.
Постоянная составляющая тока 3 ... 4 к А с амплитудным зна¬
чением прямоугольного импульса 1 кА. При постоянном токе
наблюдаются прожоги.Пористые (32 ... 48%) материалы с р = 180 ... 45 Ом • мм/см
и ав = 10 130 МПа в целях предупреждения сквозных попе¬
речных трещин сваривают с образованием непрерывной литой
структуры. Для стали 12Х18Н9 и 12X171115 толщиной6	=0,7 мм необходимы^ = 16 кА,гс =0,02 с, tn =0,02 с,РС =
= 3 кН, vc =3 м/мин, ширина ролика - 4 мм, а для стали толщи¬
ной 5=2 мм, /с = 20 кА, tc = 0,06 с, Гп =0,04 с,Рс =6,8 кН, ис =
= 1,2 м/мин и ширина ролика 5 мм. Максимальная vc при б =
= 0,2 мм достигает 3,4 5 м/мин, а при 5=2 мм - не
более 1 ,9 м/мин. Но сравнению со сплошным металлом ис в 3
раза больше, прочность ав шва в 8 10 раз выше, чем пористого
металла.При сварке очень тонких (5 <0,5 мм) деталей с толстыми
(5 > 5 мм) деталями из обычной стали шов получается пре¬
рывистым и смещается в сторону тонкой детали с выходом
на наружную поверхность и выплеском. Поэтому сильфоны,
мембранные узлы датчиков давления и другие изделия из сталей
0Х18Н10Т, 36НХТЮ и композитных материалов типа тантал +
+ медь + сталь 42НХТЮ сваривают также с образованием не¬
прерывной (сплошной) зоны расплава при глубине проплав¬
ления каждой из деталей 20 60% от 5 более тонкой детали.
Хорошие результаты при сварке сталей 36НХТЮ и ЭН578 в
состаренном состоянии получены на машинах постоянного
тока с /с = 6 кА, длительности его нарастания 0,01 0,06 с
пределами фазового регулирования 40 100%, tc= 0,02 0,18 с
и tn =0,01 ... 0,18 с.Размеры и положение ядра изменяются однополярными
импульсами разной длительности. При сварке стали 36НХТЮ
толщиной 5 = 0,2 + 2 мм с увеличением tc от 0,01 до 0,06 с
проплавлением тонкой детали изменяется от 80 до 10%, а тол¬
стой — от 5 до 100%. Модуляция применяется для первой точки,
в последующих используется устройство регулирования нарас¬
тания тока импульса. Постоянный ток позволяет в более широ¬
ких пределах регулировать положение и размеры ядра и умень¬
шить количество дефектов. Для деталей с большой разницей
толщин (сильфонов) создан специальный дозатор энергии
сложной формы при стабильной частоте следования импульсов
и количестве энергии, накапливаемой в батарее конденсаторов.
При обычной шовной сварке таких деталей плотность тока
у электрода со стороны ранее сваренного участка шва
в 1J5 4 раза выше, чем в центральной зоне. Различие умень-210
шается при малой длине контакта ’’ролик - деталь”, равной
36 тонкой детали. При значительной деформации тонкой де¬
тали длина контакта в момент включения тока приблизитель¬
но равна шагу свапки (точнее — приращению длины шва за
цикл).Минимальная толщина деталей при конденсаторной шов¬
ной сварке близка к 0,05 мм (при точечной 0,01 мм) .Контрольные вопросы1.	Назовите разновидности шовной сварки и области их применения.2.	Назовите основные параметры режима шовной сварки и расска¬
жите об их влиянии на качество швов.3.	В чем состоят особенности сварки кольцевых деталей, деталей
разной толщины?Глава IX. МАШИНЫ ДЛЯ ШОВНОЙ СВАРКИ§ 49. Электродные головки и электроды-роликиШовная машина в отличие от точечной имеет ролики 6
и 8, электродные головки 4 и 7 с подвижными электрическими
контактами и привод вращения роликов-электродов 14 с кар¬
данным валом 15 (рис. 133). Машина имеет станину 1 с сило¬
выми консолями 5 и 9, трансформатор 11 (или другой преоб¬
разователь энергии), переключатель ступеней 12, токоподво-
ды2и5 привод сжатия 10, контактор 13 и различную электри¬
ческую, пневматическую и другую аппаратуру управления,
размещаемую в отдельном шкафу или непосредственно на
машине.В шовных машинах большие токи к электродам переда¬
ются через трущиеся в токопроводящей смазке электропро¬
водные материалы, контактирующие с валом или электродами.Подвижные контакты передают одновременно /с и Рс или
разгружены от Рс. В первом случае ролик 1 (рис. 134, а) с
валом 2 вращается во втулке 3, которая закреплена в корпусе
4, соединенном с токоподводом. Подвижный контакт смазы¬
вается графитовой смазкой на касторовом масле через спе¬
циальную масленку. Нагрев головки уменьшают водой, пода¬
ваемой через отверстие в вале и корпусе. По мере износа тру¬
щихся поверхностей в такой головке повышается электричес¬
кое сопротивление. В головке с разгруженным от Рс контакте
этот износ уменьшается. При продольной сварке ток передает¬
ся через втулку, контактирующую с валом ролика.211
Рис. 133. Шовная машинаРис. 134. Электродные головки
машин малой (а) и средней
(б) мощностиТоковедущая шина контактирует с основанием 9 головки
(рис. 134, б). Контактные колодки 7 прижаты пружинами 8
к выступу основания 9 и к валу 6. Продукты износа и смазки
удаляются прижимом 5. Полость заполнена касторовым маслом.
Такая система компенсирует износ вала и колодок, умень¬
шает абразивный износ и не требует графитрвой смазки. Плот¬
ности тока в контактах достигают 0,6 А/мм2 Для передачи
тока также применяют контактные щетки, герметизирован¬
ный контакт из ртути или низкотемпературных жидких ме¬
таллов.Дисковые электроды шовных машин могут иметь симмет¬
ричные (рис. 135, а, в) и несимметричные (рис. 135,#) скосы,
к которым примыкают сферическая или цилиндрическая по¬
верхность. Для низкоуглеродистой стали б < 2 мм применяют
электроды с цилиндрической поверхностью (рис. 135, г, д).
Электродами со сферической поверхностью сваривают легиро¬
ванные стали и специальные сплавы средней и большой тол¬
щины, медные и алюминиевые сплавы, сплавы титана и т.д.,
а также углеродистую сталь б > 2 мм. Труднодоступные места
сваривают узкими электродами со сферой без боковых скосов.Ширина поверхности контакта Ъ выбирается в зависимости
от материала и толщины деталей. Она на 1 ... 2 мм больше диа¬
метра ядрас/я.212
Толщина В обычно равна 2Ь. Поверхность у электродов
нагревается до высокой температуры (700 1000° С). Элек¬
троды охлаждаются водой, подаваемой по трубкам снаружи
или внутрь электродов (рис. 135, г, ё). Электрод 1 (рис. 135, ё)
при этом закрепляется на валу 2 шпильками с гайками. Вода
по трубке 3 поступает в полость 4 диска и по радиальным ка¬
налам 6 омывает его вблизи от рабочей поверхности, а по кана¬
лам 7 подается в полость вала. Течь предупреждается резино¬
выми уплотнениями 5. Электроды из молибдена, вольфрама
надо охлаждать воздухом или сжиженными газами (С02, 02,
Не, Аг). Образующаяся при этом ледяная кор^а удаляется скреб¬
ками. Деформацию рабочей части электрода иногда уменьшают
боковыми пластинами из немагнитного высокоомного материа¬
ла (инканеля) или вольфрама.В полых деталях применяют электроды-вставки, гладкие
оправки или цанги.Материал роликов выбирают по табл. 21, учитывая, что
с повышением электротеплопроводности деталей материал
роликов должен быть также более электротеплопроводным.
При сварке материалов с малыми р необходимы ролики из
сплавов с высокой электротеплопроводностью.Рис. 135. Электроды шовных машин213
§ 50. Привод сжатия и вращения роликовПривод сжатия имеет обычно однопоршневой пневмоци¬
линдр, верхняя полость которого соединена с рабочим воздухо¬
сборником, а нижняя через электропневматический клапан —
с сетевым воздухосборником большего давления. При вклю¬
чении клапана поршень со штоком поднимается, несколько
сжимая воздух в рабочем воздухосборнике, а при выключении
воздух через дроссель и клапан выходит из нижней полости и
электрод сжимает детали с заданным усилием. Иногда приме¬
няют диафрагменный привод.В шовных машинах приводным может быть верхний или
нижний электроды, а также оба одновременно. Если нижний
электрод, установленный вдоль токоподвода (продольная
сварка), является ведущим (рис. 136), то он вращается через14Рис. 136. Электродное устройство с ведущим электродом для
продольной сварки:1 - корпус, 2 - токоведущий вал с роликом, 3 - ниппель
водяного охлаждения, 4, 8 - щека, 5 - вал, 6, 9 - коническое
зубчатое колесо, 7 — цилиндрическое зубчатое колесо, 10 —
карданный вал, 11 — шайба, 12 — сальник, 13 - стопорное
кольцо, .14 - токоведущая втулка214
размещенные в одном корпусе конические и цилиндрические
зубчатые колеса, которые передают движение с карданного
вала на взаимно перпендикулярную ось. Электроды в маши¬
нах могут вращаться непрерывно или прерывисто.В приводе непрерывного вращения используют обычно
редукторы со сменными шестернями и карданный вал, приво¬
димые электродвигателем. Вал соединяется с нижней консолью
непосредственно, а с верхней через конические шестерни. Ско¬
рость регулируют бесступенчатым вариатором скоростей,
двигателем постоянного тока или муфтой скольжения (машина
МШ-2001). Электрод 1 (рис. 137) вращается асинхронным дви¬
гателем 11 через электроуправляемую муфту скольжения 10,
редуктор 9, карданный вал 8 и конические 7, 6,5,4 и цилиндри¬
ческие 3,2 шестерни. Также возможна передача вращения на
электроды от гидродвигателей через гидроусилители.В приводе с прерывистым (шаговым) перемещением ис¬
пользуют пневматические шаговые устройства и магнитные
муфты. В первом при срабатывании одного из клапанов ЭПК
воздух подается в верхнюю полость пневмоцилиндра 7
(рис. 138) и поршень б, опускаясь и вытесняя воздух из ниж¬
ней полости, воздействует на храповой механизм 5, собачка
которого поворачивает храповое колесо 3 и через редуктор2	верхний приводной электрод 1. При подаче воздуха в ниж¬
нюю полость вторая собачка поворачивает колесо еще на один
шаг. Шаг в диапазоне 2 40 мм регулируется гайкой 4, изме¬
няющей величину хода поршня. При частом стравливании воз¬
духа головка из-за поступательного движения поршня вибри¬
рует. Это устранено в приводе с электромагнитной муфтой,
в котором вал (рис. 139) с электромагнитом 2 непрерывно
вращается от двигателя постоянного тока 1. При включении
электромагнита 4 упругий ферромагнитный диск 3, неподвиж¬
но укрепленный на ведомом валу, притягивается к диску и
передает вращение электроду б, а при выключении электромаг¬
нита 4 и включении редуктора 5 тррмозится. Длительность
хода и остановок электродов регулируют электромагнитами.В приводе обоих электродов от одного асинхронного дви¬
гателя с червячным редуктором и сменными шестернями две
пары конических шестерен на одном валу через два параллель¬
ных коленчатых вала вращают стальные шарошки с накатан¬
ной поверхностью, которые плотно прижимаются к рабочей
поверхности электродов. Равенство скоростей достигается
при равных диаметрах шарошек.Вал двигателя 1 (рис. 140) также может соединяться с
электромагнитной муфтой 2, обеспечивающей до 250 вклю¬
чений в минуту. Далее движение передается через червячный215
Рис. 137. Привод непрерывного
вращения электрода машины
МШ-2001 (а) и схема передачи
движения от двигателя к кар¬
данному валу (б)Рис. 138. Пневмопривод шаго¬
вого вращения электрода:1 - электрод, 2 - редуктор,
3 - храповое колесо, 4 - гайка,
5 — храповой механизм, б —
поршень, 7— пневмопилинцр
Рис. 139. Электромагнитная
муфта привода шагового пе¬
ремещенияРис. 140. Кинематическая схема привода электродов, использу¬
емая в головке для продольной и поперечной сваркиредуктор Зу цилиндрические 4 и конические 5 шестерни к рас¬
пределительной коробке 6. Валы коробки могут быть соединены
карданным валом 7 с верхней или нижней электродной голов¬
кой. При поперечной сварке
вал 7 соединяют с валом 8
обеих головок. При продоль¬
ной сварке головки поверты¬
ваются на 90° и вращение
валу передается конической
шестерней 9. Шаг между точ¬
ками зависит от скорости вра¬
щения, длительности включе¬
ния муфты и размера электро¬
да. При поперечной сварке
вращение передается шестер-Ней 1°'	ГВ приводе обоих электро- Г—Дов используют дифференциал. ^ 'Созданы также универсальные
приводы, позволяющие в зави¬
симости от вида изделия при¬
водить верхний или нижний
электроды. Для широкого диа¬
пазона регулирования скорос¬
тей (0,8 8 м/мин) исполь¬
зуют двигатели постоянного тока, управляемые тиристорными
блоками.217Рис. 141. Сильфонный привод
При сварке очень тонких деталей используется сильфонный
привод (рис. 141), состоящий из двух сильфонных камер 2 и4	одинакового диаметра, помещенных в собранный на плат¬
форме корпус 1. Шток 5, закрепленный между сильфонами,
соединен с электродным устройством 8. Воздух давлением
Pi и Р2 подается в сильфоны через клапаны К1 и К2. При вклю¬
ченном К2 ролик поднят. При включении К1 и подаче в силь-
фон 4 воздуха давлением Рх > Р2 ролик опускается, сжимая
детали. Предварительное сжатие сильфонов исключает влия¬
ние их упругости на Рс. Сварка возможна с противодавлением
или со сбросом Р2 при включении Рг. Привод малоинерционен,
не требует манжет, компенсирует влияние подвижных масс и
обеспечивает стабильность, в особенности при 80 200 Н.
Привод укреплен на суппорте 5, которым устанавливают вин¬
тами 6 и 7 требуемое положение ролика по вертикали и го¬
ризонтали.§51. Машины переменного токаМашина МШ-2001-УХЛЧ с /н = 16 кА, /д = 10 кА, Рн =
= 5 кН, /н = 500 мм, vc =0,8 4,5 м/мин рассчитана на попереч¬
ную шовную сварку деталей из низкоуглеродистой стали 6 =
=0,5 1,5 мм.Машины MIH-2001-IV4 (рис. 142) и 3201-УЧ с /н =
= 20 и 32 кА, /д = 14 и 22 кА, Рн = 7,8 и 12 кН, /н =800 мм,
vc =0,4 4,8 и 0,35 4,5 м/мин соответственно рассчитаны
на продольную и поперечную сварку деталей из низкоуглеро¬
дистых сталей 6 = 0,5 1,8 и 0,8 2,5 мм. На первой также
сваривают детали из нержавеющей стали 6 =0,5 1,5 мм. В
машинах унифицированы станины, направляющее устройство,
нижнее электродное устройство для поперечной сварки, блоки
управления и др.В машине МШ-320ЬУ4 на корпусе закреплена нижняя
консоль с электродной головкой (для продольной сварки).
Ток от трансформатора, размещенного в корпусе, подводится
по жестким токоподводам с гибкой перемычкой. Пневматичес¬
кий привод от цилиндра с двумя поршнями перемещает ролик
вертикально по направляющему устройству. Вращение сооб¬
щается верхнему ролику от двигателя через карданный вал и
систему шестеренок (см. рис. 137). Машины в новом исполне¬
нии снабжаются тиристорным контактором и блоком управления
на интегральных схемах.Машина MUI-3204-IV4 с /н = 32 кА, Рн = 12,5 кН, /н =
= 400 мм, vc =0,5 4,5 м/мин с приводом на верхний и нижний
ролики рассчитана на шовную сварку прочноплотным швом218
по отбортовке масляных баков
тракторов и других аналогич¬
ных деталей из низкоуглеро¬
дистой стали без покрытий.Машина изготовляется с верти¬
кальным или наклонным по¬
ложением роликов. Она имеет
прерыватели на интегральных
схемах с тиристорным контак¬
тором и разгруженные от Рс
скользящие контакты в свароч¬
ном контуре.Помимо универсальных ма¬
шин МШ-2001, МШ-3201 и
МШ-3204 создан ряд машин на
/н = 32 кА с приводом на верх¬
ний и нижний ролики, новой
системой скользящих контак¬
тов и аппаратом управления
на интегральных схемах.Машины МШ-32-02
и 32-03 с WH = 270 кВ А,/н = 29 кА, Рн =12,5 кН, vc == 0,4 5 м/мин, /н = 900 и
830 мм рассчитаны соответ¬
ственно на поперечную и про¬
дольную шовную сварку бо¬
чек, тары и различных емкостей из низкоуглеродистой стали5	= 0,8 ... 3 мм, при их диаметре соответственно 150 ... 520 мм и
320 750 мм и высотой над отбортовкой до 750 мм.Скользящие контакты разгружены от Рс подшипниками
качения, а токоподвод к ним осуществлен шестью ’’плавающи¬
ми” контактными головками, поджатыми к валу и токопод-
воду пружинами. Направляющее устройство со втулками из
антифрикционной бронзы предупреждает смещение и прогиб
ползуна и обеспечивает фиксацию от поворота. Все зубчатые
передачи сосредоточены в закрытом трех ступенчатом редукто¬
ре и смазываются из масляной ванны (см. рис. 134). Преры¬
ватель с тиристорным контактором КТ-03 имеет блок регулиро¬
вания, обеспечивающий как прерывистую, так и непрерывную
сварку (ПВ = 100%). Воздушный автомат встроен в машину.
Широкий интервал регулирования /с (4 29 кА) достигается
переключением двух блоков первичных обмоток с параллель¬
ной работы на последовательную, Рс регулируется от 1,4 до12,5	кН переключением пневмосхемы от подачи рабочего дав-219Рис. 142. Шовная машина
МШ-2001:1,2- электроды, 3 — привод
электродов, 4 - механизм сжа¬
тия, 5 - шкаф управления
ления сверху и снизу поршня, на подачу рабочего давления
сверху и соединение нижней камеры под лоршнем с атмос¬
ферой (см. рис. 112).Приводной нижний заменяемый электрод, выдвинутый
с электродным валом из корпуса электродного устройства
на 25 мм, позволяет сваривать детали малого диаметра, а удли¬
ненная часть нижнего хобота машин МШ-32-03 — обечайки с про¬
дольным швом большой длины. Верхний ролик выступает за
переднюю плоскость направляющих, что позволяет сваривать
емкости с выступающими частями.§ 52. Машины с выпрямлением токаВ машинах МШВ выпрямление тока осуществляется в
сварочной цепи по трех- или шестифазной схеме (см. § 9) .Машина МШВ-1601-УЧ (рис. 143) с /н = 16 кА, /д =
= 11,2 кА, Рн = 2 20 кН, /н = 1500 мм и vc =02 8 м/мин
при широком регулировании Рс, vc и /с применяется для свар¬
ки крупногабаритных деталей из коррозионно-стойких сталей
толщиной 0,4 1,8 мм и алюминиевых сплавов 6 = 0,5 1,2 мм,220Рис. 143. Машина МШВ-1601-УЧ
а также для сварки крупногабаритных деталей из других леги¬
рованных сталей, жаропрочных и титановых сплавов 6 =
= 03 1 мм. Шаги регулируются от 0 до 200 мм, а их коли¬
чество в минуту от 10 до 250. Машина сваривает герметичным
швом при непрерывном или прерывистом вращении, а также
точками с заданным шагом. Вращение верхнего или нижнего
электрода позволяет иметь приводным электрод со стороны
более толстой детали или в кольцевых деталях сделать привод¬
ным для уменьшения проскальзывания внутренний электрод.Машина управляется педалями или с пульта. В приводе
роликов применен двигатель постоянного тока, управляемый
от тиристорного блока. Выходной вал двигателя соединен с
быстродействующей электромагнитной муфтой. От муфты
вращение передается через червячный редуктор, цилиндри¬
ческие и конические шестерни на распределительную коробку.
Выходные валы коробки карданным валом могут быть соеди¬
нены с верхней или нижней электродной головками. При про¬
дольной сварке головки поворачиваются на 90° после присое¬
динения приводных валов. При постоянном включении муфты
(см. рис. 139) ролики вращаются непрерывно. Дополнительный
ход верхнего электрода осуществляется электродвигателем.Машина МШВ-6301-2УЧ с /н = 63 кА, /д = 36 кА, Рн =
= 1 34,5 кН, /н = 1200 мм, vc =0,28 м/мин рассчитана на про¬
дольную и поперечную шовную сварку деталей из алюминиевых
сплавов 5 = 0,5 3 мм при непрерывном и шаговом перемеще¬
нии с тремя диапазонами скоростей (ОД 1; 0,56 2,82 и1,6	8 м/мин или от 10 до 250 шагов в минуту при длине
шага 1 100 мм) за счет смёны шестерен редуктора. Скорость
в каждом диапазоне регулируется плавно в пределах 1 5.
Машина комплектуется электрододержателями для точечной
сварки.Машина МШВ-8001-УХЛЧ с WH =650 кВ • А,/н =80 кА,
/д = 32 кА, Рс = 2 32 кН, /н = 1500 мм, hH = 600 мм рассчи¬
тана на сварку деталей из низкоуглеродистой стали 5 =
= 1,5 6 мм и алюминиевых сплавов 6 = 0,5 3 мм, титано¬
вых сплавов и коррозионно-стойких сталей 5 = 0,5 6 мм.
Рабочий и дополнительный ходы роликов 20 и 200 мм, число
шагов 10 200 в минуту, шаг 1 10 мм. Наименьший внутрен¬
ний диаметр обечайки при длине 1000 мм — 360 мм, а при
длине 1500 мм — 900 мм. Однодиафрагменный привод сжатия
с раздельным регулированием воздуха в верхней и нижней
камерах позволяет получать диапазон регулирования давления1	16. Дополнительный ход от электродвигателя; поворот
верхней головки на 90° с заменой нижнец головки позволяет
получать как продольную, так и поперечную сварку.221
Верхний электрод перемещается пневматическим шаговым
устройством, установленным на верхней консоли машины и
преобразующим поступательное движение штока пневмоцилин¬
дра во вращательное, которое передается карданным валом и
парой шестерен верхнему электроду. Машина управляется от
подвесного пульта и шкафа ШУ-278-1, обеспечивающего дис¬
кретный отчет длительностей цикла с частотой сети и стаби¬
лизацию тока.Машина МШВ-120,01 с WH = 955 кВ А, /н = 120 кА,
Рн = 6 50 кН, /н = 1320 мм, Лн = 250 мм, 25 150 шагов
в минуту, длиной шага 2 10 мм рассчитана на сварку дета¬
лей из высокопрочных алюминиевых сплавов 5=1 6 мм,
неупрочненных алюминиевых сплавов 5 = 1,5 6 мм и магни¬
евых сплавов 5=1 8 мм. Машина предназначена для попереч¬
ной сварки. Силовая электрическая часть выполнена из двух
трехфазных однополупериодных выпрямителей, работающих
параллельно на контур. В последующих мощных машинах
будет применено шестифазное выпрямление на мощных венти¬
лях (см. § 9). Каждый выпрямитель состоит из трехфазного
трансформатора и блока таблеточных вентилей. Ток регулирует¬
ся переключением числа первичных обмоток трансформатора
и плавным изменением угла включения силовых тиристоров.Машина имеет двухдиафрагменный пневмопривод
(см. рис. 116) с дополнительным ходом от электродвигателя.
Скользящие контакты разгружены от Рс подшипниками каче¬
ния. Шаговое перемещение обеспечено пневматическим механиз¬
мом (см. рис. 138). Нижний неприводной ролик вращается
свободно. Цикл из четырех интервалов времени, регулируемых
независимо с частотой питающей сети, достаточно стабилен.
Управление построено на элементах ’’Логика” В связи со зна¬
чительной индуктивностью контура, ток нарастает плавно
до своего установившегося значения за 0,14 0,16 с. Из-за
крутопадающей характеристики ток дри сварке алюминиевых
сплавов ниже на 5 7% тока короткого замыкания.§ 53. Конденсаторные машиныМашины шовные конденсаторные используют обычно
для сварки тонких деталей двумя импульсами разной величины
и длительности.Машина МШК-1603 с WH = 11 кВ • А, /н = 11 кА, час¬
тотой сварочных импульсов 2 ... 25, емкостью батарей 1300 мкФ,
Рн = 1J5 кН, вылетом 2000 мм, горизонтальным ходом верхней
консоли 100 мм, поперечным ходом стола в обе стороны от
среднего положения 200 мм, vc = 0,1». 1,5 мм/с рассчитана на222
прямолинейную прочноплотную шовную поперечную сварку
деталей из никеля и нержавеющей стали б = О Д ... 0,3 мм. Плос¬
кие детали размещаются на столе, перемещаемом вертикаль¬
но, вдоль и поперек. На столе можно установить сменное ниж¬
нее электродное устройство.В корпусе машины размещены верхнее и нижнее электрод¬
ное устройство, привод сжатия, механизмы продольного пере¬
мещения и вращения роликов, пневматическое устройство
сжатия и система охлаждения. Электрическое устройство раз¬
мещено в шкафу СУ-23 и корпусе. Деталь зажимается между
роликом и нижней плитой электрического устройства. Вал
верхнего электродного устройства установлен в радиальных
подшипниках и имеет токоподвод с разгруженным скользящим
контактом ”Серебро-БРХ”, погруженным в масляную ванну.Токоподвод осуществляется через шток, в клиновой конец
которого упираются колодки, скользящие по токоведущим
планкам. Колодки закреплены на плите и заполнены маслом.
Возможно также размещение ролика между штоком направляю¬
щего устройства и штоком поршня пневмопривода. Ролики
нижнего электродного устройства и плита перемещаются от
тиристорного электропривода ЭТО-1-4, верхний ролик — не¬
приводной. Благодаря двум импульсам в машине возможен
подогрев или термообработка. Ток /с изменяется от 1 до 16 к А,
предварительный /с — от 1 до 8 кА. Длительность изменяется
от 0,5 до 6 мс, длительность между импульсами 1,5 7 мс.
Машина укомплектована измерителем тока ИТ-0,5 с цифровой
индикацией.Машина МШК-1602 с теми же характеристиками, что
и МШК-1603, но с WH = 15 кВ А, емкостью батарей 1800 мкФ
и Рн = 1,25 кН предназначена для шовной сварки сильфонных
и мембранных компенсаторов и других деталей малой и не¬
равной толщины от 50 мкм до 0,4 мм. Машина обеспечивает
двухступенчатый импульс тока, модуляцию трех первых им¬
пульсов при нарастании /с от 50 до 100% номинальной ампли¬
туды, переключение полярности импульса тока и работу в
наладочном и автоматическом режимах. Привод усилия сжа¬
тия пневматический сильфонный (см. рис. 141). Привод верх¬
него и нижнего ролика непрерывный принудительный, возмож¬
но отключение одного из них.Машина для сварки через медную проволоку (рис. 144)
жестяной тары, покрытой оловом, цинком и др., имеет специаль¬
ный подающий механизм для проволоки, механизмы ее натя¬
жения, а также устройства волочения или прокатки проволоки.Клещами сваривают крупные нетранспортабельные детали
или делают прихватки. Они имеют обычно радиальный ход и223
Рис. 144. Схема машины для
шовной сварки через медную
проволоку:1,	9 электроды, 2 - верх¬
няя консоль, 3, 7 - механиз¬
мы натяжения, 4, 6 ба¬
рабаны для разматывания и
сматывания проволоки, 5 -
привод сжатия, <5 - ниж¬
няя консольРис. 145. Приспособления для
шовной сварки:7, - электроды, 3 - оп¬
равка, 4 - деталь, 5 пово¬
ротное устройство, 6
тележка
пневматический или пневмогидравлический привод механизма
сжатия и механический привод электродов.Патрубки приваривают свободно вращающимся на гори¬
зонтальной оси электродом 1 (рис. 145, а), который, повора¬
чиваясь вместе с оправкой 3 вокруг вертикальной оси, прива¬
ривает деталь 4. Сваривают также при вращении детали 4 между
электродами 7 и 2 (рис. 145, б) . В некоторых случаях электрод
совершает и более сложные движения (рис. 145, в). Также
возможно принудительное (рис. 145, г) перемещение деталей
около вращающихся электродов. Так, собранный точечной
сваркой или в кондукторе бензобак 4 автомобиля после за¬
крепления на тележке 6 сваривается электродами 1, 2 поджим¬
ных устройств. Положение бензобака по высоте регулируется
устройством 5, связанным с плитой.При сварке применяются поворотные устройства и парал¬
лельное перемещение электродов, причем расстояние между
электродами регулируется автоматически. При параллельных
швах детали перемещаются поступательно, а на закруглениях
поворачиваются около оси.Иногда для сложных деталей изготовляются машины со
специальной оснасткой для сборки.Контрольные вопросы1.	В чем заключаются особенности шовных машин переменного
и выпрямленного тока?2.	Расскажите о конструкции токоподводов машин малой и боль¬
шой мощности.Глава X. ШОВНО-СТЫКОВАЯ СВАРКА§ 54. Разновидности шовно-стыковой сварки и подготовка
к сваркеШовно-стыковую сварку применяют при изготовлении
глушителей, кабин, крыльев автомобиля, холодильников,
обечаек, бидонов, фланцев, вентиляционных труб, приборов
и других изделий из низкоуглеродистой и ряда легированных
сталей.Шовно-стыковая сварка осуществляется по скосам, полу¬
ченным фрезерованием, холодной или горячей деформацией
наложенных листов (рис. 146, а), а также без скосов по на¬
кладкам (рис. 146, б), по засыпаемому между торцами метал-2258 За к. 1138
лическому порошку, отбор-
товке (рис. 146, в) или
накладываемым на торцы
проволокам различной фор¬
мы (рис. 146, г).Сварка по фрезерован¬
ным скосам затруднена не¬
совпадением свариваемых по¬
верхностей, а сварка с запол¬
нением зазора порошком -
износом электродов и распы¬
лением порошка под дейст¬
вием магнитных потоков.Для шовно-стыковой
сварки важно точное направ¬
ление электрода по стыку,
параллельность соединяемых
поверхностей и надежное
закрепление листов в зажи¬
мах. Для точного совпаде¬
ния кромок концы полос
обрезаются непосредственно в
сварочной машине встроенны¬
ми ножницами. При закла¬
дывании проволок возможна сварка горячекатаных листов
без их зачистки, хотя электрод 4 (см. рис. 146, г), контакти¬
рующий с окислами одной из поверхностей, приходится регу¬
лярно зачищать от налипающей окалины резцом 5.§ 55. Формирование соединения и его свойстваФорма и структура металла ядра при сварке с накладками
и обычной шовной сварке близки. При накладках с двух сторон
листы соединяются по всей толщине, а при одной накладке
возможен непровар. Прочность соединений и пластичность
при двух накладках такие же, как и у исходного металла, а
при одной прочность на 20 30%, а пластичность на
50... 60% ниже.Соединения листов с покрытиями не нарушают их корро¬
зионной стойкости и деформируются так же, как листы без
покрытий. Накладки, вдавливаясь в деталь, дают в стыке не¬
большое превышение (0,1 ... 0,2 мм). Коррозионную стой¬
кость соединений низкоуглеродистой стали повышают приме¬
нением накладок из нержавеющей хромистой или хромонике¬
левой стали.226Рис. 146. Разновидности шовно¬
стыковой сварки:1,4 - электроды, 2 - проволока,
3 - детали, 5 - резцы
Наиболее сильно плоскость соединения деформируется
при горячем раздавливании кромок. Утолщение у низкоугле¬
родистых сталей составляет 5 ... 10%, а у высокопрочных оно
может увеличиться до 10 25%. Обкатка роликами после
нагрева устраняет или уменьшает это различие в толщине. Проч¬
ность соединений такая же или выше, чем у основою металла,
а пластичность при надлежащем режиме сварки даже у леги¬
рованных стилей близка к пластичности исходного металла.§ 56. Сварка с накладкамиНакладки локализуют нагрев и деформацию кромок, стаби¬
лизируют качество по длине, обеспечивают высокие скорости
и повышают стойкость электродов. Торцы полос собирают с
зазором менее 0,3 мм. Сваривают листы, покрытые цинком,
оловом, алюминием, из низкоуглеродистой и аустенитных
сталей 8 = 0,5 ... 5 мм. Допустимое различие толщин не более
3. Ширина накладок обычно близка к 4 мм, а рабочей части
электродов 6 мм. Более широкие накладки затрудняют кон¬
центрацию нагрева в стыке, а более узкие усиливают дефор¬
мацию соединения.Толщина накладок 8Н = (0,15 ... 0,3) 8. Для листов из низ¬
коуглеродистых сталей 6 = 0,5 2; 1,5 ... 3 и 3 ... 5 мм, 8 =
= 0,20 ... 0,35 и 0,5 мм. При более тонких 6Н усиливаются поте¬
ри теплоты в электроды, а при более толстых — затрудняется
формирование соединений. Легированные стали сваривают
с накладками из такого же материала, чаще из стали 1Х18Н10Т.
У оцинкованных листов эту сталь не применяют из-за появле¬
ния трещин в соединении.Из-за быстрого охлаждения увеличение содержания угле¬
рода от 0,04 до 0,08 и 0,25% повышает твердость от 150 до
280 и 390 HV. Зона влияния близка к 20 мм. При неправиль¬
но выбранном режиме возможны горячие трещины в средней
части листа параллельно его поверхности.Шовно-стыковую сварку с накладками осуществляют
при больших импульсных /с (табл. 26). Обычно Рс = 2 ... 3 кН.
С повышением Рс проплавление ядра уменьшается и накладка
плохо приваривается, а при уменьшении — плавятся участки
контакта и возможен выплеск.Чрезмерные vc препятствуют кристаллизации ядра под
давлением. Интенсивное охлаждение электродов и стыка позво¬
ляет повысить ис до 7 м/мин. Электроды из сплава Бр07Х
диаметром 160 ... 220 мм и толщиной 16 мм при ширине рабо¬
чей поверхности 6 мм имеют с одной или с обеих сторон скосы
на угол 30°. Чем меньше диаметр, тем выше концентрация тока
26. Ориентировочные режимы шовно-стыковой сварки листовиз низноутлеродистой и низколегированной сталсйВид сварки5, ммVММ .а,ММ^с’кН7с’кАt ,
с’
пер.*п’пер;ис’м/минРаздавли¬0,5 + 0,5-1,02 Л10213,0ванием1,0+ 1,0-1,52,7514212,01,25 + 1,25-2,03,015211,51,5 + 1,5•2,53,251332132,0 + 2,0-3,03,514321,2С наклад¬0,60,2-2*512113,0ками0,750,3-2,51311231,00,3-2,514212,01,250,3-2,515321,81,50,4-231432132,00*4-2,515321,32,50,4-2,514421,0и нагрева, однако при этом длина ядра мала и, несмотря на
уменьшение теплоотвода ис, ограничена.Мелкозернистую структуру получают при подаче эмульсии
на сваренный участок.При сварке с накладками приводными обычно делаются
оба электрода. Вместо накладок начинают применять засыпа¬
емый железный порошок. Полосы 5 = 1 ... 3 мм с зазором1,5	23 мм сваривают на режимах с накладками, но с за¬
сыпкой порошком сваривают при 2,5 ... 33 м/мин.При закладке в зазор проволок треугольной или круглой
(см. рис. 146, г) формы возможно легирование металла шва.
Иногда легирующую вставку закладывают под накладку.§ 57. Сварка с раздавливанием кромокРазрушающая нагрузка Pp2i3 у соединений из стали 08кп
толщиной 5=1 мм, сваренных с раздавливанием кромок на
неизменном режиме при увеличивающейся нахлестке а в начале
повышается, а затем снижается (рис. 147, а), хотя Р^3 стыка
непрерывно растет. Для /с =18 кА, tc = 0,06 с и Рс = 4F кН, оп¬
тимальная а = 1,5 мм, т. е. а — (1 1,5)5. Нагрузка Рр при
а = 3 мм (а =35) повышается с увеличением /с и Рс. С повы¬
шением /с при неизменных остальных параметрах наиболь¬
шая прочность (рис. 147, б) соответствует /с = 18 кА. Если
ток больше, то подплавляется поверхность и расширяется зона
термического влияния.228
rpmp60004000г| РраэрXNРраэр!Н7 ООО50003000Рис. 147. Зависимость разрушаю¬
щей нагрузки />раз и превыше¬
ния от величины нахлестки а
(а) и Р от сварочного тока
(б - кривая 1) и усилия сжа¬
тия Рс (б - кривая 2)Рис. 148. Схема сварки с пред-
0,2 варительным холодным раздав¬
ливанием (а, б, в, г)с 0,6а) I~1Гу~7Г_2_б)б)у
ТJSL~ТГVКачество соединений и их поверхность во многом зависят
от равномерности нахлестки. Наиболее легко с горячим раздав¬
ливанием соединяют стали, содержащие не более 0,2% С, аус-
тенитные и ферритные стали. Скорости сварки при этом доста¬
точно высоки. Прочность нагартованных сталей снижается не
более чем на 10%. Однако после нагартовки или термообработ¬
ки она может быть значительно повышена. Для закаливающих¬
ся сталей применяется термообработка при увеличенной уста¬
новочной длине непосредственно нагревом электродами. При
односторонней сварке лент б = 0,4; 0,8 и 1,2 мм двумя элек¬
тродами с раздавливанием кромок на опорной плите с форми¬
рующей подкладкой нахлестка Д = 1,5; 1,5 и 2 мм, Рс =
= 5,5 6,0; 6,5 7,0 и 9,0 ... 9,5 кН, а /с = 20 ... 22; 23 ... 24
и 24 ... 25 к А соответственно. Ориентировочно для 5=2 мм,
Рс = 10 кН и /с = 27 кА, а для б = 2,5 мм,Рс = 10,5 кН и /с =
= 28 кА. Тепловой режим регулируется изменением tn и фазы
напряжения.Сварка с раздавливанием кромок обычно используется
для полос толщиной до 1,5 мм. Более толстые полосы пред¬
варительно обжимают роликами вхолодную (рис. 148, а, б).
Затем кромки смещают (рис. 148, в) и далее сваривают проч¬
ноплотным швом (рис. 148, г). Такой процесс пригоден для
сварки полос шириной 500 мм и более. Небольшой непровар
(не более 0,1 мм) с каждой стороны допускает прокатку соеди¬
нений до обжатий 60 70%. Процесс перспективен для сталей,229
склонных к росту зерна, так как пластическая деформация при
сварке уменьшает неблагоприятное влияние перегрева.В машине с установочным ножом и .перемещаемыми точно
вдоль электродов тележками при подаче проволоки через
правильное устройство из кассеты возможна полная автомати¬
зация сварки обечаек. Прочноплотные соединения обечаек из
листов толщиной 1,5 и 2 мм получают при /с = 17 ... 20 кА,
усилии сжатия 5 и 6 кН, tc = 0,06 с, tn = 0,04 и vc = 2 м/мин.
Ширина контактной поверхности электродов близка к 10 мм.§ 58. Машины для шовно-стыковой сваркиМашины имеют установочные тележки для закрепления
лент, ножницы для обрезки их концов, сварочный узел с транс¬
форматором и электродами, аппаратуру управления и другие
устройства.Для шовной сварки с накладками полос б =0,3 1,5 мм
из низкоуглеродистой и трансформаторной стали создана оте¬
чественная машина мощностью 200 кВ Ас ходом верхнего
ролика 60 мм и скоростью сварки 1 10 м/мин. На нижней
и верхней балке у портала станины размещены две электрод¬
ные головки с пневмоприводом, устройство для подачи на¬
кладок, скользящие токосъемники и два трансформатора
TK-40IV4 с WH = 100 кВ • А. Головки перемещаются двигателем
постоянного тока ПТЗР. Блоки привода и цикла сварки, а
также тиристорный контактор размещены в шкафу управления.
Питание от параллельно соединенных трансформаторов к? роли¬
кам осуществлено через скользящие контакты вторичной цепи.
Суммарный ток при перемещении роликов вдоль стыка практи¬
чески не меняется. Среднее сопротивление контакта близко к
23 мкОм (при графитокасторовой смазке), без смазки оно
повышается на 15 ... 20%. Изменение усилия поджатая контак¬
тов от 400 до 1500 Н практически не меняют этого сопротив¬
ления. Сварка возможна при подаче накладок с обеих сторон
или при ее подаче снизу с засыпкой сверху железного порошка.Сферические детали сваривают на достаточно жестких
шовных машинах, снабженных приспособлениями и устрой¬
ствами для подачи накладок. Детали иногда закрепляют маг¬
нитными плитами. Для предупреждения расхождения кромок
при сварке полос б > 2 мм накладкй прихватывают. Возврат
головок обычно осуществляется ускоренно.Машины с раздавливанием кромок имеют жесткую раму1	(рис. 149J с направляющими качения, которая перемещается
поперек полосы. На раме размещены ножницы 2 для обрезки230
3Рис. 149. Схема машины для сварки с холодным раздавливаниемкромокконцов полос б > 2 мм при установке, обжимные ролики 3
для холодной деформации наложенных друг на друга концов
полос (см. рис. 148) и ролики 4, осуществляющие сварку за¬
крепленных полос. Рама перемещается двигателем постоянно¬
го тока 5 с тиристорным управления и дополнительным тормо¬
зом б. Полосы с б < 2 мм обрезаются дисковыми ножницами.
Дисковые ножи обрезают в одном направлении, а сварка идет
в обратном направлении. Сварочный трансформатор установлен
сбоку на раме, /с регулируется тиристорами, управляемыми
регуляторами цикла сварки. Маслосборник, насосы, фильтры,
клапаны аккумулятора и другая гидроаппаратура установлены
рядом с машиной. Имеются машины с пневмоприводами.Контрольные вопросы1.	Назовите разновидности шовно-стыковой сварки и области при¬
менения их.2.	Перечислите основные параметры режима сварки с раздав лив ани1*
ем кромок и накладками.
Глава XI. ТЕХНОЛОГИЯ РЕЛЬЕФНОЙ СВАРКИ§ 59. Разновидности рельефной сваркиРельефная сварка осуществляется по одному или несколь¬
ким рельефам (выступам). Рельефы иногда заменяют тонкими
кольцевыми вставками. Рельефная сварка производительна,
удобна для автоматизации и экономически выгодна в массовом
и крупносерийном производстве. С ее помощью можно соеди¬
нять несколько деталей в 20 и более точках одновременно
с меньшим шагом и расстоянием от кромок, чем при точечной
сварке. Рельефы способствуют разрушению окисной пленки и
концентрируют нагрев, позволяя сваривать детали с большим
отношением толщины (1:6 и более).Рис. 150. Детали, сваренные рельефной сваркой232
rFHhо)e)Dnr+TniJ«)Ж)J)ч&=Sf)TUJM)ШJ ГcМ/	o)	n)Рис. 151. Разновидности рельефов6,1.0-1.31,4-t.O1.8-2tSD3,03,3Vh0,91ft1,1ГVfft1,0ЪV1.6а3,5WРис. 152. Рельеф Международного института
сварки с размерами инструмента для полос
толщиной б
Рельефной сваркой чаще всего выполняют нахлесточные,
Т-образные, стыковые и крестообразные соединения и, в част¬
ности, сетки и арматуру железобетона, гайки, штуцера, винты
и др. (рис. 150).Внахлестку по рельефам соединяют преимущественно
листы, вкрест — стержни, а при Т-образной сварке к листам
торцами приваривают стержни, детали крепежа, втулки, за¬
глушки и др.Сваривают по одному (рис. 151, б, л, о) или несколькими
(рис. 151, а, д, ё) штампованным (рис. 151,6, в, г), высажен¬
ным (рис. 151, п, ж) или закладываемым (рис. 151, з) релье¬
фам, а также по естественным рельефам при соединении вкрест
(рис. 151, л) и по острой кольцевой кромке при Т-образной
сварке (рис. 151, а, д, к) или по специально подготовленной
сфере (рис. 151, о) > конусу (рис. 151, м), конусу с притуплен¬
ной вершиной (рис. 151, л), по кольцевой конической
(рис. 151, и) или с притупленным* конусом поверхности
(рис. 151, и), а также по рельефам с несколькими круглыми
прямоугольными, треугольными или другими поверхностями
(рис. 151, л).При выборе рельефа учитывают его формы и размеры,
пластичность материала, конструкцию детали, мощность ма¬
шины. Для низкоуглеродистых листовых деталей применяют
рельеф МИС (рис. 152), а для алюминиевых - конусообразные-
рельефы с высотой конуса для полос 6 = 1 и 1,5 мм — 1,4 и1,5	мм, углом при вершине 120 и 100°, диаметре на поверх¬
ности 5 и 4,5 мм (~ 2 ... 36). Алюминиевые сплавы сваривают
и по рельефам без углубления, формируемым при контактном
нагреве в электродах с выемкой. В большинстве случаев рель¬
ефы делают прессованием, а иногда высадкой. На листах тоньше
0,6 0,7 мм целесообразны продолговатые и кольцевые рель¬
ефы (рис. 151, в, г). Их высота и диаметр для листов
S = 0,3 ... 0,45 мм близки к 0,4 и 1,8 мм. Промежуточные встав¬
ки закладывают при невозможности изготовления рельефов
(например, на толстых деталях).
§ 60. Формирование соединения и его прочностьФормирование соединения зависит от формы рельефа;
электрод при этом не оказывает существенного влияния. Раз¬
личие с точечной сваркой в формировании соединения обуслов¬
лено более высоким начальным RK, зависящим от размеров и
формы рельефа, его предварительной до включения тока де¬
формации и принятой технологии сварки.Рельефная сварка может завершаться кристаллизацией
расплава или соединением без расплавления, а также при од¬
новременном расплавлении части соединения. Более стабиль¬
ные результаты получают при расплавлении, при этом иногда
применяют проковку. Детали по острой кромке обычно соеди¬
няют без расплавления.Качество соединения зависит от /с, tQ и Рс. С повышением
Рс рельеф сильнее сминается по высоте h (рис. 153), площадь
его контакта увеличивается и нагрев стабилизируется. Опти¬
мальное уменьшение k при 6=1 2 мм близко к 80%, а диа¬
метр контакта 6 8 мм. После такой деформации сопротив¬
ление RK стабильно и ток распределяется по рельефу равно¬
мерно.При деформации на 0,6 0,7 А контакт диаметром с/1
(рис. 154, а) при нагреве увеличивается до d2 с образованием
пояска, препятствующего пластическому течению. При ма¬
лом tc и окисленности поверхности расплавляемая площадь
ограничена диаметром d% и d2. Чем меньше размеры рельефа,
тем раньше прекращается рост пояска. С увеличением tc пло¬
щадь соединения увеличивается внутри и снаружи пояска.
Касание деталей вне рельефа предупреждают увеличением раз¬
мера и числа рельефов. Интенсивность нагрева зависит
от RK/(2R3). По мере снижения RK в начале нагрева влияние
горячего металла рельефа на концентрацию тепловыделения
усиливается. Сварка с расплавлением требует оптимальной
энергии, зависящей от /с, Uc и tc. При малой энергии потери
теплоты не восполняются, и ядро не образуется, а при боль¬
шой — возможен выплеск.На полосах толщиной 2 мм при длительном нагреве
(рис. 154, б) после двух периодов переменного тока рельеф
МИС расплавляется по наружному кольцу контакта и начина¬
ет деформироваться в сторону углубления. Обратная дефор¬
мация завершается к 14-му периоду. Расплав в центре рельефа
появляется в 9-м периоде, объединяясь в дальнейшем с коль¬
цевым расплавом. При токах порядка 15 к А формирование
ядра завершается к 24-му периоду. С увеличением тока ядро
формируется быстрее.235
*-/^Ч1000Рис. 153. Деформация рельефа
МИС в % при разных усилиях
Рс в зависимости от толщины
полос3000 5000 7000 PCtH2S8911oj	SJРис. 154. Схемы формирования соединения при деформации
рельефа на 0,6 б (а) и на 0,85 б (б)Окончательный диаметр ядра, а также шаг между релье¬
фами и нахлестку а выбирают в зависимости от толщины де¬
тали (табл. 27). Синхронные записи тока и перемещения элек¬
тродов указывают на то, что перемещение на участке ABC до
нагрева (рис. 155, а) растет почти линейно с усилием Рс> а при
нагреве (участок CDE) вначале рост замедляется, а затем из-за
увеличения объема расплава расстояние между плитами умень¬
шается (участок D - Е). После выключения тока рельеф сжи¬
мается (участок Е - F) усилием Рс. Деформация на участке
Е - F зависит от ат, р и 5 материала деталей, а подъем на участ¬
ке DE — от соотношения усилия сжатия и усилия, создавае¬
мого расплавом.Начальное нарастание тока при его модулировании
(рис. 155, б) сглаживает пик D, устраняет начальный выплеск,
способствуя обжатию расплава.236
27. Конструктивные элементы соединений (мм), выполняемых
рельефной сваркой (расстояние от кромки до оси рельефа равно 0*5д)6* -62dно минПредельноеотклонение^номина*т0,31,5+0,53,050,4 ... 0,62,54,07оViо003,0+1,05,590,9 ... 1,14,07,0101,2... 1,45,08,0121,5 ... 1,66,010,0151,8... 2,27,0+1,512,0182,5 ... 2,88,014,0233,0... 3,29,017,0ii3,5 ... 3,810,0+2,020,0304,011,022,0344,512,024,0385,013,0+2,026,0425,514,028,0466,015,030,050Жесткий режим ускоряет сжатие рельефа (участок CD), уве¬
личивает объем расплава и уменьшает расстояние между элек¬
тродами (участок DE). На мягком режиме оба процесса замед¬а)	ЮРис. 155. Перемещение плиты при деформации рельефа (верх¬
няя кривая во время сварки с постоянной (д) и нарастающей
(б) амплитудой тока237
ляются. Прочность соединений без расплавления зависит от
площади сварки. Касание деталей меняет режим сварки. Рель¬
еф должен сминаться не ранее расширения объема расплава
на величину, предупреждающую касание. Касание деталей пре¬
дупреждают, сохраняя отношение h/D =0,2 ... 0,3.Диаметр литого ядра ds соединений обычно выбирают
по толщине 8 йя = 452 73, причем для 5 = 1,5 ... 2 мм исходя
из максимальной прочности dK можно уменьшить, а у одно¬
рельефных - увеличить.При предварительной деформации на (0,5 0,6) Л греет¬
ся малая площадь контакта, которая растет за счет интенсивно
нагретого металла и ядра.Совместная работа рельефных соединений возможна, если
df[ = (2,5 ... зД)б. Смещение расплава предупреждается при
*Sp = +	При смещении, большем 0,5 d%y соединениянекачественны. С уменьшением 5р усиливается теплоотвод
к соседним рельефам и /с снижают.Расплавление стабилизирует свойства соединений. В твер¬
дом состоянии сваривают чистые поверхности, предупреждая
их окисление при нагреве.С увеличением 5 от 2 до 4 и 6 мм df[ увеличивается от 7
до И и 15 мм, а прочность на Р^ - с 15 до 43 и 65 кН соот¬
ветственно.Пластичность соединений во многом зависит от состава
стали. Так, увеличение легирующих элементов (углерода с 0,08
до 0,2%) снижает прочность на отрыв и повышает прочность
на срез. Их отношение уменьшается с 48 до 15% у пластин с
8 = 1,6 мм и с 78 до 28% у пластин с 8 =3,2 мм. Пластичность
повышают термообработкой.§ 61. Подготовка деталей к сваркеРельефы на листах получают штамповкой, острые кромки -
точением, а выступы на кованых деталях - высадкой и прокат¬
кой. Вставки штампуют, нарезают из проволоки, прокатывают.Допуск на диаметр рельефа при 8 > 1,25 мм составляет
0,1 мм, при 8 > 1,5 мм ... 0,2 мм. Допуск на высоту в 1,5 раза
меньше. Рельефы целесообразно делать на более толстой или
прочной детали или на детали с большей электропроводностью.
При 8 < 0,6 мм обычно делают кольцевые рельефы (см.
рис. 151,6).Рельефы на толстой детали при 8Х 82 = 1:3 требуют жест¬
ких режимов. При большем отношении рельеф на толстой дета¬
ли получить трудно и его делают на тонкой детали, сваривая
на мягких режимах, или применяют вставки.238
Ж■ НИ.ЛИЫП..^		Efe ribф Ф6 $
ф фр1У§ицуш!^щлцк|Ujjipfф eft
ФЬар'Гdb dh
□□DidLi|UL^JФ АЯф &
□|юош$ 1ф Ф§5^А ф
Ф 4*Рис. 156. Виды подготовки ipy6 к рельефной сварке и используемые при этом электроды
Т-образные кольцевые (см. рис. 151, к) равнопрочные со¬
единения с шириной зоны 1,56 получают при скосе 60° и его
ширине у основания « 0,85.Фланцы втулок при 5=1; 1,5; 2,0 и 2^ мм приваривают
с расплавлением по притуплению, равному 2; 2,5; 2,8; и 3 мм.
Высота рельефа 0,5; 0,6; 0,7 и 0,8 мм соответственно. Общий
скос на рельефе 120°Гайку к детали с отверстием приваривают, если наружный
диаметр гайки больше на 1,5 ... 2 мм диаметра отверстия.Сферическая или коническая форма с острой или притуп¬
ленной вершиной Т (см. рис. 151, о, и) выбирается в зависимос¬
ти от 6 детали. Лучшее соотношение высоты рельефа и 5 1:3.
Иногда соотношение уменьшают до 1:2. При хорошей фикса¬
ции стержней возможны рельефы на листах.Для стержней диаметром 10, 20 и 30 мм угол при вершине
конуса составляет 120 150°, а высота конуса соответственно
2; 2,5 и 3 мм.При вварке в отверстие листа трубок их предварительно
развальцовывают, а электрод затачивают на угол 45° (см.
рис. 151, м) . Листы втавр привариваются по закругленным или
плоским прерывистым площадкам (см. рис. 151, п), или по
продольному скосу.Заусенцы и неровности на деталях, непараллельность и
несоосность электродов приводят к шунтированию тока. Зау¬
сенцы удаляют, а детали перед сваркой правят.В нахлесточных соединениях размеры рельефов определяют
по формулам: D = (0,6 ... 0,8)с/я, h = (0,2 ... 0,3)£>.Максимальная величина D близка к 0,85</я. Из-за пере¬
распределения тока между рельефами требуется более тща¬
тельная зачистка деталей.При Т-образной сварке конец перпендикулярно привари¬
ваемой трубы диаметром D завальцовывают в шарообразной
выточке диаметром D на глубину 0,25D. Такая подготовка
стабилизирует нагрев и исключает появление больших заусен¬
цев. Сваривают при минимальной установочной длине. Различ¬
ные виды подготовок труб разного сечения, свариваемые меж¬
ду собой и с другими деталями, а также электроды показа¬
ны на рис. 156.§ 62. Выбор режима сваркиРельефная сварка возможна на разных режимах (табл. 28).
Усилие среза на мягких режимах уменьшается не более чем на
5 ... 20% по сравнению с жесткими.240
28. Прочность на срез Р рельефных соединении, полос толщннои 5
српри разных режимахб, ммРежимжесткий'с>кА'с-периодов'с’НР ,
$7с>кАfc’пер.0,949,21214706,58,7211,5011,021226011,69,7302,5614,734475023,012,546Продолжение табл.б, ммРежимсредниймягкийРс’ Нрж7с’кА'с’пер.Н0,9414706,37,63214704,71,50226011,08,642226011,42,56 |j 475021,011,056475017,0Параметры режима выбирают, исходя из толщины б дета¬
лей или длины рельефа / (при острой кромке). Ориентировочно
при сварке на мягких режимах одного рельефа /с = 862/3 к А,
по острой кромке/с =0,6 / кАУсилие PQ (Н) определяют, исходя из тока (для плоских
деталей) или толщины листов б и / (при острой кромке): Рс =
= 2,5 Р и Рс = 120 б/. Эти зависимости получены с учетом равно¬
прочного соединения листов с деталями, имеющими острую
кромку (гайки, втулки и др.) при ширине соединения 1,56,
р = 70 ... 100 МПа, / = 0,3 ... 0,5 кА/мм2 (для средних значе¬
ний 80 МПа и / = 0,4 кА/мм2), Рс = 20 /с5. Ток /с и усилие Рс
увеличивают пропорционально числу рельефов или длине
кромки.Модуляция тока, устраняющая начальный выплеск, осу¬
ществляется с его нарастанием от (0,3 ... 0,5) /с до IQ. Выплеск
также возможен при малой деформации рельефа или чрезмер¬9 Зак	24J
ных /с и /с. Среднее давление при начальной деформации 0,8Л
в расчете на диаметр ядра близко к 120 150 МПа, а при
0,6 0,7 h - к 70 100 МПа. В ряде случаев для повышения
качества сварку завершают проковкой усилием Рк =1,2 Р .
Соотношение между длительностями предварительного сжатия'с и гк состава®1 1>25 1 1,25. Предварительное зажатие
усилием гп = (0,5 ... 1,2) Рс должно осуществляться плавно.Ковочное усилие Рк прикладывают перед выключением
тока. Большие скорости нагрева и относительно большие пере¬
мещения электрода затрудняют поддержание Рс, которое зави¬
сит от веса подвижных частей привода Q, усилия, развиваемого
приводом Р^у силы трения ускорений подвижных частей
привода а и силы тяжести g:Fc =Q+Pct±&a/g)-PTp.При больших а существенно изменяется Рс. Для его стаби¬
лизации снижают скорость нагрева, увеличивают Р^ и умень-
шают Q и Р^. У толстых деталей допускается кратковремен¬
ное двух- и трехкратное импульсное включение тока неболь¬
шой амплитуды длительностью 0,2 ... 0,3 с приРп = 1,2 Рс.Режимы сварки внахлестку с модуляцией тока обеспечи¬
вают требуемый da при ограниченной tc (табл. 29). Исполь¬
зуются также меньшие значения /с и Рс при увеличенной /с.29. Режимы рельефной сварки листов6, ммVммVммVмма>мм*я'ммкНРк9кН'м’с'с’с/о,кАР ,кВ3,68,01,63819И9190,31,215,4354,09,01,740201210200,31,416,1384,49,52,044221312240,41,6417,4454,810,02,048241413260,41,9618,8535,211,02,350251514280,52,2420,2596,413,52,864321817350,62,923,382Качество стабилизируют, а выплески устраняют при равно¬
мерном распределении /с и Рс по рельефам. Непараллельность
перемещения электродов при сжатии не должна превышать
0,2 мм.Нахлесточные соединения чаще сваривают на мягких режи¬
мах, при которых прочность снижается незначительно^ ток
резко уменьшается.242
Рельефной сваркой обычно соединяют сталь и реже цвет¬
ные металлы и сплавы. В автоматных сталях возможны трещи¬
ны, а в кипящих — расслоение. Хорошо свариваются низкоуг¬
леродистые и хромоникелевые стали, значительно хуже — фер-
ритные низкоуглеродистые.Легированные стали закаливаются более интенсивно, чем
при точечной сварке. При эквиваленте по углероду, большем
0,4, необходима термическая обработка.Стержни и трубы, заточенные на угол 90° (см. рис. 151, лс),
с полосами часто сваривают втавр без расплавления. Высокая
прочность достигается при кольцевом выступе (см. рис. 151, кг).
Вкрест сваривают стержни, трубы, полосы, а также арматуру
с выдавливанием расплава. На конечной площади давление
больше 7,5 МПа. С увеличением Дос прочность повышается
и при = 0,25 d она такая же, как у целого стержня. При
содержании углерода 0,4% Дос = (0,33 ... 0,4) d.Равнопрочность обеспечивается при разных /с и tc
(рис. 157, я), если /с мал, то соединение неравнопрочно. Ми¬
нимальные значения тока с увеличением диаметра стержней
увеличиваются линейно, а плотность резко снижается
(рис. 157, б). Связь между d, /с и tc следующая: =ad2,s.Стержни из прочных нагартованных металлов чаще сва¬
ривают на жестких режимах с последующим отпуском.Стержни неодинакового диаметра сваривают, исходя из
полусуммы диаметров с учетом теплоотвода и площадей кон¬
такта (табл. 30).Рис. 157. Зависимости минимального сварочного тока / от диа¬
метра стержня d и длительности сварки tc (а), а также минималь¬
ного тока /с и плотности ток а / для разных d из СтЗ (б)9*
30. Ориентировочные режимы сварки стержней
в крест и усилие среза соединения Р^dy мм34,567,5910,512,520Рс, кН1,22,53,86,39,013,015,418,0tc, периодов1016233240506070/с, кАзд6,28,511,316,020,825,835Рпъ’ кНср5,111,318,026,036,954,067,080,0Рельефной сваркой также соединяют набор пластин из электро¬
технической стали взамен клепки. Пластины 5 =0,5 мм с рель¬
ефами, входящими друг в друга выпуклой частью в вогнутую
по семи рельефам в количестве 50 шт., сваривают между плос¬
кими плитами при U20 - 10 В, =0,2 с,^ =9,1кНи/>н =
= 2,20 кН. Кратковременная низкочастотная вибрация собран¬
ных пластан без заусенцев стабилизирует Рп и позволяет сни¬
зить U2q. При нагреве без опрессовки по мере снижения Рп
растет /с и появляется опасность выплеска. Поэтому U20 посте¬
пенно снижают, а привод делают малоинерционным. Это обус¬
ловлено большим средним зазором, достигающим у 50 плас¬
тан 0,15 • 50 =7,5 мм. Этот зазор должен выбираться за время,
меньшее tc =03 с. Выплеск также предупреждают повышением
Рс к концу сварки до 9,1 кН,Рк =22,0 кН.Рекомендуемый рельеф имеет конусное с углом 36° уг¬
лубление на 0,78 мм (при 5 =0,5 мм) со скруглениями 0,15 мм
внутри и 0,4 мм у вершины конуса. Диаметр усеченного конуса
1,2 мм, а наружного рельефа - 2,5 мм. Стержень к пластине
не приваривается. При периодически меняющемся диаметре
его сваривают с пластиной на участках с увеличенным диамет*
ром. Т-образные соединения труб после завальцовки торца
при D = 10, 14 и 16 мм и 5 = 1 мм сваривают при Рс = 1 2,1
и 2,1 кН, /с =11, 12 и 13 кА, tc =0,2; 0,2; 0,3 с и Дос =2,5;
2,8 и 3,1 мм соответственно; трубы D = 18, 20 и 25 мм и 5 =
= 1,25 мм сваривают при Рс = 23 кН, /с = 13, 14 и 14 кА, tc =
= 0,4; 0,4 и 0,5 с и Д^ = 4,0; 4,0; 4,5 мм; трубы D = 28, 30
и 32 мм и 5 = 1,5 мм — при Рс =2,4; 2,5 и 2,5 кН,/с = 14, 15
и 16 кА с Гс = 0,6; 0,8и 1,1 и Дос = 5,5; 6,0; 6,3 мм, трубы с
D = 35 мм и б = 2 мм сваривают при Рс = 2,7 кН, /с = 19 кА,
tc =1,3 си Дос =7,0 мм. В начальной стадии для устранения
выплеска необходимо модулирование тока.Трубы вкрест сваривают без специальной подготовки, а
в квадратных трубных заготовках для уменьшения площади
контакта рекомендуется делать отверстия (см. рис. 156). Трубы
244
диаметром 15 мм (5 =0,9 мм), 25 мм (5 = 1,9 мм) и 35 мм
(б = 2,4 мм) сваривают при Рс =2, 2,4 и 2,7 кН, tc =0,3; 0,35
и 0,4 с, /с = 9,5; 14 и 18 кА с осадкой трубы 5, 10 и 15%. Для
тех же труб при Т-образной сварке Рс =2,1; 2,4 и 2,7 кН, tc =
= 0,3; 0,6 и 1 с, /с = 13, 14,5 и 19 кА с Дос = 3,5 и 7 мм. При
приварке пластин к трубам на пластинах делают рельефы (см.
рис. 156). Освоена приварка шипов диаметром 10 12 мм,
высотой 18 мм с подготовкой на усеченный конус к трубам
диаметром 35 46 мм на специальных шиповальных уста¬
новках. При одновременной приварке 2 шипов на установке
ПШ-1 U20 =6,7 7 В, tc =0,2 с9РС ~ 650 даН.Рельефная сварка на мощных машинах выпрямленного
тока применяется для соединения деталей с большим числом
рельефов или при большой длине острой кромки. Так, крыш¬
ки к масляному фильтру при 8 =0,7 + 4 мм по 16 рельефам,
расположенным по окружности, приваривают при /0 =
= 90 100 кА, tc = 0,24 с и Рс = 40 кН, а патрубок воздухо¬
сборника из двух штампованных половинок 8 = 2мм рельеф¬
ной сваркой по двум отбортовкам суммарной длиной 320 мм —
при /с = 180 кА, tc = 0,3 с и Рс =80 кН. Балансир тормозной
системы 8 = 14,2 мм с шайбами 5=12 мм (диаметр внутренний
50 мм, наружный 80 мм) по кольцевым рельефам сваривают
при /с = 120 ... 135 кА, tc =2,5 ... 3 с и Рс = 120 кН.Освоена рельефно-шовная сварка импульсами тока полос
8. = 1 и 1,2 мм по специальному рельефу соответственно роли¬
ками шириной 8 и 10 мм при Рс = 4,7 и 5,3 кН, /с = 14,1 и14,6	кА, tc = 0,02 с и tn =0,01 с со скоростью 4,6 и 4,1 м/мин.
Легкоокисляющиеся материалы сваривают в защитной среде,
особенно по острой кромке. Так, например, соединения дета¬
лей из сплава ВЖ01 по острой кромке, сваренные в аргоне,
имеют более высокую прочность, чем на воздухе. Рельефная
сварка - перспективный высокопроизводительный способ
соединения — найдет еще более широкое применение в про¬
мышленности.Контрольные вопросы1.	Расскажите о разновидностях и областях применения рельефной
сварки.2.	Расскажите об особенностях сварки соединений внахлестку,
деталей крепежа, Т-образных соединений, арматуры вкрест.
Глава ХН.МАШИНЫ ДЛЯ РЕЛЬЕФНОЙ СВАРКИ§ 63. Электроды-плитыРельефные машины или прессы обычно имеют малоинер¬
ционный диафрагменный привод и строго параллельное сближе¬
ние плит с электродами. Если применяют пневмоцилиндры,
то направляющие оснащают роликами, а ползун пружинной
подвеской. В машинах необходим малый вес подвижных час¬
тей и стабилизация напряжения.Пресс должен иметь жесткий корпус без поперечного сме¬
щения ползуна при движении. Для предотвращения выплес¬
ков целесообразно плавное нарастание тока, обеспечиваемое
в машинах переменного тока модуляцией, более предпочти¬
тельные униполярные импульсы.Электроды для рельефной сварки имеют большие площади
контакта, в которых плотность тока меньше, чем цри сварке
точки. Хорошее охлаждение электродов повышает их стойкость.Стержни вкрест приваривают плоскими или с радиусной
выемкой электродами. Групповую сварку рельефов осущест¬
вляют в сложных приспособлениях, которые часто объеди¬
няются с установочными устройствами, которые монтируются
на промежуточных плитах (рис. 158). Детали фиксируются
по штырям 7, 2 приспособления, по фиксаторам и выемкам
или с помощью более сложных устройств.В Т-образных соединениях используют разжимные электро¬
ды (рис. 159, а) или изоляционные втулки, в которые встав¬
ляется деталь (рис. 159, г, д, е), сжимаемая верхней плитой.
Также возможен токоподвод цанговыми зажимами и прило¬
жение Рс непосредственно к детали.Для устранения шунтирования применяют фиксирование
одной детали по фиксатору, вставляемому в ее отверстие
(рис. 159, б), а второй детали по этому же фиксатору и по ее
контуру.Вставки и плиты охлаждают через засверленные в них
каналы. При близком расположении этих каналов во вставках
каналы не делаются. Электроды для кольцевых рельефов за¬
крепляют в плитах на конусе или резьбе. Вставки диаметром,
в 3 5 раз большем диаметра рельефа с/р, и высотой
(0,3 ... 0,5) d крепятся винтами на конусной подсадке запрес¬
совкой, пайкой в выемку глубиной 0,7 0,8 мм, серебряны¬
ми припоями (рис. 159, в).Равномерность поджатия рельефов обеспечивается авто¬
номным ходом электродов, упругими элементами или качаю¬
щимися шарнирами.
Рис. 158. Приспособление для
групповой рельефной сваркиРис. 159. Приспособления для
рельефной сварки (а, б, в, г,
д) и схемы крепления электрод¬
ных вставок (е)I—г1—-У-е)д)§ 64. Машины переменного токаМашины переменного тока с унифицированными станина¬
ми и электрическими узлами в основном используют для сварки
деталей из низкоуглеродистой стали. Машины МР-2517-У4
и 4017-У4 с WH = 160 и 430 кВ А (ПВ = 50%), /н = 25 и 40 кА,
/д = 11,2 и 18 кА, U20 =3,56 ... 5,35 В и 3,56 ... 5,85 В, Рс = 16
и 25 кН, /н = 300 и 230 мм, Лн =35 и 70 мм, ходом 100 и 120 мм
рассчитаны на рельефную сварку 5 и 8 рельефов при 5 =0,5 мм;3	и 5 рельефов при 5=4 мм; 2 и 3 рельефа при 6=2 мм; 1 и247
2 рельефа при 6=4 мм соответственно. Машины в отличие от
точечных имеют плиты размером 220x220 мм с Т-образными
пазами для крепления приспособлений. Они комплектуются
также электрододержателями для точечной сварки. Пневма¬
тический привод с тремя рабочими полостями цилиндров^
роликовыми направляющими и пружинным блоком в ползу]
не обеспечивает малую инерцию и широкий диапазон регулиро|
вания Рс. Система управления с тиристорными контакторами
позволяет изменять совместно с переключателем ступеней
трансформатора ток в широком диапазоне с модулированием
переднего его фронта. В машине возможен многоимпульсныи
режим работы.Рис. 160. Машина рельефная
МР-6303-У4:1 - стол, 2 - направляющее устрой¬
ство, 3 - привод электродов, 4 -
корпус, 5 — сварочный транс¬
форматор248Машина МР-6303-У4 (рис. 160)1
с WH= 600 кВ А (ПВ = 20%), /с =|
= 63 кА, I = 28 кА, U20 = 2,3 9,2 BJ
Рс = 32 кН, /н =300 мм, hH =450 мм]
размером плит 300x300 мм рас-!
считана на сварку деталей 6=1,
2 и 4 мм при 5, 5 и 4 рельефах со!
ответственно.Унифицированный корпус допуо
кает установку сменных приводов
электродов и трансформаторов.]
Двухтрансформаторная схема элек¬
тропитания снижает индуктивные по¬
тери. Вторичные, включенные парал¬
лельно витки, соединены с плитами,
а первичные могут включаться парал-j
лельно и последовательно. Пневмати!
ческий привод с противодавлением
обеспечивает широкий диапазон Рс
и Рк. Тарельчатый блок пружии
и подшипники качения в ползуне]
стабилизируют давление. Ток komi
мутируется тиристорным контактор
ром. Возможна сварка одним шщ
двумя импульсами (основными и1
дополнительным) с независимым ре¬
гулированием крутизны /с, а также
сварка в пульсирующем режиме. jМашина МР-4018-УХЛЧ
с /н - 40 кА, /д = 11,2 к А, Рс -
= 24,5 кН, /н = 300 мм, Ин = 300 мм
рассчитана на такую же рельеф¬
ную сварку, как машина МР-4017-94.
Рис. 161. Машина для изготовления цилиндрических каркасов
переменного и постоянного диаметров из проволоки:1,3- катушки с проволокой, 2 - направляющий калибр,4 - пульт управленияКруглые каркасы сваривают на специальных машинах
(рис. 161), в которых продольные проволоки диаметром
5 13 мм сматываются с катушек 7, правятся и через трубки
подаются к направляющему калибру 2, перестраиваемому при
работе на диаметр 350 2200 мм. Электроды-ролики, враща¬
ясь вокруг на кольцевом устройстве, приваривают наматывае¬
мую с отдельных катушек по спирали проволоку диаметром
5 9 мм. Скорость изготовления каркаса меняется от 0,3
до 3 м/мин. Количество продольных проволок 12 18. Ма¬
шина управляется бесконтактными элементами.§ 65. Машины низкочастотные и конденсаторныеМашина МТН-88-УХЛЧ cWH = 1350 кВ • А (ПВ = 100%),
/н = 12,5 кА (ПВ = 8,5%), Рс =4,9 кН с 76 парами электродов
и максимальным расстоянием между осями крайних из них
3750 мм рассчитана на сварку арматурных сеток шириной
1600 3800 мм из продольных d = 3 12 мм и поперечных
d =3 ... 10 мм прутков.В основном исполнении поперечная арматура d = 3 7 мм
подается из бухт механизмом подачи и правки, кинематически
связанным с главным приводом машины. В исполнении 01
машина дополнительно оснащается бункером для подачи на-249
резанных стержней. Машина имеет две опоры с расположенными
на них исполнительными рычажными механизмами и зубчаты¬
ми передачами. Верхняя траверса с 76 электрододержателями,
имеющими прижимный привод сжатия, и рама с 76 нижними
электрододержателями, соединены гибкими перемычками с19	трансформаторами. Главный привод имеет регулируемый
тиристорный двигатель постоянного тока типа КТЭ, клино¬
ременную передачу, редуктор и пульт станции управления.
Все узлы, кроме станции управления, смонтированы на общей
раме. От двигателя через ременную передачу и редуктор вра¬
щается главный вал, от которого приводятся в движение все
механизмы в опорах и механизмы подачи и правки поперечной
арматуры. Последние подают стержни арматуры в барабанные
ножницы. После обрезки барабан поворачивается на шаг до
совпадения следующей свободной ячейки с фильерной. При
повороте барабана отрезанные стержни попадают на направляю¬
щие, откуда досылаются в жесткую траверсу. Верхние элек¬
троды опускаются и поперечный стержень приваривается, за¬
тем траверса поднимается.Конденсаторные машины широко использу¬
ют при сварке деталей по острой кромке и тонкостенных
деталей.Машина МРК-3201-УХЛ4 с /„ = 32 кА, Рс = 1 ... 4 кН,
длительной потребляемой мощностью до 5 кВ А, наибольшей
запасной энергией 2500 Дж, наибольшей емкостью батарей
конденсаторов 31500 мкФ, плавным регулированием напряжения
150 400 В ходом верхнего электрода 20 70 мм рассчитана
на герметизацию корпусов полупроводниковых приборов
с периметром шва от 10 до 40 мм. На ней также можно вы¬
полнять рельефную и точечную сварку деталей из низкоугле¬
родистой и нержавеющей стали б = 0,2 1 мм. Детали свари¬
ваются при разряде конденсаторов на первичную обмотку сва¬
рочного трансформатора. Машина имеет сварочное устройство
с приводом сжатия, скафандр и шкаф управления ШУ-259-2.
В пневмодиафрагменном приводе для создания Рс служит диа¬
фрагма, размещенная в рабочем поршне. Диафрагма обеспе¬
чивает ход 15 мм, а в диапазоне 20 70 мм поршень, регули¬
руемый ограничительной гайкой на штоке. Энергия запасается
в конденсаторах К50И-1. Зарядный выпрямитель выполнен
на двух диодах и двух тиристорах, что обеспечивает плавное
регулирование и стабилизацию напряжения на батарее. Свароч¬
ный трансформатор без воздушного зазора в магнитной цепи
имеет первичную обмотку со средней точкой, позволяющей
поочередное включение половинок обмотки двумя разряд¬
ными тиристорами. Батарея конденсаторов от обратных на-250
пряжений защищена шунтирующими тиристорами, включаемы¬
ми согласно с разрядными. Съемный скафандр позволяет
сваривать в осушенном воздухе, азоте, гелии.М а ш и н ы ПРК-4001 и ПРК-12002 с длительной потреб¬
ляемой мощностью 11 и 40 кВ • А, нарастанием тока за 0,012
и 0,035 с, /д = 4 и 16 кА, запасенной энергией 4,45 и 32,0 кДж,
емкостью батарей 56 000 и 404 000 мкФ, я = 38 или 76 и 20
или 40 об/мин, Рс = 1,2 ... 5,0 кН и 2,5 ... 12,5 кН,Рк = 18 и 12 кН
рассчитаны на полуавтоматическую герметизацию полупровод¬
никовых приборов. Батарея конденсаторов разряжается на
сварочный трансформатор. Машины снабжены 12-позиционными
поворотными стеллажами с 12 парами электродов. Основание
и баллон свариваемого прибора устанавливаются вручную,
съем механизирован. Импульсу /с может предшествовать им¬
пульс подогрева, создаваемый разрядом от дополнительной ба¬
тареи конденсаторов.Пресс МРК-30001 с 1С =300 кА, емкостью не менее 1,0 Ф,
= 150 ... 400 В, максимальной запасаемой энергией 80 кДж,
Рс = 8 ... 45 кН, Рк до 45 кН, ходом верхнего электрода 10 мм,
дополнительным ходом 125 мм и длительностью нарастания
тока 0,02 с рассчитан на рельефную сварку тонкостенных де¬
талей по большим замкнутым и разомкнутым контурам и
на сварку деталей из нержавеющей стали, никеля, титановых
сплавов 5 = 0,1 0,3 мм с периметром контура до 300 мм.
При темпе 15 сварок/мин потребляемая мощность из сети
не превышает 150 кВ А, а отдаваемая достигает 2000 кВ А.
Скафандр для создания защитной среды имеет откидное смот¬
ровое окно, вводы для рук оператора и прямоугольное отвер¬
стие на боковых стенках для установки шлюзовой камеры;
при этом второе отверстие закрывается крышкой.Машина ПРК-4001-УХЛЧ с Wnavp = 11 кВ • А,/н =40 кА,
= 4,0 кА, Рс = 1,2 5 кА, Рк =2,4 ... 10 кН, емкостью
56 000 мк'Ф, запасаемой энергией 445 кДж, и = 38 и 76 об/мин,
длительностью нарастания тока 0,012 с, со станцией управле¬
ния ШУ-160 рассчитана на герметизацию приборов с периметром
шва 20 ... 50 мм.Машина ПРК-12002 с W = 40 кВ . А, /н = 120 кА, I =
= 16 кА, емкостью 404 000 мкФ, запасаемой энергией 920 кДж,
Рс = 2,5 12,5 кН, Рк = 5,5 ... 24,0 кН и нарастанием тока
0,035 с рассчитана на рельефную сварку приборов с длиной
шва до 100 мм.Машины выпрямленного тока (пресс)
МРВ-20 и МРВ-160 с /кз = 250 и 160 кА рассчитаны на много¬
рельефную й рельефную сварку деталей большого сечения
средних и больших толщин.251
Машина рельефная выпрямленного тока МРВ-4001 с W =
= 30 кВ А (ПВ = 80%) и Рс = 4 ... 50 кН сваривает одним им¬
пульсом при неизменном Рс сепараторы шарикоподшипников
толщиной от 0,7 до 1,3 мм при числе рельефов 6 10, а маши¬
на МВВ-8001 с WH= 700 кВ А (ПВ = 12,5%) иРс = 4 ... 40 кН -
сепараторы толщиной 0,7 2,0 мм. Конструкция и силовая
часть такие же, как и у машины МРВ-6301.Контрольные вопросы1.	Как устроены машины для рельефной сварки переменным и
выпрямленным током, конденсаторные машины?2.	Назовите основные узлы машин для рельефной сварки.§ 66. Настройка и контроль работы контактных машинМашины налаживаются при пуске или после капитального
ремонта. Настройка на заданный режим и техобслуживание осу¬
ществляются непрерывно. Перед пуском после монтажа все
кнопки и рычаги управления устанавливаются в положение
’’Выключено”, проверяется срок годности манометров, смазы¬
ваются плоскости скольжения, проверяется заземление, подтя¬
гиваются контакты сварочного контура, устанавливаются за¬
щитные щиты. За наладку, техобслуживание и ремонт отвеча¬
ют отделы главного энергетика, сварщика, механика, а также
соответствующие службы цеха и участка. Сохранность машин
достигается их закреплением за наладчиком и сварщиком.
Сварщик перед началом работы тщательно осматривает и прове¬
ряет машину и при неисправностях вызывает наладчика, ме¬
ханика или энергетика. Наладчик отвечает за технологическую
наладку машины, механик — за механическую часть, а энерге¬
тик — за пневматическую, гидравлическую и электрическую
части.Сдача и приемка машины, выявленные неисправности и
их устранение фиксируются в журнале. Перед выдачей задания
мастер инструктирует сварщика по безопасным приемам ра¬
боты, уходу за машиной в соответствии с инструкцией. Свар¬
щик должен строго соблюдать установленные режимы сварки
и технологические инструкции, а также требования по безо¬
пасным приемам работы.На режим, выбранный по технологической карте, из таб¬
лиц режимов или по номограммам, машины настраиваются
после наладки их механических и электрических узлов, удале¬
ния магнитных материалов из контура и проверки работы
по требуемому циклу при вынутых ножах переключателя.252
Режимы уточняют по технологической пробе и обусловленным
ТУ на изделие требованиям. Параметры контролируют по прибо¬
рам и индикаторным устройствам машины и корректируют
в соответствии с их влиянием на качество.При настройке стыковых машин точность установки элек¬
тродов проверяется по шаблонам или калибрам, а также по
макрошлифам соединений и замерам искривления осей дета¬
лей. У широких полос смещение проверяется с обоих их кра¬
ев и в середине. В точечных и шовных машинах совмещение
верхних и нижних электродов достигается смещением и пово¬
ротом токоподводов. Критерием служит симметричное разме¬
щение вмятин и зон цветов побежалости.Наиболее часто стыковые соединения проверяют на загиб
и перегибы после зачистки грата с надрезом по стыку и без
него, точечные — на разрыв или отрыв, шовные — на герметич¬
ность. Контроль дополняется внешним осмотром, замерами
вмятин, осмотром изломов и др.Ход процесса контролируется также по внешним призна¬
кам. Интенсивное оплавление перед осадкой и резкое прекра¬
щение полета расплавленных частиц при осадке свидетельствуюто	пригодности процесса стыковой сварки, а отсутствие вы¬
плесков и равномерность зон цветов побежалости — о пригод¬
ности точечной сварки. Каждый сварщик накапливает и учиты¬
вает другие внешние признаки, характерные для сварки данной
детали. Для стабильности качества весьма важно поддержание
в хорошем состоянии электродов, их своевременное восстанов¬
ление или замена, стабильная работа машины и своевременное
устранение ее неисправностей, систематическая проверка соеди¬
нений и контроль параметров.Окончательно режим проверяется испытанием готового из¬
делия по ТУ.Плановый капитальный ремонт связан с полной разбор¬
кой машины, заменой изношенных деталей и узлов или ремон¬
том, сборкой, регулированием и испытанием машины.Планово-предупредительный ремонт с межремонтным цик¬
лом предусматривает замену быстроизнашиваемых деталей и
измерительных приборов в соответствии со сроками их испы¬
тания, регулировку и настройку отдельных узлов, замену
масла и др.При ремонте и эксплуатации соблюдают правила устройства
и технической эксплуатации электрических установок и сани¬
тарные правила по сварке.Для универсальной машины необходима площадь не менее10	м2, проходы не менее 0,8 м и свободное место 3 м2. Эти
нормы уточняются в зависимости от вида и назначения машины.253
Глава XIII. ДЕФЕКТЫ, КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ
СОЕДИНЕНИЙ И ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОЙ СВАРКИ§ 67. Дефекты стыковой, точечной, шовной и рельефнойсваркиНаружные дефекты выявляются осмотром или обмером,
а внутренние при разрушении соединения или его испытании
приборами (последнее не всегда возможно).Допустимость тех или иных дефектов при каждом виде
сварки определяется ТУ на изделие в соответствии с которыми
контролируют соединения. Дефекты появляются при наруше¬
ниях технологии подготовки, сборки и сварки деталей, а также
при последующей обработке. На появление дефектов также
влияет износ электродрв, изменение характеристик машины и
ее узлов, колебания напряжения и др.Главное в контроле — предупреждение брака. Автоматиза¬
ция контроля, хорошее знание причин образования и способов
устранения дефектов облегчают эту задачу.К дефектам стыковой сварки (рис. 162, а - и)
относят недопустимые отклонения в размерах деталей и иска¬
жение их формы, несплошности и подплавление, а также не¬
благоприятную структуру (непровар, перегрев, трещины и др.).Дефекты предупреждаются при устранении причин их по¬
явления или при строгом соблюдении технологии, контроле рабо¬
ты машины, периодической проверке качества соединений и
своевременной замене инструмента.К дефектам точечных соединений отно¬
сят недопустимые отклонения в размерах деталей и расстояний
между точками, раковины, пористость (рис. 163, б), трещины
(рис. 163, в) в ядре, непровары (рис. 163, а), малый размер
ядра, выплеск, глубокие вмятины и налипание металла элек¬
тродов, подплавление, прожоги и вырывы точек. Отсутствие
расплава на одной из деталей может давать дефект типа ’’склей¬
ка” (с малым количеством общих зерен в изломе).Дефекты шовной сварки, за исключением пе¬
регрева поверхностей и более сильного коробления деталей,
аналогичны дефектам точечной сварки.’’Неравномерные чешуйки” на шве связаны с большой
скоростью сварки и перекосом или неправильной заточкой
роликов.Глубокие вмятины возникают при большой длительности
импульса тока, малом давлении и большом токе. Хорошая под¬
гонка и прихватка деталей при равномерном распределении254
Рис. 163. Дефекты точечной
сварки
зазоров предупреждают продавливание и раскрытие кромок
при сварке.Выход литого ядра обычно связан с плохой зачисткой,
большой длительностью импульса тока и его большой ве¬
личиной.Трещины у кромок и их раздавливание вызываются близ¬
ким расположением шва к кромкам и большим током.Негерметичность шва связана с большим шагом между
точками, с нарушением режима (по току, давлению, длитель¬
ности импульса, скорости, а также по диаметру и ширине роли¬
ков), с плохой сборкой деталей, большой разницей диаметров
верхнего и нижнего роликов и т.д.Непровар, трещины и внутренний выплеск выявляются
на технологической пробе и при микроисследованиях.Неравномерность чешуек, вмятины, продавливание, выход
литого ядра, прожог, наружные выплеск и трещины выявляются
осмотром через лупу.В ряде случаев допустимы поры, мелкие трещины, перегибы*
Допускается ремонт до 10 ... 20% длины шва.Дефекты предупреждаются при устранении причин их появ¬
ления. Иногда допускается подварка дефектных соединений
на точечной машине с применением железного порошка (про¬
жог и глубокие вмятины на стали), постановка дополнитель¬
ных точек (при непроваре), заклепок и аргонодуговая подвар¬
ка. Допустимые виды исправлений указывают в ТУ на изделие.Большинство дефектов рельефной сварки по
природе бдизко к дефектам точечной сварки. В отличие от то¬
чечной при рельефной сварке вмятины со стороны одной детали
отсутствуют, а со стороны второй — представляют следы обрат¬
ной деформации рельефа. Непровар при ней чаще бывает мест¬
ным, в особенности когда соединение формируется одновре¬
менно в твердом состоянии и при наличии расплава. При рель¬
ефной сварке одни точки могут формироваться нормально,
а другие с выплеском (при перекосах и неравномерном рас¬
пределении давления). Для Т-образных соединений типичны
те же дефекты, что и для стыковой сварки. В настоящее время
еще нет общепринятых норм о допустимости тех или иных
дефектов при рельефной сварке. При устранении дефектов
руководствуются технологическими данными.§ 68. Контроль качества сваркиКачество соединений определяет совокупность свойств
детали или узла, необходимых для надежной их эксплуатации.
Оно зависит от квалификации сварщика* состояния машины,256
подготовки деталей, соблюдения технологии сварки и сопут¬
ствующих операций (термообработки правки и др.), а также
от возможностей выявления и устранения дефектов. Дефекты
предупреждают предварительным контролем и контролем рабо¬
ты машины, а выявляют обычно контролем сваренной детали.
Чем быстрее выявляются и устраняются дефекты, тем эффек¬
тивнее контроль, поэтому оперативный контроль наибо¬
лее важен.При предварительном контроле систематически проверяют
квалификацию сварщика, состояние оборудования, приспо¬
соблений и электродов, материала деталей и их размеры, сос¬
тояние поверхностей и качество сборки деталей.Сварщик должен знать устройство машины, технологию
сварки, правила безопасной работы.Рабочую поверхность электродов проверяют шаблонами в
точечных и шовных машинах и калибрами в стыковых. У при¬
хваченных деталей проверяют размеры и зазоры, которые
на длине 300 мм не должны превышать 0,1 0,5 мм (в зави¬
симости от ТУ и толщины деталей). Они обычно не превышают20	15% толщины толстой детали (чем толще, тем меньше).
Для рельефной сварки используют и Шаблоны, и калибры, об¬
ращая особое внимание на равномерное распределение давле¬
ния по рельефам.Состояние поверхности контролируют внешним осмотром
и замером Яэц микроомметром на специальных стендах при
усилиях 250, 500, 1000 и 1500 Н и Яэ = 75, 100, 150 и 250 мм
соответственно для стали, титана и жаропрочных сплавов тол¬
щиной 5 = 0,3 0,8; 0,9 ... 2; 2,1 ... 3 мм и выше 3 мм и для
алюминиевых сплавов 6 = 0,3 1; 1 2,5; 2,6 ... 4 мм и выше4	мм. Допустимые Лэд оговариваются по ТУ на сварку деталей
из данного материала на определенной машине.Необходимо контролировать составы растворов для трав¬
ления и длительность хранения деталей после него.Работа машин контролируется по записям или замерам
параметров, обеспечивающих требуемое качество соединений.
В последнее время широко применяется высвечивание (инди¬
кация) основных параметров, характеризующих качество.
Это обусловлено трудностями контроля соединений без их
разрушения.Параметры контролируют при разработке новых режимов,
нарушениях в работе узлов машины определенное количество
раз или непрерывно в течение всей работы. Режим изменяется
из-за износа электродов, повышения сопротивления переходных
контактов и других причин. Систематический контроль преду¬
преждает массовое появление брака. При контроле используют257
осциллографы и самопишущие малоинерционные приборы*
ЭВМ и др.Обычно записывают перемещение
электрода, /с и Рс. Перемещение элек¬
трода преобразуется в сигнал индуктив¬
ными, тензометрическими, потенцио¬
метрическими и световыми датчиками.
Перемещение электрода 1 (рис. 164) в
ползуне 2 относительно верхней кон¬
соли 3 фиксируется в заданных пре¬
делах через измерительный стержень
5 датчиком 4. Электромагнит 7, уста¬
новленный на ползуне, при включении
/с сцепляет подвижный электрод 1
со стальной пластиной 6, закрепленной
на стержне 5. После выключения тока
стержень 5 вновь не связан с электро¬
дом 1. Это исключает стабилизацию
нулевого уровня из-за эксцентриситета
электрода и др; Перемещение контро¬
ле. 164. Схема устройства ЛИРУЮТ и регулируют электроконтакт-
для регистрации перемещения НЬ1МИ даУх- 111111 трехпредельными дат¬
чиками завода ’’Калибр”. Датчик на-подвижного электрода
сваркидлястраивают по индикаторной головке
с ценой деления 0,001 мм.Тензометрическими датчиками, накпеенными на балочки
равного момента, можно записывать перемещение станины
стыковых машин. Созданы также индуктивные датчики для
регистрации больших (10 60 мм) перемещений при стыко¬
вой сварке оплавлением.Тепловое расширение точки зависит от свойств материала,
типа машины, режима сварки, формы электрода и др. Оно не
превышает 7 10% суммарной толщины деталей и стабильно
изменяется в машинах с повышенной жесткостью нижней кон¬
соли и диафрагменным приводом, а также поршневым с проме¬
жуточной пружиной. Датчик обычно закрепляется на нижней
скобе или на пружинной скобе между силовым цилиндром
и электрододержателем. Приборы дилатометрического конт¬
роля надежны в работе и позволяют стабильно оценивать качест¬
во. Прибор регистрирует и сравнивает с заданным перемещение
AS подвижной электродной головки относительно неподвижной
консоли. Сигнал рассогласования используется в системе обрат¬
ной связи для регулирования /с или /с. Для каждого материала
на данной машине строятся свои тарировочные кривые. При
плавлении ядра AS резко изменяется, это фиксируется пьезо-258
электрическими, емкостными или индуктивными датчиками.
По скорости теплового расширения при многорельефной сварке
с образованием литых зон также оценивают качество сое¬
динения.Точечную сварку контролируют аппаратом АКС-2 с фото¬
электрическим датчиком, позволяющим измерять перемещение
до 10 мм с точностью ± 0,01 мм. Датчик имеет две растровых
решетки, сквозь которые пучок света от осветителя попадает
на фотодиоды. На решетках нанесены штрихи с плотностью
25 единиц на 1 мм. Перемещение подвижной каретки аппарата
со сварочной головкой вызывает прерывание света и появление
на фотодиодах сигналов, количество которых зависит от вели¬
чины, а частота от скорости перемещения.Цифровая индикация в метрических единицах позволяет
запомнить максимальное перемещение до следующего импуль¬
са, Аппарат высвечивает в зависимости от установленного
диапазона перемещения "непровар”, ’’выплеск”, ’’качественную
сварку”. В режиме активного контроля он выключает /с при
заданном уровне перемещения AS, которое является обобщен¬
ным критерием, наиболее полно связанным с параметрами
процесса, состоянием поверхности и шагом между точками.
Перемещение растет с увеличением dn. При сварке деталей
равной толщины с dR = (3 ... 4) 6 на стандартных машинах
AS = (0,03 0,05) (5i + б2). Полный провар соответствует
AS= (0,02 ...0,025) 6.Ток относится к важным параметрам сварки, подлежа¬
щим контролю. Стандартные электроизмерительные приборы
из-за кратковременности и искажения формы кривой тока,
а также из-за электромагнитных помех не удается использовать,
поэтому специальные приборы к машинам переменного тока
подсоединяют экранированными или компенсирующими про¬
водами и др.Датчиками тока могут быть трансформаторы, шунты,
пояса Роговского и элементы Холла. В машинах переменного
тока часто используют трансформаторы тока и пояса Рогов¬
ского. Для измерения тока наиболее пригодны низкоомные
преобразователи Холла типа ПХ-602 и 617А, выпускаемые
серийно и обладающие высокой чувствительностью к магнитным
полям при их концентрации в зоне измерения. В датчике Холла
напряжение на поперечных торцах полупроводниковой плас¬
тины, вдоль которой протекает ток и которая пронизывается
силовыми линиями магнитного поля, пропорционально току.Ток также контролируют шунтами из материалов с высо¬
ким рис помощью бифилярных токопроводов. Воздушный
торроидальный трансформатор (пояс Роговского), охваты-259
вающий токоподвод, делается разъемным. При протекании
/с в обмотке пояса индуктируется ЭДС, пропорциональная ско¬
рости изменения тока; интегрирующий контур прибора дает
напряжение, пропорциональное /с. Усилитель усиливает сигнал.Удобен в работе переносный измеритель с цифровой инди¬
кацией. Он питается от сети 220 В и имеет два датчика (на ток
до 70 и 200 к А) в виде разъемного, защищенного экраном из
немагнитного материала тороида. Полукольца тороида стянуты
пружиной. Аппарат измеряет как действующий (при фазовом
регулировании), так и максимальный ток в импульсе. Предел
измерения 5 200 кА разбит на 4 поддиапазона. Цифровая
трехразрядная индикация позволяет при токе до 100 кА изме¬
рять с точностью 0,1 кА. Верхний и нижний уровень тока зада¬
ется переключателем. Для подключения прибора записи формы
тока имеется специальное гнездо. Показания сбрасываются при
нажатии кнопки ’’Сброс”. Для переменного тока показания со¬
ответствуют последнему периоду. Действующие значения тока
заданного периода получают после целеуказания о моменте
прекращения измерения (например, от измерителя времени
ИВ-01). Мгновенное значение тока также определяют приборами
ДСТ-1 и ДСТ-2, максимальное — приборами КАСТ-2М и АСА-1*
действующее — КСТ-1 и СТ-67. Прибор РТС-1 используется
для одновременного контроля максимального и действующего
тока. Форму кривой тока регистрируют прибором К-63, его
точность ± 3%,Измеритель времени ИВ-01 выполнен конструктивно,
так же как ИТ-1 с тороидом. Он измеряет tc в периодах и
имеет двухразрядное табло. Его используют также для оператив¬
ной информации ’’мало” и ’’много” при заданном tc. Созданы
приборы для записи и индикации Допл, Д^, иопл, и^,
а также /опл, и W. Разработаны индуктивные датчики боль¬
ших перемещений.Стыковую сварку сопротивлением контролируют по tc
или обобщенному критерию — температуре, замеряемой опти¬
ческими пирометрами типа ОПИР-С. Процесс оплавления кон¬
тролируют по энергии, току, R^ или математической модели
процесса, иногда с адаптацией параметров.Автоматическая стабилизация тока и других энергетических
параметров целесообразна для металлов с высоким р и неэф¬
фективна из-за близких значений /?эд и R^ для легких сплавов.
Контроль по температуре поверхности контактными и свето¬
выми приборами из-за появления окислов и шунтирования
тока не всегда надежен.При точечной сварке также используют контроль по уси¬
лию, энергии, интегральному значению напряжения. Эффективен260
контроль каждой точки по параметрам, определяющим качество
соединений (<йл) на основе математической модели. Для конт¬
роля также используют R^ и другие обобщенные критерии.
Так, при сварке деталей малой толщины важен контроль плот¬
ности тока, которую оценивают по U33 < 6/кр, соответству¬
ющему выплеску.Пружинными динамометрами ПД-50, ПД-100, ПД-500 и
ПД-1500 замеряют статические усилия. Создан универсальный
динамометр (рис. 165).Рис. 165. Универсальный
динамометр:/ - скоба, 2 - индика¬
тор, 3 - втулка, 4 -
стержень, 5 - винтДля датчиков усилия используют магнитоанизотропный
преобразователь, работающий на принципе уменьшения магнит¬
ной проницаемости при увеличении механической нагрузки
на магнитопровод. Датчик состоит из монолитного сердечника
стали 20ХВ в виде цилиндра с фланцами и трех обмоток. Дат¬
чик располагают в полости штока привода сжатия. Также ис¬
пользуют пьезокварцевые датчики. Микроомметрами М-246
и ПХС-1 замеряют активное сопротивление деталей и участ¬
ков сварочного контура.Сварные соединения проверяют без разрушения с помощью
гаммаграфического, термографического, ультразвукового, рент¬
геновского, электромагнитного методов, а также радиографи¬
ей, проникающими красками, магнитными порошками, лазер¬
ной (поверхностные дефекты) и звуковой (внутренние дефек¬
ты) голографией. Наибольшее применение пока нашли электро¬
магнитные, ультразвуковые и рентгеновские методы.Электромагнитный метод контроля точечных
соединений основан на изменении удельной электропроводности
в зоне сварной точки. Ферритовый сердечник 1 с катушкой2	(рис. 166), питаемой током частотой 8 кГц, устанавливают
на поверхности изделия у точки 3. Прибор с датчиком, настроен¬
ный на образце с номинальным с1я при изменении с!я дает раз¬
баланс измерительного моста и отклонение стрелки прибора,
отклонения до ± 10% указывают на дефекты в точке, а при
+ 20% — на склейку и непровар. Для контроля точек из легких
сплавов используют дефектоскопы ДСТ-5 и ДСТ-6М.261
Рис. 166. Схема элек¬
тромагнитного кон¬
троляПри магнитной дефектоскопии применяют индуктивный
метод, основанный на особенностях распределения вихревых
индуцированных переменных магнитных полей по толщине
деталей и на исследовании магнитных потоков рассеяния по
поверхности. При магнитографическом конт¬
роле точки используют уравнения связи dfl с размерами
магнитограммы соединения. Точность контроля при 6 =
= 5 + 5 мм составляет ± 1,2 мм. В качестве характеристик, влия¬
ющих на da, принята напряженность переменного подмагни-
чивающего поля, сила тока в основном намагничивающем уст¬
ройстве и частота переменного подмагничивающего поля. Маг¬
нитографический метод четко выделяет непровары и трещины
и плохо выявляет поры и раковины размером менее1	1,5 мм.Рентгеновский контроль основан на изменении интенсив¬
ности прохождения излучения через среды с разной плотностью.
Плотность ядра мало отличается от плотности исходного мате¬
риала. Для различия вводится рентгеноконтрастный материал,
который, имея разную с исходным материалом температуру
плавления и сопротивления, вытесняется к периферии ядра
или, равномерно перемешиваясь, сообщает ядру новые свойства.Материалом свидетеля служит фольга или суспензия на
лаковой и эмалевой основе сплавов СрА5 и СрАЮ (5 А1 и
10% Ag). Используют также ленту из А1 - Mg и А1 толщиной5	=0,1 мм с 10% Ag. Совместное расплавление выявляется на
рентгенограмме в виде темной центральной зоны с четко вы¬
раженными границами. При сварке магниевых сплавов также
используют ленты б =0,1 2 0,18 мм из Mg - А1 и Mg - Мп.Ультразвуковая дефектоскопия точечных, шовных
и стыковых соединений связана с расшифровкой импульсов,
которую успешно осуществляют с применением ЭВМ. Изгиб
стыковых соединений облегчает выявление дефектов ульт¬
развуком.В стыковых соединениях при частоте 2,5 МГц выявля¬
ются поры, раковины и непровар размером более 1,3 мм. Для
лучшего ввода ультразвука поверхность смачивают минераль¬
ным маслом. Способ может выявлять трещины и непровар
при стыковой сварке. Поперечные волны вводят под опреде-262
ленным углом к дефекту призматическими щупами. Точки
проверяют щупами с двумя пьезоэлементами. Перспективен
контроль точек ультразвуком, при размещении пьезоэлектричес¬
кого излучателя и приемника ультразвуковых колебаний (УЗК)
в каналах с водой верхнего и нижнего электрода. УЗК различ¬
но поглощаются твердым и жидким металлом. Продольные
колебания слабо реагируют на расплав, а поперечные не рас¬
пространяются в нем и отражаются от границы ядра. Продоль¬
ные колебания от излучателя конусным дном преобразуются
в поперечные, а после зоны сварки снова в продольные и по¬
падают в приемник. При большом dR УЗК полностью экрани¬
руются, а при непроваре все достигают приемника. Уровень
сигнала несколько меняется при изменении Рс и площади кон¬
такта электрода с деталью. Контролируют по снижению ампли¬
туды или по площади, ограниченной огибающей УЗК. Для каж¬
дого материала разрабатываются эталоны записи качественных
точек.Выборочный контроль деталей и технологичес¬
кая проба наиболее распространены. Для контроля ответствен¬
ных изделий в первом случае необходимы большие выборки
и статистический анализ.При технологической пробе образцы точечной сварки с
шагом, соответствующим толщине деталей, после сварки разре¬
заются на пластины, которые зажимают в тисках и разрушают
узким зубилом (рис. 167, д) или зубилом с закругленной
выемкой, исключающей срез точки, а также в поворотном при¬
способлении (рис. 167, а) со скручиванием одной детали. В
качественных соединениях б < 2 мм образуется отверстие
(рис. 167, а), а в более толстых остается углубление, совпадаю¬
щее с границей ядра точки (рис. 167, б). Глубина вырыва дол¬
жна быть не менее 30% толщины металла. При срезе скручива¬
нием (рис. 168, г) тонких материалов выявляют диаметр ядра,
выплески, раковины и трещины. На специальных машинах для
скручивания определяют угол и усилие среза. Стыковые соеди¬
нения (рис. 168, в) испытывают на изгиб после их зачистки
от грата, а в некоторых случаях после отпуска и надреза по
стыку. Листовые стыковые соединения испытывают на выдав¬
ливание (рис. 168, б), а шовные — надуванием пластин с зам¬
кнутым швом (рис. 168, г).Также периодически или систематически проверяют исход¬
ные параметры режима и состояние электродов, при точечной
и рельефной сварке - /с, Рс или Рэ; при шовной tn и Гп, сты¬
ковой — Допл, ДоС’ УОПЛ» ГОС.Т-Точечные и шовные соединения испытывают на образцах
по ГОСТу. Открытые швы проверяют керосиномеловой пробой,263
Рис. 167. Схемы испыта¬
ния образцов при точеч¬
ной и шовной сварке
на вырыв, свертывани¬
ем (а, б), отгибом
(в), скручиванием (г)
и срезом зубилом (<3)Рис. 168. Испытан¬
ные образцы после
точечной (а), стыко¬
вой (б, в) и шовной
(г) сварокпри которой одна сторона шва покрывается водным раствором
мела; после его высыхания с другой стороны кисточкой на¬
носится керосин, который на негерметичных участках дает тем¬
ные жирные пятна. Герметичность швов может проверяться ге¬
лием и фреоном с использованием специальных течеискатёлей.Стыковые соединения стандартных и специальных образ¬
цов испытывают на удар й разрыв.264
Механические испытания дополняются замерами твердости,
макро- и микроисследованием структуры. При металлогра¬
фическом контроле обнаруживаются все виды внутренних
дефектов в пределах разрешающей способности микроскопа.Для ряда изделий применяют испытания при пониженных
температурах и усталостные испытания.Повышение качества достигается активным предупреждаю¬
щим контролем всех или отдельных операций технологического
процесса. Важна оперативная информация контролера сварщику,
накопление и обработка статистических данных о браке, выяв¬
ление его причин и их устранение. Для реализации этого необ¬
ходимы четкие критерии качества соединений в зависимости
от условий их работы Большое значение имеют также диагнос¬
тические системы контроля работы машин. Они позволяют
в любое время проконтролировать режим сварки, ошибки
в наладке машин, состояние их отдельных узлов и др.§ 69. Правила безопасной работыПринципы охраны труда в Советском Союзе вытекают
из основных положений трудового права, направленных на
создание благоприятных, здоровых и безопасных условий труда,
способствующих высокой производительности.Работа на контактных машинах без соблюдения правил
опасна и для сварщика, и для окружающих. Опасность пред¬
ставляют расплавленные частицы, электрический ток и движу¬
щиеся части машин.Для защиты от расплавленных частиц и предупреждения
ожогов каждому сварщику бесплатно выдаются бесцветные
очки закрытого типа, рукавицы и хлопчатобумажная огнестой¬
кая или брезентовая куртка, а при стыковой сварке дополни¬
тельно шлем. Защиту от расплавленных частиц производят
также щитками, шторками и другими устройствами.Контактная сварка осуществляется при низких (до 36 В)
напряжениях и при соблюдении правил электробезопасна. Пора¬
жение током высокого напряжения возможно при незаземлен-
ной машине и пробое трансформатора, при переключении на¬
пряжения без отключения трансформатора от сети.Все работы, связанные с напряжением 220 и 380 В, должен
проводить специалист-электрик. Сварщик эти работы выпол¬
няет только после специального обучения и сдачи испытаний.Большинство несчастных случаев связано с утечками возду¬
ха или масла в системах привода, с подгоранием контактных
устройств, с малоквалифицированным ремонтом и неправиль¬
ной эксплуатацией. Поэтому машины эксплуатируют в строгом265
соответствии с инструкциями. Нельзя, например, зачищать
электроды и смазывать узлы машины без ее выключения или
допускать к работе посторонних лиц. Для безопасности важна
чистота и порядок на рабочем месте, а также периодическая
чистка и смазка машины.Перед работой в новых условиях каждого сварщика ин¬
структируют по правилам безопасности при приходе, уходе
и нахождении на работе, мерам личной безопасности и безопас¬
ности окружающих, а также по способам оказания первой
помощи и правилам гигиены.Каждый работающий должен строго соблюдать указания
предупредительных надписей, знаков и плакатов по безопас¬
ности, а при несчастных случаях немедленно обращаться за
медицинской помощью и одновременно ставить в известностьоб	этом администрацию.Сварщик обязан выполнять только порученную мастером
работу при известных безопасных способах ее выполнения;
на новую работу от мастера необходимо требовать дополнитель¬
ного инструктажа.Перед началом работы сварщик: приводит в порядок рабо¬
чую одежду, очищает коврик, подготавливает защитные устрой¬
ства; осматривает рабочее место и приводит его в порядок;
проверяет исправность машины, ее механизмов и электрических
устройств; включает аппаратуру пульта управления и местное
освещение напряжением 36 В; о замеченных неисправностях
оборудования докладывает мастеру и без его указания к работе
не приступает.Во время работы сварщик принимает меры по защите
себя и окружающих от расплавленных частиц и не допускает
к работе на сварочной машине посторонних лиц; выключает
машину при перерывах в подаче энергии, отходе от машины,
временном перерыве сварки, неисправностях в машине, чист¬
ке, смазке и уборке машины и рабочего места; следит за элек¬
тродами, дающими при загрязнении опасные наружные
выплески.После окончания работы сварщик немедленно выключает
машину; приводит в порядок рабочее место, убирает материал,
приспособления и электроды в специально отведенные для
этого места, чистит и смазывает машину и сдает ее мастеру.Замена электродов и их чистка при включенном токе и
давлении воздуха или масла в системе не допускаются.Для ряда машин и агрегатов созданы дополнительные
инструкции с особыми требованиями, учитывающими исполь¬
зование высоких давлений масла, воздействие магнитных мощ¬
ных полей и т.д.266
§ 70. Правила пожарной безопасностиГазы (ацетилен и его заменители, водород) и горючие
материалы (масло, бензин, керосин, обтирочные концы, шлан¬
ги и др.) могут вызвать пожары, а в некоторых случаях взрывы.Горение — процесс взаимодействия горючего вещества
с окислителями (обычно с кислородом воздуха), сопровождаю¬
щийся выделением теплоты и света. Горение усиливается с по¬
вышением температуры окружающей среды и хорошем при¬
токе воздуха.При определенных концентрациях горючих веществ (напри¬
мер, бензина или водорода) возможно самовоспламенение и
взрывообразное горение.Взрывы могут быть вызваны ударами по газовым бал¬
лонам, попаданием масла в кислородные магистрали, обрат¬
ными ударами в ацетиленовых магистралях и загоранием за¬
хламленных траншей, по которым проложены кабели, подводя¬
щие ток к машине.Причины пожаров. Пожары возникают при нахож¬
дении горючих материалов в зоне полета расплавленных частиц
в результате неправильной эксплуатации баллонов и их транс¬
портировки, попадания масла в редукторы, вентили с кисло¬
родом или в азотно-масляные аккумуляторы, небрежного об¬
ращения с огнем, неправильного применения легковоспламе¬
няющихся материалов (например, бензина или спирта при про¬
мывке деталей), короткого замыкания токопроводов, пробоя
изоляции машин, неисправности отопления и освещения, запы¬
ленности, захламленности и загазованности перемещения, утеч¬
ках масла и других горючих веществ, курения в неположенных
местах.Предупреждение пожаров. Для предупрежде¬
ния пожаров каждый работающий должен выполнять следующие
правила:проходить регулярно инструктаж по пожарно-техническому
минимуму и правилам безопасной работы;строго соблюдать правила пожарной безопасности, чистоту
и йорядок на рабочем месте;следить за установкой защитных ограждений;правильно эксплуатировать газовые баллоны и другое обо¬
рудование;следить за исправностью систем электропитания;не загромождать проезды и проходы, а также подступы
к средствам пожаротушения;не пользоваться открытым огнем;курение допускается только в специально отведенных
местах.267
При обнаружении признаков пожара необходимо немед¬
ленно вызвать пожарную команду. Вызов производится по теле¬
фону, с помощью электрической пожарной сигнализации ручно¬
го или автоматического действия, а также подачей звуковых
сигналов тревоги. По телефону нужно назвать адрес объекта,
где возник пожар, что горит, чему угрожает пожар и свою
фамилию.До прибытия пожарной команды или заводской доброволь¬
ной пожарной дружины рабочие должны отключить силовую
электросеть, выключить проточно-вытяжную вентиляцию и
приступить к тушению пожара местными средствами.Для тушения пожаров используют такие средства, как воду,
инертные газы и сыпучие материалы, покрывала (тяжелые ас¬
бестовые или шерстяные ткани), углекислотные огнетушители
(при тушении масла), сопло которых направляют на очаг го¬
рения и открывают вентиль. При пользовании пенным огнету¬
шителем необходимо прочистить запорно-пусковое устройство,
повернуть ручку вверх до отказа, перевернуть огнетушитель
и направить струю на очаг горения.Условные обозначенияF-площадь сварки, мм26-толщина детали, ммdnD-диаметр детали, ммdэ-диаметр электрода, мм*э-радиус сферы электрода, мм*я-длина ядра в шве, ммdя-диаметр ядра, ммь-ширина рабочей поверхности электрода, ммST 5р-шаг между точками и рельефами, мма-величина нахлестки, мм/1+/2-установочная длина, ммА<-конечное расстояние, мм^под—припуск на подогрев, мм^опл—припуск на оплавление, ммА>с-величина осадки, ммАос.т-величина осадки под током, ммА-суммарный припуск, ммгос.т-длительность осадки под током, с*с-длительность сварки, с-длительность паузы, с*под-длительность подогрева, сопл-длительность оплавления, ср р
V ОС-усилие сжатия и осадки, Нр-удельное сопротивление268
тстемпература сварки°тпредел текучестир _зажусилие зажатия, Нрк -усилие проковки, Нрдавление (Па), Н/мм“^оплскорость оплавления, мм/суос ~скорость осадки, мм/с^нначальная скорость, мм/сикконечная скорость, мм/с"ср -средняя скорость, мм/сскорость шовной сварки, м/минтп -температура подогрева, С^плтемпература плавления, С*к -контактное сопротивление, мкОм*д -сопротивление деталей, мкОм*ээ -сопротивление между электродами, мкОм*ЭД -сопротивление участка электрод - деталь, мкОмRактивное сопротивление, мкОмXиндуктивное Сопротивление, мкОм'ссварочный ток, кАплотность тока, А/мм‘Sперемещение деталей, ммU20, Ус -напряжение холостого хода, сети, Видскорость деформации, мм/сРЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРААксельрод Ф. А., Миркин А. М. Оборудование для свар¬
ки давлением. М., 1975.Вавилов А. Ф., Воинов ВЛ. Сварка металлов трением.
М., 1964.Кабанов Н.С. Сварка на контактных машинах. М., 1979.
Диффузионная сварка материалов /Под ред. Н.Ф. Казакова.
М., 1981.Киссельников BJ5. Пневматические приводы и аппаратура
электросварочного оборудогзния. Л., 1978.Орлов Б.Д. и д р. Технология и оборудование контактной
сварки. М., 1975.Слиозберг С. К., Чулош ников П.Л. Электроды для
контактной сварки. Л., 1972.Рыбаков В. М. Дуговая и газовая сварка. М., 1986.
Чулошников П. Л. Контактная сварка. М., 1977.269
ОГЛАВЛЕНИЕВведение	3Глава I.	Основные сведения о сварке металлов	 4§ 1.	Сущность и классификация сварки .	4§ 2.	Сварка плавлением.	.	9§ 3.	Классификация и основные виды контактной сварки 18Глава FI.	Некоторые виды сварки давлением и оборудованиедля них			 24§ 4.	Холодная сварка	24§5.	Сварка взрывом	30§ 6.	Диффузионная сварка ...	32§ 7.	Сварка трением	36§8.	Ультразвуковая сварка	41Глава HI.	Общие узлы контактных машин 		 45§ 9.	Преобразователи тока и накопители энергии .	45§ 10.	Переключатели ступеней	50§11.	Сварочный контур	52§ 12.	Аппаратура управления	54§13.	Контакторы и регуляторы	65Глава IV.	Технология стыковой сварки		71§14.	Разновидности стыковой сварки	71§15.	Формирование соединения и его прочность	76§ 16.	Подготовка к сварке	80§17.	Режимы сварки сопротивлением	81§18.	Режимы сварки оплавлением	85§ 19.	Особенности сварки оплавлением различных ма¬
териалов . .	95§ 20.	Термическая обработка и зачистка грата .	102§ 21.	Краткая технология сварки некоторых деталей	ЮЗГлава V.	Машины для стыковой сварки	116§22.	Станины и плиты	116§ 23.	Зажимы....	117§ 24.	Электроды-губки . .	119§ 25.	Привод	121§26.	Электрические схемы	126§27.	Машины для сварки сопротивлением	128§ 28.	Машины для сварки непрерывным оплавлением	130§ 29.	Машины для сварки импульсным оплавлением испециальные машины для сварки труб	135Глава VI.	Технология точечной сварки	138§30.	Разновидности точечной сварки .	138§31.	Формирование соединения и его прочность . .	139§ 32.	Подготовка к сварке и правка сварных деталей	149§33.	Выбор режима сварки	150§ 34.	Сварка различных материалов .	. 155§35.	Сварка деталей разной толщины	164§ 36.	Односторонняя сварка	166270
Глава VII.	Машины для точечной сварки	168§37.	Устройство точечной машины	168§38.	Корпуса и привод сжатия	170§39.	Аппаратура управления	175§ 40.	Электроды	177§41.	Машины переменного тока	184§ 42.	Машины с выпрямлением тока	186§43.	Конденсаторные машины	188§ 44.	Клещи и пистолеты ...	190§ 45.	Специальные машины и роботы	191Глава VIII.	Технология шовной сварки 		198§ 46.	Разновидности шовной сварки .	198§47.	Формирование соединения . .	201§ 48.	Подготовка к сварке и выбор режима сварки	204Глава IX.	Машины для шовной сварки		.211§ 49.	Электродные головки и электроды-ролики .	211§ 50.	Привод сжатия и вращения роликов	214§51.	Машины переменного тока	218§ 52.	Машины с выпрялением тока	220§53.	Конденсаторные машины	222Глава X.	Шовно-стыковая сварка	 225§ 54.	Разновидности шовно-стыковой сварки и подготов¬
ка к сварке .	225
§55.	Формирование соединения и его свойства	226
§ 56.	Сварка с накладками	, 227
§57.	Сварка с раздавливанием кромок	228
§ 58.	Машины для шовно-стыковой сварки	230Глава XI.	Технология рельефной сварки	 232§ 59.	Разновидности рпьефной сварки	232§ 60.	Формирование соединения и его прочность	235§61.	Подготовка деталей к сварке	238§ 62.	Выбор режима сварки	240Глава XII.	Машины для рельефной сварки	246§ 63.	Электроды-плиты . .	246§ 64.	Машины переменного тока ....	247§65.	Машины низкочастотные и конденсаторные	. 249§ 66.	Настройка и контроль работы контактных машин 252Глава XIII.	Дефекты, контроль качества сварных соединении иправила безопасной сварки	254§ 67.	Дефекты стыковой, точечной, шовной и	рельефнойсварки .	254§68.	Контроль качества сварки.	256§ 69.	Правила безопасной работы	265§ 70.	Правила пожарной безопасности		267Условные обозначения .	. . 268Рекомендуемая литература	. . 269
Николай Сергеевич КабановСВАРКА НА КОНТАКТНЫХ МАШИНАХЗаведующий редакцией Г.П. Стадниченко
Редактор НА. Цветкова
Младшие редакторы НМ. Захарова, ОМ. Каткова
Художественный редактор В.И. Мешалкин
Технический редактор ЛЖ Щербакова
Корректор ГА. Чечеткина
Оператор НМ. СпиридоноваИБ № 4970Изд. №М-258 Сдано в набор 20.06.85. Подл, в печать 21.10.85 Т-20229.
Формат 84x108/32. Бум. офс.	№l Гарнитура Пресс-Роман#Печать высокая. Объем 14,28 уел. печ. л. 14,49 усл.кр.-отт. 16,24 уч-издл.
Тираж 60 000 экз.	Зак. № 1138 Цена 35 коп.Издательство ’’Высшая школа”, 101430, Москва, ГСП-4, Неглинная ул.Д. 29/14Набрано на наборно-пишущих машинах издательства.Отпечатано в Московской типографии № 4 "Союзполиграфпрома”
при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии
и книжной торговли.129041, Москва Б. Переяславская ул., 46.