Климов А.С., Смирнов И.В. Основы технологии и построения оборудования для контактной сварки

Подождите немного. Документ загружается.

111

4.2.4. Выбор геометрических размеров электродов

Электроды для контактных точечных машин состоят из следующих час-

тей: рабочей части, средней части и посадочной части. Каждая часть электрода

в процессе работы выполняет определённые функции.

Рабочая часть обеспечивает непосредственный контакт (электрический и

механический) электрода со свариваемым изделием и имеет рабочую поверх-

ность

1 (рис. 4.15 а), форма и размеры которой являются важной технологиче-

ской характеристикой электрода. ГОСТ 14111-90 «Электроды прямые для кон-

тактной точечной сварки» предусматривает две формы рабочей поверхности:

плоская и сферическая.

Средняя часть электродов

2 (рис. 4.15 а) соединяет рабочую и посадоч-

ную части и определяется диаметром d

. ГОСТ 14111-90 предусматривает сле-

дующие значения

: 10, 13, 16, 20, 25, 32 и 40 мм для максимальных усилий на

электроде

max

соответственно: 2,5, 4, 6,3, 10, 16, 25 и 40 кН. Средняя часть

обычно используется для закрепления соответствующих инструментов, приме-

няемых при съёме электродов.

Части электродов, обеспечивающие их соединение с элементами вторич-

ного контура машины, должны удовлетворять требованиям надёжной передачи

сварочного тока и усилия сжатия. У электродов для контактной точечной свар-

ки в подавляющем большинстве случаев эти функции

выполняет конусная по-

садочная часть

3 (рис. 4.15 а), хотя не исключены и другие виды соединений (на

резьбе, на резьбе с контргайкой, по цилиндрической поверхности и т.д.). Для

хорошего электрического контакта и герметичного соединения конусная по-

верхность электрода должна быть обработана не ниже R

1,25 и не иметь меха-

нических повреждений, следов окислов и других загрязнений. Для диаметров

электродов

= 10, 13, 16, 20 и 25 мм принята конусность 1:10, а для диаметров

= 32 и 40 – 1:5. Указанные размеры конусов следует применять и при изго-

товлении непрямых (фигурных) электродов, так как посадочные отверстия

электрододержателей сварочных машин имеют аналогичные размеры.

Диаметр рабочей части электрода d

ориентировочно вычисляют по фор-

муле

3S2d

⋅

, (4.22)

где

S – толщина свариваемой детали, мм.

После этого его приводят к стандартной величине (табл. 4.6). Если раз-

ность толщин свариваемых элементов составляет не более 30 % толщины тон-

кой детали, то d

выбирают по меньшей толщине, если более 30 % но менее 2:1,

то размеры устанавливаются для каждой детали в отдельности. Если отношение

толщин более 2:1, то со стороны тонкой детали устанавливают электрод с d

меньшим на 25…30 %.

Внутренняя часть большинства электродов имеет канал

4 (рис. 4.15 а) для

подачи охлаждающей воды. Внутри охлаждающего канала находится трубка,

по которой поступает вода. Диаметр охлаждающего канала

определяется не-

обходимым для охлаждения расходом воды и достаточной прочностью элек-

трода.

112

а) б)

в)

г)

Рис. 4.15. Электроды для контактной точечной сварки

В зависимости от конфигурации средней части электроды для точечной

сварки подразделяются на прямые и фигурные. Прямые электроды в соответст-

вии с ГОСТ 14111-90 выполняются с симметричным расположением рабочей

поверхности и со смещённым или скошенной рабочей поверхностью.

При сварке большинства металлов можно использовать электроды с пло-

ской

(цилиндрической) или сферической рабочей поверхностью. Электроды со

сферической поверхностью имеют большую стойкость и менее чувствительны

к перекосам при установке, чем электроды с плоской поверхностью. Поэтому

электроды со сферической поверхностью рекомендуется применять в машинах

радиального типа и клещах. При сварке легких сплавов используются только

электроды со сферической рабочей поверхностью, так как

плоская поверхность

в этом случае формирует вмятины и подрезы на поверхности точек.

113

Таблица 4.6

Геометрические размеры электродов, мм для контактной точечной сварки

по ГОСТ 14111-90

Тип А Тип В Тип С

Тип D Тип Е Тип F

при l

max

кH

1:X c l

max

16 20 25 32 40 50 63

10 4 5,5 2 13 14 13 25 4 29 33 38 45 53 63 - 2,5

13 5 7,5 3 16 15 14 32 5 32 36 41 48 56 66 79 4

16 6 8,5 4 20 16 15 40 6 - 40 45 52 60 70 83 6,3

20 8 10,5 5 25 17 16 50 8 - - 50 57 65 75 88 10

25 10 13,5

1:10

6,5 31,5 18 17 63 10 - - 56,5 63,5 71,5 81,5 94,5 16

32 12,5 14 8,5 40 20 15 80 12,5 - - - 72 80 90 103 25

40 16 16

1:5

11 50 25 16 100 16 - - - - 90 100 113 40

Фигурные электроды обычно применяют при сварке небольших деталей

сложной формы (рис. 4.15 в). При больших размерах деталей с ограниченным

доступом электродов целесообразно использовать сочетание специальных фи-

гурных электрододержателей с простыми электродами (рис. 4.15 г). Фигурные

электрододержатели изготавливаются из термоупрочняемых сплавов БрХ,

БрНБТ.

Для экономии электродных материалов часто используют электроды со

сменными головками (

рис. 4.16), их основные размеры регламентированы

ГОСТ 25444-90 «Электроды прямые и электрододержатели для контактной то-

114

чечной сварки. Посадки конические», на крупных предприятиях может быть

налажено производство электродов по своим стандартам.

Для рельефной сварки болтов с листовыми заготовками в простейшем

случае могут использоваться электроды, рассмотренные в гл. 2 (рис. 2.27). При

приварке гаек к листовым заготовкам соосность отверстия детали и резьбового

отверстия гайки обеспечивается за счёт специальной конструкции нижнего

электрода, который обычно включает в себя (рис. 4.17) керамическую шпиль-

ку

1 (подпружиненную или нет), размещённую в теле электрода 2, который

имеет канал для водяного охлаждения и конусную посадку, со стороны рабочей

части электрода крепится головка

3, в целях повышения стойкости выполнен-

ная из элконайта. Элоконайт является псевдосплаом вольфрама и меди, пред-

ставляет собой частицы вольфрама округлой конфигурации, распределённые в

непрерывной матрице из чистой меди), имеет 50 % электро- и теплопроводно-

сти чистой меди и позволяет повысить стойкость электродов по сравнению со

сплавом БрХ в 20…60 раз.

Рис. 4.16. Рекомендуемые ГОСТ 25444-90 размеры электродов

со сменными головками

115

Рис. 4.17. Электроды для приварки гаек рельефных к листовым заготовкам

4.2.5. Стойкость электродов

При эксплуатации рабочая поверхность электродов подвергается цикли-

ческому нагреву (до температур 400…700

С), ударному смятию при высоких

температурах, загрязнению в результате массопереноса.

Первые два фактора вызывают постепенное увеличение исходного диа-

метра рабочей части

электрода. В результате уменьшаются плотность тока и

электросопротивление электрод-деталь, усиливается отвод теплоты в электро-

ды, поэтому диаметр ядра и глубина проплавления уменьшаются. При сварке

различных материалов характер изменения d

в процессе постановки большого

количества точек примерно одинаков, отличается лишь угол наклона кривой

(рис. 4.18).

На первом этапе в процессе приработки электродов (при постановке пер-

вых 10…100 точек) скорость деформации его рабочей части оказывается по-

вышенной вследствие развития микропластического смятия и увеличенной де-

формационной способности исходной сферической поверхности. Постепенно

процесс стабилизируется, скорость

смятия уменьшается, наступает медленный

установившийся износ из-за высокотемпературной циклической ползучести.

После сварки определённого числа точек диаметр

достигает критического

значения

э.кр

и начинается катастрофический износ.

Загрязнение рабочей поверхности приводит к повышению сопротивления

и температуры в приконтактной зоне электрода, дальнейшую активацию мас-

сопереноса и растрескивания поверхности.

Стойкость электродов и роликов – основной показатель их качества, оп-

ределяется двумя факторами: продолжительностью сохранения в допустимых

116

пределах постоянства параметров режима; продолжительностью сохранения

чистоты рабочей поверхности.

Стойкость электродов оценивается количеством точек,

кр

до 20% увели-

чения

. Эта методика применяется для сварки сталей, титановых и жаропроч-

ных сплавов.

Для алюминиевых и магниевых сплавов стойкость электродов определя-

ется загрязнением рабочей поверхности. Для этих материалов более точный

критерий – число точек до очередной зачистки электродов.

Момент получения критических размеров определяют по шаблонам на

просвет. Для электродов с плоской рабочей поверхностью –

по ширине плоской

площадки (рис. 4.19 а). Для электродов со сферической рабочей поверхностью

– по рискам, соответствующим почти плоскому участку (рис. 4.19 б). Момент

появления недопустимого загрязнения, т.е. необходимость зачистки определя-

ют визуально по началу прилипания электродов к деталям.

Рис. 4.18. Кинетика изменения

диаметра рабочей части элек-

трода в процессе сварки боль-

шого числа точек: I – приработ-

ка; II – установившийся износ;

III – катастрофический износ

Рис. 4.19. Определение критического из-

носа электродов при помощи шаблонов

Износ сварочных электродов и увеличение их рабочей поверхности при-

водит к снижению плотности сварочного тока и интенсификации теплоотвода в

электроды из сварной точки. В результате этого уменьшается глубина проплав-

ления свариваемых деталей и повышается вероятность непроваров. Современ-

ная аппаратура управления позволяет производить ступенчатое увеличение

сварочного тока в зависимости от числа проставленных точек, что позволяет в

некоторой степени компенсировать износ сварочных электродов.

Так же на роботизированном производстве применяют автоматическую

заточку

электродов. После определённого количества выполненных сварных

точек рука робота с клещами подводится к зачистной машинке, установленной

на консоли вблизи манипулятора, клещи сжимаются без пропускания сварочно-

го тока, подаётся сигнал на зачистку электродов.

117

4.3. Механизмы машин для контактной сварки

Назначение приводов контактных машин

– формирование по заданной

программе усилий и перемещений рабочих органов машины в процессе сварки.

Приводы также используются для перестановки рабочих органов машины в зо-

ну сварки, фиксации, загрузки, удаления и транспортировки свариваемых дета-

лей и других вспомогательных операций.

В машинах для контактной сварки применяют следующие виды приво-

дов:

- привод сжатия;

- привод вращения роликов;

- привод зажатия;

- привод подачи и осадки.

Точечные, рельефные и шовные машины содержат

привод сжатия. В пе-

риод протекания сварочного тока такие приводы формируют на электродах по-

стоянное или изменяющееся во времени

сварочное усилие. В необходимых

случаях такие приводы создают также

усилие предварительного обжатия (до

включения тока) и

ковочное усилие (после выключения тока), превышающие

уровень сварочного тока (см. циклограммы работы при точечной и шовной

сварке). Машины для шовной сварки имеют также

привод вращения роликов.

Стыковые машины содержат

приводы зажатия и приводы подачи.

Приводы зажатия фиксируют свариваемые заготовки посредством постоянного

усилия зажатия.

Привод подачи при сварке сопротивлением сообщает подвижной плите в

период пропускания тока

сварочное усилие, и в заключительный период уси-

лие осадки

(см. циклограмму работы при сварке сопротивлением). Привод по-

дачи при сварке оплавлением развивает переменное

усилие оплавления, обес-

печивающее перемещение подвижной плиты машины по заданному закону во

времени, и в заключительной стадии создаёт

усилие осадки (см. циклограмму

работы при сварке оплавлением).

4.3.1. Приводы зажатия машин для стыковой сварки

Привод (или механизм) зажатия служит для фиксирования положения де-

тали, удержания их от проскальзывания во время приложения осадочного уси-

лия, обеспечения необходимого контакта между деталями и токоведущими

губками.

Эксцентриковые (рис. 4.20 а) применяют в машинах малой мощности для

сварки сопротивлением. При повороте рукоятки

3 эксцентрик 4 зажимает сва-

риваемые детали в контактных губках

5 и 6. Возврат верхней губки 5 в исход-

ное положение при возврате ручки

3 осуществляется пружиной 7. Регулирова-

ние раствора губок осуществляется винтами

1 и 2.

Винтовые зажимы (рис. 4.20 б) применяют на машинах средней мощно-

сти. Зажатие деталей в колодках

3 и 4 осуществляется путём поворота винта 2

118

рукояткой 1. Основной недостаток такого привода – низкая производитель-

ность установки и зажатия деталей.

Рычажные зажимы (рис. 4.20 в) применят на машинах различной мощно-

сти: ручные и пружинные – малой мощности; пневматические – в машинах

средней мощности. Преимущество – быстрота работы по сравнению с винто-

вым зажимом.

Пневматические и гидравлические зажимы являются зажимами прессово-

го типа (рис. 4.20

г), их применяют в машинах средней и большой мощности.

Они являются быстродействующими и повышают производительность машин.

а) б) в) г)

Рис. 4.20. Приводы зажатия деталей в стыковых машинах:

а) эксцентриковый; б) винтовой; в) рычажный; г) прессовый

4.3.2. Приводы подачи и осадки машин для стыковой сварки

Привод (механизм) подачи и осадки стыковых машин выполняет сле-

дующие функции:

- при сварке сопротивлением обеспечивает сжатие деталей и их деформа-

цию (во время нагрева и осадки);

- при сварке оплавлением обеспечивает плавное сближение деталей по

определённому закону (во время оплавления) и быстрое сближение, деформа-

цию деталей (при осадке).

а)

б) в)

Рис. 4.21. Приводы подачи и осадки стыковых машин: а – пружинный; б – руч-

ной; в - электромеханический

119

Пружинные приводы (рис. 4.21 а) применяются в машинах для сварки со-

противлением малой мощности. Эксцентрик

5 отводит подвижную плиту 1 на

определённое расстояние. После установки деталей в зажимном устройстве

эксцентрик освобождают. Давление сжатой пружины

2 воспринимается дета-

лью. После разогрева торцев происходит осадка, подвижная плита при этом под

действием пружины перемещается и, нажимая на концевой выключатель, авто-

матически выключает ток. В неподвижной плите

4 имеется винт 3, которым ре-

гулируется степень сжатия пружины.

Рычажный ручной привод (рис. 4.21 б) состоит из системы рычагов, по-

зволяющих получить усилия осадки, в десятки раз превышающие усилия, при-

лагаемые сварщиком. При повороте рычага

2 направлении стрелки его колено и

серьга

4 выпрямляются и заставляют перемещаться подвижную плиту 1. Ход

рычага ограничивается упором

3, подвижная плита 1 в установленный момент

производит нажатие на концевой выключатель и автоматически выключает

сварочный ток. Применяется для неавтоматических машин малой и средней

мощности до 100 кВА. Недостаток: непостоянство скорости и усилия осадки,

зависящие от квалификации сварщика.

Электромеханический привод (рис. 4.21 в) применяется при сварке не-

прерывным оплавлением. Перемещение подвижной плиты

1 осуществляется

кулачком

2. Кулачёк приводится во вращение электродвигателем 5 через вариа-

тор скоростей

4 и червячный редуктор 3. Регулировать скорости можно и путём

поджатия винта 6, который опускает электродвигатель на необходимый уро-

вень и изменяет диаметр ведущего шкива 4 за счёт натяжения ремня.

Пневматические и гидравлические механизмы применяют при осадке,

поскольку они не обеспечивают плавного перемещения при оплавлении. Их

применяют на машинах большой мощности для автоматической и полуавтома-

тической сварки.

4.3.3. Привод вращения роликов контактных шовных машин

Привод (механизм) вращения роликов применяется при шовной сварке и

обеспечивает следующие функции: вращение роликов и перемещение деталей

при сварке (непрерывная и прерывистая сварка) или между сварками (шаговая

сварка).

Часто при сварке один ролик ведущий, второй ролик ведомый. Ведущий

ролик (обычно верхний) получает вращательное движение от электродвигателя,

установленного непосредственно на сварочной головке

или в корпусе машины.

Ведомый ролик вращается вхолостую от трения с деталью.

Механизм непрерывного вращения (рис. 4.22) состоит из асинхронного

электродвигателя

1, муфты скольжения 2, муфты 3, планетарного редуктора 4,

карданного вала

5, системы шестерен 6-11. Вращение передаётся ролику 12.

Скорость вращения по мере удаления от электродвигателя снижается, а крутя-

щий момент возрастает. Мощности электродвигателя должно с избытком хва-

тать, чтобы преодолеть сумму моментов потерь (трение качения обоих роликов

120

по деталям и трение скольжения валов роликов во втулках). Обычно мощность

таких двигателей составляет 0,5…2 кВт.

Электроуправляемая муфта скольжения

2 типа ПМС позволяет плавно

изменять скорость вращения выходного вала

7 при постоянном вращении при-

водного вала

2 от двигателя 1.

При сварке деталей с лёгкоплавкими покрытиями и в микросварке при

малых усилиях во избежание проскальзывания роликов каждый из них делают

ведущим. Отличие от привода вращения с одним ведущим роликом заключает-

ся в том, что в этом случае вращение на сварочные ролики передаётся через

стальные шарошки, что делает одинаковой скорость вращения

роликов незави-

симо от их диаметра.

Рис. 4.22. Привод вращения роликов шовной машины с вращением верхнего

ролика

4.3.4. Приводы сжатия контактных точечных и шовных машин

Привод сжатия применяется для создания сварочного давления на свари-

ваемых деталях при точечной, шовной и рельефной сварках. Он является обяза-

тельной частью точечных, шовных и рельефных машин. Привод сжатия кон-

тактных машин обычно осуществляет вертикальное перемещение верхнего

электрода при неподвижном нижнем электроде.

Приводы сжатия, применяемые в точечных машинах, разделяются на

пе-

дальные, электромагнитные, электромеханические, пневматические, пневмо-

гидравличесике и гидравлические.

Рычажный (ручной) привод – применяется в небольших точечных ма-

шинах, клещах, пинцетах при микросварке. Усилие сжатия прикладывается по

простейшей циклограмме через систему рычагов или непосредственно вруч-

ную. Усилие сжатия до 300 Н. Недостаток – непостоянство усилия и быстрая

утомляемость сварщика.