Сварка вращающимся трансформатором.

Ток подводится к одной стороне детали роликовыми электродами, несущими вра­щающийся сварочный трансформатор, а сжатие кромок производится боковыми на­жимными роликами. Сварка осуществляется непрерывно под давлением по торцо­вым поверхностям кромок после их достаточного нагрева. Применение: сварка заго­товок труб продольными швами.

Рис.7. Сварка вращаю­щимся трансформатором труб с пазом:

1 — сварочный трансфор­матор (вращающийся транс­форматор); 2 — охлаждение; 3 — изоляция; 4 — ролико­вые электроды; 5 — свароч­ный шов; 6 — боковые на­жимные ролики; 7 — стол; 8 — труба с пазом; 9 — сва­ренная часть трубы.

 

Границы применимости. Параметры: диаметр трубы 8—500 мм. Толщина листа: толщина стенок трубы s = 0,5—3 (15 мм). Группы материалов; нелегированные и низколегированные трубные стали. Область использования; изготовление сварных прецизионных стальных труб, труб с резьбой, водопроводных труб и труб теплообменных аппара­тов, а также профильных труб из полосовой стали.

Параметры: сварочный ток 30—200 кА; скорость сварки 8 - 70 м/мин; мощность сварки 100—2000 кВА; частота 50—400 (900) Гц.

Рекомендации по исполнению сварных соединений: стыкуемые кромки трубы должны быть прямыми и чистыми (протравленными или обработанными пескоструйным способом), параметры стыка должны обеспечивать плотное стыковое соединение.

 

1.1.3.2 Фольгостыковая сварка.

Листы можно сваривать без нахлестки встык с двусторонним подводом стальной фольги по схеме, показанной на рис. 8. Ток течет по фольге вдоль стыка кромок и нагревает их края. Для сварки всех сталей обычного качества целесооб­разно применять фольгу из осветленной низколегированной мягкой стали. При сварке листов из легированных сталей фольга должна иметь одинаковый с ними состав. Ширина фольги 4 мм, толщина 0,2—0,5 мм.

Рис. 8. Фольгостыковая сварка: С — стык; Р₁ и Р₂ — роликовые электроды, Ф₁ и Ф₂ — фольга; Н₁ и Н₂ — направляющие для фольги.

 

1.1.3.3 Сварка с раздавливанием кромок.

При этом способе сварки электроды переме­щаются по узкой нахлестке кромок листов, которые в результате нагрева проходя­щим током пластифицируются и под действием сжимающего усилия раздавливаются. Образуются швы с гладкой поверхностью и небольшим усилением. Толщина места соединения почти равна толщине одного листа. Для предотвращения относительного смещения листов в процессе сварки их предварительно прихватывают или зажимают в сборочных приспособлениях. Кромки могут сдавливаться не роликовыми элек­тродами, а специальными нажимными роликами, сжимающими их еще в горячем состоянии (Prep lap).

 

ДУГОПРЕССОВАЯ СВАРКА

Нагрев производится дугой, горящей непродолжительное время между соединяе­мыми поверхностями свариваемых деталей. Соединение образуется при ударной осадке.

 

Приварка болтовых деталей постоянным током

Болт устанавливают в сварочном пистолете и возбуждают дугу либо через тонкий выступ на его торце (рис. 11.), либо подъемом болта после короткого замы­кания. Дугу можно возбуждать и с помощью кольца, надеваемого на конец болта (рис. 12). В зависимости от развития процесса сварки различают два технологических ва­рианта способа.

При варианте Нельсона (Nelson) на привариваемый конец болта надевают флю­совое кольцо. Болт устанавливают на детали и через короткозамкнутую цепь болт - деталь пропускают сварочный ток. При подъеме болта с помощью магнита воз­буждается дуга между торцом болта и противоположным ему участком на по­верхности детали (возбуждение дуги при подъеме болта). После выключения тока и ударного прижатия болта к детали образуется соединение.

Рис. 11.

Рис. 12.

 

При варианте Кик-Арк (Сус—Arc) на конец болта наносят покрытие из алюми­ниевого сплава. Так же, как и флюс при первом варианте, покрытие обеспечи­вает ионизацию дугового промежутка и раскисление сварочной ванны. Керамиче­ское кольцо на конце болта служит для изоляции сварочной ванны от окружающей атмосферы, для концентрации дуги на ограниченном участке детали и для форми­рования усиления шва. Болт подают к детали в процессе горения дуги до тех пор, пока он не опустится в сварочную ванну. После этого ток выключают. Спе­циальной подготовки поверхности листа или детали, к которой приваривают болт, не требуется. Однако ржавчину, окалину и краску необходимо удалять сталь­ными проволочными щетками. Можно приваривать болты диаметром 2—25 мм. Производительность сварки 10 болт/мин, в особых случаях до 30 болт/мин.

Источники питания током. В. большинстве случаев применяют специальные трансформаторы с последовательно включенным выпрямителем, реже преобразова­тели Сварочные токи 250—2500 А при длительностях горения дуги 0,1—1 с.

Материалом болтовых деталей и деталей, к которым они прива­риваются, могут быть все свариваемые конструкционные стали, коррозионно-стойкие, кислотостойкие, жаропрочные и окалиностойкие стали. Для приварки алюми­ниевых болтов диаметром 6—12 мм необходимы приспособления, обеспечивающие газовую защиту. Так как сварочная ванна остывает быстро, возможно недопу­стимое повышение твердости в зоне термического влияния закаливающихся сталей. В таких случаях время сварки следует увеличивать.

Болтовые детали (шпильки, цилиндрические штифты, анкеры для железо­бетонных конструкций с головкой и болты), привариваются с возбуждением дуги подъемом после короткого замыкания.

 

Приварка болтовых деталей разрядом конденсатора

Болты диаметром до 8 мм приваривают путем разряда конденсатора. При этом способе, известном под названием способ Грахама (Graham), предварительно заря­женный конденсатор разряжается на промежуток между торцом болта и поверх­ностью детали. Отрицательный полюс батареи конденсаторов соединен с болтом. Торец болта при разрядке оплавляется. Возможна сварка болтов с листами и болтов с болтами. Для этого применяют конденсаторные батареи емкостью не менее 10⁶ мкФ. Напря­жения заряда составляют от нескольких сотен до тысячи вольт, сварка длится не­сколько миллисекунд. Благодаря короткому времени сварки можно соединять детали из разнородных материалов. Максимальный диаметр болта 8 мм. Производительность сварки 15 болт/мин, а при пневматической подаче болтов 60— 85 болт/мин.

Рис. 13. Ударная конденсаторная сварка болтов:

1 — болт (с острым концом); 2 — подкладка; 3 — зажим; 4 — магнит или пружина длявыполнения удара; 5 — ручной сварочный пистолет; 6 — зарядная часть конденсатора; 7 — прибор зарядного напряжения; 8 — источник питания магнитной катушки; 9 — размыкатель; 10 — уровни болта

 

В зависимости от процесса образования разряда также различают два техноло­гических варианта способа. На конце болта имеется тонкий цилиндрический выступ. В одном из вариантов болт и деталь контактируют через выступ уже перед началом сварки. Ток большой плотности концентрируется в выступе и пос­ледний быстро плавится и испаряется. В образующемся зазоре возбуждается дуга.

По мере движения болта в сторону детали дуга укорачивается и гаснет при по­гружении болта в сварочную ванну. Обеспечивается воспроизводимость процесса в узких пределах.

В другом варианте болт и деталь устанавливают перед началом сварки с зазором. После подачи в сварочную цепь напряжения болт перемещают в сторону детали. При касании детали и выступа происходят те же процессы, что и в первом ва­рианте, однако воспроизводимость процесса образования разряда несколько хуже. Поэтому возможен большой разброс показателей прочности и пластичности сварного соединения. Разброс можно уменьшить, используя вспомогательную дугу, возбуж­даемую при подъеме болта после предварительного короткого замыкания и питае­мую током от отдельного источника. При перемещении болта к детали и разряде конденсатора, возбуждается основная сварочная дуга.

Рис. 14. Свариваемость ма­териалов болта и подкладка:

/ — не свариваются;//—нет данных; /// — сварива­ются хорошо; 1 — алюмини­евые сплавы; 2 — алюминий (99.5 %); 3 — латунь; 4 — высоколегированная хромоникелевая сталь; 5 — низкоуглеродистая сталь

 

Границы применимости. Размеры: диаметр болтов d = 3—8 мм; максимальная длина болтов / = 120 мм. Группы материалов: углеродистые и низколегированные стали; низкоуглеродистые стали; высоколегированные хромоникелевые стали; цветные металлы (алюминий) и сплавы цветных металлов (медные и алюминиевые сплавы).

Область использования: автомобилестроение и вагоностроение, судостроение и строительство конструкций, тяжелое машиностроение и химическое приборостроение для приварки болтов с резьбой, для крепления листов, труб, теп­лообменников и химической аппаратуры.

Параметры: напряжение заряда 20 - 100 В; емкость конденса­тора 60 Ф; плотность тока 10⁶ А/мм² (в зоне острого конца); продолжи­тельность сварки 5—6 мс; производительность 10—15 болтов/мин.

Техника сварки. Для сварки каких-либо материалов при данном диа­метре болта и толщине подкладки нужно знать только напряжение заряда и точно определить расстояние между болтом и подкладкой; слишком высокое на­пряжение заряда приводит к образованию брызг и вызывает появление пустот в зоне плавления. Для устранения пустот, газовых пузырей и в целом для получения высококачественного соединения нужно очистить свариваемые компоненты от окалины, жира и других загрязнений. Присадочные материалы не используются. Свариваемые материалы и их комбинации пред­ставлены на рис. 14.

 

Прессовая сварка дугой, вращающейся в магнитном поле.

При взаимодействии тока, протекающего через проводник, и магнитного поля соз­дается усилие, перемещающее проводник.

Рис. 15. Схема сварки вращающейся ду­гой: 1 — изделие; 2 — зажимные колодки (жесткие); 3 — зажимные колодки (допу­скающие возможность обжатия); 4 — ос­новной источник питания; 5 — магнитная катушка; 6 — источник питания магнит­ной катушки; 7 — аппарат для зажигания дуги.

 

Существуют два варианта способа, при которых дуга горит либо непосредственно между свариваемыми деталями либо между деталями и вспо­могательным электродом. Принципиально оба варианта не отличаются друг от друга. Возбужденная дуга взаимодействует с магнитным полем и вращается в зазоре (около 1,5 мм) между свариваемыми деталями (как правило, трубами). Торцы бы­стро нагреваются, а сварка осуществляется осадкой при выключенном сварочном токе и выключенных магнитных катушках. При сварке труб магнитные катушки устанавливают с двух сторон от стыка так, чтобы они не касались труб». Время сварки составляет несколько секунд, а давление 60—80 МПа. Этот способ, легко поддается автоматизации, применяют преимущественно для сварки стальных трубных заготовок с толщиной стенок до 4 мм. Возможна сварка заготовок толщиной до 8 мм.

Границы применимости. Размеры: диаметр труб 8 – 9 мм, толщина стенок 1,5 мм. Группы материалов; углеродистые и низколегированные трубные стали (полуспокойные, спокойные) с содержанием углерода не более 0,45%; теплостой­кие стали; высоколегированные хромоникелевые стали.

Область использования; водопроводные системы и нагревательные трубопроводы для оборудования строящихся зданий, а также для выполнения работ на монтажной площадке и в мастерских, трубопроводы гидравлических систем (номинальное давление 16 МПа). Трубопроводы для теплообменников электростанций. Стыковые соединения обычных и фасонных труб. Производство транспортного оборудования (осей, валов, распорок). Массовое производство элементов трубопроводов и сварка обрезков труб в от­дельную трубу.

Параметры; сварочный ток 80—1000А; продолжительность сварки: без программы по току 0,5—1,5 с; с программой по току 5—15 с; сварка сложных сечений и хромоникелевых сталей 15-5-25 с; удельное давление при обжатии 30—100 МПа (для обычных трубных сталей), 200—300 МПа (для хромоникелевых сталей). Дуга вращается, вдоль ребра стыкового соединения со скоростью от 8 м/с в начале сварки до 100 м/с.

 

ГАЗОПРЕССОВАЯ СВАРКА

Состыкованные в специальных устройствах детали из стали или меди нагревают ацетилено-кислородным пламенем в области сварного шва до температуры сварки. Сварное соединение образуется при последующей осадке. Схемы двух способов газопрессовой сварки (с боковым и торцовым нагревом) показаны на рис. 10.140 (16).

 

Температура сварки должна быть на 100—150 °С ниже тем­пературы солидуса свариваемого металла, в частности для стали 1200 °С. Время подогрева должно, быть достаточным для нагрева деталей до этой температуры по всему сечению. Другим важным параметром режима является ве­личина осадки. При сварке сталей минимальная величина осадки, требуемая для получения соединения высокого качества, тем больше, чем выше содержание в нем углерода. Чувствительным критерием оценки влияния величины осадки на свой­ства сварных соединений является их ударная вязкость. При сварке сталей, упрочненных в холодном состоянии, осадку часто выбирают равной диаметру сва­риваемых стержней. Качество соединений, выполненных газопрессовой сваркой, можно улучшить нормализацией.

Минимальное давление осадки для нелегированных сталей 25—35 МПа, для низколегированных сталей до 45 МПа и для высоколегированных и холодноупрочненных арматурных сталей 60—80 МПа. Основные области применения: сварка железнодорожных рельсов, арматурных сталей, а также медных контактных проводов.

При контактировании полупроводниковых элементов с проволокой диаметром 7—100 мкм из золота и сплавов золота или алюминия ее часто приваривают к кон­тактным площадкам термокомпрессией (соединение типа шляпки гвоздя). Этот способ контактирования, применяемый в полупроводниковой технике, является, по существу, прессовой сваркой с подогревом от 200 до 400 °С. На конце проволоки при отделении ее ранее приваренной части от катушки нагревом газовым пламенем образуется шарик. Проволока подводится принудительно по каналу в центри­рующем конусе инструмента. Шарик опускается на контактную площадку и при­варивается к ней с раздавливанием.

Границы применимости. Параметры: арматурные стали, пруток диаметром 10—40 мм, сортовой профиль высотой до 200 мм.

Группы материалов: свариваемые стали, преимущественно арма­турные.

Области использования; арматурные стали в строительстве и трубы в металлообрабатывающей промышленности; железнодорожный транспорт, сварка встык железнодорожных рельсов, монтажная сварка.

Виды горелок; плоская горелка для газовой сварки, кольцевая горелка для газовой сварки при нормальном регулировании пламени.

 

ЛИТЕЙНАЯ СВАРКА ДАВЛЕНИЕМ (ТЕРМИТНО-ПРЕССОВАЯ СВАРКА)

Заформованный участок сварки нагревается при заливке специально расплавленным теплоносителем (например, термитным способом), а соединение осуществляется под давлением. Способ применяется редко. При сварке тепло непосредственно переносится жидким теплоносителем. Оно образуется при химическом взаимодействии алюминиевого порошка и оксида металла с образованием оксида алюминия (шлака) и металла. Шлак или специальный флюс с высокой температу­рой плавления сливают из тигля раньше теплоносителя, что предотвращает непо­средственный контакт между теплоноси­телем и свариваемым металлом. Нагре­вающиеся до температуры сварки детали соединяются под давлением (рис. 17).

Границы применимости. Размеры; трубные профили и стыки рельсов любого сечения. Группы материалов: стали с эквивалентом по углероду С < 1,2 %.

Рис. 17. Принцип сварки:

1 — шлак; 2 — жидкий расплав; 3 — сва­риваемое изделие; 4 — наклонный тигель; 5 — форма.

 

Область использования: монтаж труб, сварка рельсов верхнего строения пути железнодорожного тран­спорта. Параметры: температура реакции 2730 С, температура термитной сварки 2000—2400 °С (шлак), 1300 °С (расплавленное железо), скорость плавления при термитно-прессовой сварке (стыковой) 12—15 кг/ч. Скорость сварки соответствует скорости разливки расплавов для сварки. Продолжительность сварки рельсового стыка (включая предварительные и окончательные работы) 40 мин. Разделка кромок при стыковом соединении без скоса кромок, гладкий срез, торцовые поверхности зачищены до металлического блеска.

 

КАМЕРНАЯ СВАРКА

Камерная сварка применяется преимущественно для ремонта кабелей. Концы обеих жил нагревают в камере до расплавления в течение 1,2—4 с мощным импульсом про­ходящего тока плотностью 300—400 А/мм², а затем слегка сдавливают. Ка­мерой может служить трубчатая керамическая втулка с отверстием, диаметр ко­торого равен 1,1 диаметра проводника. Она удерживает сварочную ванну и защи­щает ее от доступа воздуха. В результате образуется короткий, однородный беспо­ристый цилиндрический литой блок (длина 0,5—0,8 d_пр.).

 

КУЗНЕЧНАЯ СВАРКА

Место соединения нагревают пламенем до температуры сварки, а затем проковы­вают, прокатывают или прессуют.