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

Подождите немного. Документ загружается.

201

форматоры, обеспечивающие разогрев свариваемых деталей до пластического

состояния. Необходимое для сварки сжатие разогретых в процессе сварочного

цикла деталей осуществляется электродами, связанными с приводами усилия

сжатия, роль которых выполняют малогабаритные пневмо- и гидроцилиндры.

Тип современной многоэлектродной точечной машины для контактной

сварки обозначается буквами МТМ, где М – машина, Т – точечная, М – много-

электродная

, а также цифрами, которые обозначают порядковый номер маши-

ны, например МТМ-242.

Многоточечные машины классифицируются:

1) по способу подвода тока: а) двусторонний; б) односторонний;

в) двусторонний со спаренными трансформаторами;

2) по схеме работы: а) с последовательным зажатием изделия; б) с одно-

временным зажатием изделия и коммутацией тока во вторичном контуре;

в) многотрансформаторные

машины;

3) по приводу механизма сжатия: а) с гидравлическим; б) c пневматиче-

ским; в) c пневмогидравлическим;

4) по общей конструкции: а) многоточечные машины; б) многоточечные

сварочные пресса;

5) по положению детали в пространстве во время сварки; а) горизонталь-

ные; б) наклонные; в) вертикальные; г) с несколькими плоскостями сварки;

6) по конструкции станин: а) С-образные

; б) двухстоечные; в) четырех-

стоечные;

7) по специализации: а) специальные; б) со сменной оснасткой (штампа-

ми);

8) по способу загрузки и съема: а) ручные; б) полуавтоматические; в) ав-

томатические;

9) по роду монтажа: а) стационарные и б) передвижные.

7.2. Схемы работы многоэлектродных машин

В современной промышленности используются три принципиальные схе-

мы

и несколько комбинированных.

В машинах с последовательным зажатием изделия электродами (гидрома-

тики) свариваемое изделие зажимается поочередно разными парами электродов

1, которые приводятся в действие сварочными пистолетами 2 (рис. 7.1 а).

Управление последовательностью работы их осуществляется гидравлическим

распределителем ГР. Действие сварочных пистолетов синхронизируется с вклю-

чением и выключением сварочного тока, которое осуществляется

также гидрав-

лическим распределителем ГР. Давление в гидравлической системе создается

масляным насосом МН или от пневмогидравлического повысителя давления. Ос-

новной недостаток этой системы, снижающий производительность труда, это

потеря времени на ход электродов при их последовательной работе. Отсутствие

одновременного и длительного зажатия электродами изделия ухудшает тепло-

202

отвод и способствует остаточным деформациям изделия. В настоящее время эта

система используется только в комбинации с другими.

а) б)

в)

Рис. 7.1. Схемы работы многоэлектродных машин:

СТ – сварочный трансформатор; ПС – переключатель ступеней; ИК, – игни-

тронный контактор; РВ – реле времени; ГР - гидравлический распределитель

давления; РТ – распределитель тока; ЭДР – электродвигатель распределителя

тока; КР – каретка распределителя; НК и ПК – неподвижные и подвижные кон-

такты распределителя; МН – масляный насос; ЭД –электродвигатель масляного

насоса

В машинах

с одновременным зажатием изделия и коммутацией тока во

вторичном контуре (электроматики) свариваемое изделие зажимается всеми

электродами 1 одновременно, а сварочный ток подается к электродам через то-

кораспределитель РТ (рис. 7.1 б). Преимуществом этих машин является более

высокая производительность по сравнению с гидроматиками и меньшая дефор-

мация свариваемых деталей из-за их одновременного

зажима и лучшего отвода

тепла электродами, остающимися в контакте с изделием во время всего цикла

сварки. Недостатками этой системы являются большие размеры вторичного

контура, увеличивающие мощность машины, сложность токораспределителя и

большой сварочный ток (10…18 кА), проходящий через разъемные контакты.

Из-за этих недостатков система находит все меньшее применение и заменяется

более

совершенной многотрансформаторной (рис. 7.1 в). К сварочным пистоле-

203

там постоянно подключен определенный сварочный трансформатор. Отсутст-

вие коммутатора во вторичном контуре позволяет уменьшить его размеры, что

снижает вторичное напряжение и соответственно уменьшает габаритные раз-

меры и мощность трансформатора. В этой системе изделие также зажимается

всеми электродами одновременно.

Если машина рассчитана на небольшое число точек и имеет соответст-

венно немного сварочных трансформаторов, то они равномерно распределяют-

ся по фазам подводящей электросети и включаются одновременно. При боль-

шом их числе потребуется создание слишком мощных электросетей. В этом

случае применяется последовательное включение отдельных групп сварочных

трансформаторов, осуществляемое специальными распределительными устрой-

ствами. Преимуществами такой системы являются более высокая надежность

машины благодаря отсутствию сложных токораспределителей во вторичном

контуре, снижение мощности, повышение cos φ и более равномерная загрузка

фаз. Машины этого типа более универсальны, так как позволяют обеспечить

выбор разных режимов сварки для различных групп сварочных пистолетов. В

зависимости от условий сварки в этих машинах применяются различные сис-

темы подвода тока во вторичном контуре, в том числе и двусторонняя схема со

спаренными трансформаторами.

7.3. Основы технологии многоточечной сварки листовых деталей

Успешному использованию многоэлектродных машин для контактной

сварки способствует тщательная конструкторская и технологическая проработ-

ка каждого изделия, подлежащего сварке.

К изделию, свариваемому на многоэлектродной машине, предъявляются

следующие требования:

1. Изделие должно изготовляться из материалов, хорошо сваривающихся

электрической контактной сваркой.

2. Сложное изделие должно быть рационально разделено на подузлы опти-

мальных габаритов с оптимальным расположением сварных швов.

3. Изделие должно содержать минимальное число ранее приваренных (или

прикрепленных другим способом) деталей, затрудняющих доступ электродов

к местам сварки.

4. Базы фиксации свариваемого изделия (на кондукторе или столе машины)

должны совпадать с базами фиксации как при изготовлении деталей, так и

при сборке сваренной сборочной единицы в готовом механизме (в машине и

пр.).

5. Изделие должно иметь минимальное число сварных швов на лицевых

поверхностях.

6. Конструкция свариваемого изделия должна обеспечивать возможность

расположения электродов при точечной сварке под углом к плоскости сварки

не менее 82...85°.

204

7. Расстояние между двумя соседними точками сварного точечного шва

(или соседними сварными швами) не должно быть менее 40–50 мм, так как

при дальнейшем уменьшении этого расстояния требуется с целью сохранения

качества сварных точек изменить значение сварочного тока для компенсации

шунтирования тока через соседние точки (ряды точек).

8. Минимальная величина нахлестки (при нахлесточном соединении дета-

лей) должна быть выдержана в строго определенных пределах (в зависимости

от толщины и марки свариваемого материала).

Режимы сварки в значительной степени зависят от способов подвода то-

ка к свариваемым изделиям. В табл. 7.1 представлены схемы наиболее часто

встречающихся в машинах способов подвода тока к местам сварки и техноло-

гические рекомендации по применению того или иного способа.

Наибольшее распространение в многоэлектродных машинах для кон-

тактной сварки получил способ одностороннего токоподвода, так как, во-

первых, он применяется при сварке габаритных тонколистовых конструкций, а

это именно такие изделия, которые рационально сваривать на мно-

гоэлектродных машинах. Во-вторых, этот способ обеспечивает наибольшую

простоту электросварочной части машины, не создает трудностей при проек-

тировании подающих механизмов и, кроме того, позволяет решать простыми

средствами конструктивное оформление фиксирующих механизмов, кондук-

торов и механизмов съема готовых изделий. В одной машине могут приме-

няться различные способы подвода тока к сварочным электродам.

В качестве исходных данных для подбора параметров режима сварки на

многоэлектродной точечной машине при двустороннем токоподводе могут

служить данные для точечных машин общего назначения, приведенные в

табл. 7.2.

Большое влияние на режимы сварки оказывают конструктивные осо-

бенности вторичных контуров, состояние их контактных соединений, состоя-

ние контактных поверхностей свариваемых деталей, а также способ подвода

тока к сварочным электродам.

Для подбора режимов сварки на машинах с односторонним токоподво-

дом в качестве исходных могут служить данные, приведенные в табл. 7.3, по-

лученные для односторонней двухточечной сварки. При этом необходимо

учитывать следующее:

1. Односторонняя сварка пригодна для тонколистового материала (до 1

мм) без гальванических защитных покрытий.

2. Односторонняя сварка пригодна для листов толщиной более 1 мм, но с

шагом между точками не менее 100 мм.

3. При односторонней сварке листов различной толщины более тонкий лист

должен располагаться со стороны токоподводящих электродов, при этом режи-

мы сварки подбираются исходя из толщины

более тонкого листа.

Многоэлектродные точечные машины применяются также для сварки

листов с защитными гальваническими покрытиями, чаще всего для сварки

оцинкованных тонколистовых сталей.

205

Таблица 7.1

Способы токоподвода в многоэлектродных контактных

сварочных машинах

Схема Наименование токоподвода Рекомендация к применению

Двусторонний Сварка деталей, точки на кото-

рых расположены вблизи края.

Для бесследной сварки на ли-

цевых поверхностях изделий

(со стороны электродов с раз-

витой поверхностью).

Односторонний на токове-

дущей подкладке с контр-

электродами

Сварка деталей толщиной до 1

мм. Сварка деталей толщиной

более 1 мм но с шагом не менее

100 мм. Для увеличения произ-

водительности. Для снижения

электрической мощности обо-

рудования.

Односторонний с «фальши-

вым» электродом и контр-

электродами

Сварка деталей толщиной до 1

мм. Для уменьшения размеров

вторичных контуров при зна-

чительных габаритах сваривае-

мого изделия. Для упрощения

конструкции многоэлектродной

машины. Токоподвод со сторо-

ны более тонкой детали (при

различной толщине деталей).

Встречный токоподвод

(пушпульная система)

Сварка деталей толщиной бо-

лее 1 мм. Для снижения потерь

на шунтирование. Подключе-

ние первичных обмоток сва-

рочных трансформаторов к ли-

нии питания должно быть та-

ким, чтобы в каждой паре со-

прикасающихся друг с другом

сварочных электродов получа-

лась обратная полярность.

Двусторонний с коссвенным

подводом тока

Для упрощения конструкции

машины. Возможна сварка тол-

столистовых деталей.

Односторонний без токове-

дущей подкладки

Для упрощения конструкции

машины. При подводе тока

только со стороны более тон-

кой детали. Сварка возможна

только при определённом соот-

ношении толщин.

206

Таблица 7.2

Параметры режима сварки низкоуглеродистых сталей на многоэлектрод-

ной точечной машине при двустороннем токоподводе

Толщина материала, мм Параметр

0,6 0,8 1 1,2 1,5 1,8 2 2,5

Режим А

Диаметр контактной по-

верхности электрода, мм

4 4,5 5 6 6,5 - - -

Усилие сжатия, кН 1,22 1,76 2,2 2,94 3,43 - - -

Сварочный ток, кА 7 9 10,5 11,5 13 - - -

Длительность протекания

сварочного тока, с

0,1 0,12 0,16 0,2 0,24 - - -

Режим Б

Усилие сжатия, кН 0,98 1,22 1,47 1,76 2,25 2,94 3,43 3,43

Сварочный ток, кА 6 8,5 9,5 10 11 12,5 12,5 13,5

Длительность протекания

сварочного тока, с

0,1 0,12 0,2 0,26 0,34 0,4 0,48 0,6

Режим В

Усилие сжатия, кН 0,98 1,22 1,47 1,76 2,25 2,94 3,43 3,43

Сварочный ток, кА 5,5 7 7,5 8 9,2 9,6 11 11,5

Длительность протекания

сварочного тока, с

0,2 0,26 0,32 0,4 0,48 0,54 0,68 0,8

Таблица 7.3

Параметры режима сварки низкоуглеродистых сталей на многоэлектрод-

ной точечной машине при одностороннем токоподводе (сварка на медной

подкладке)

Толщина материала, мм Параметр

0,8 1 1,2

Сварочный ток, кА 13,3 13,3 15,4

Усилие сжатия, кН 1,76 1,96 2,45

Длительность про-

хождения сварочного

тока, с

0,38 0,38 0,38

Диаметр ядра свар-

ной точки, мм

4,8…5 5,5…6 7…7,5

Разрушающее усилие

при срезе на одну

точку, кН

4,7…5,1 5,98…6,17 8,03…8,23

Расстояние между

электродами, мм

65 65 65

207

Таблица 7.4

Параметры режима контактной точечной сварки оцинкованных сталей

Толщина материала, мм Параметр

0,5 0,75 1,0 1,25 1,5

Сварочный ток, кА 7…8,8 9,4…10,5 11…13,5 13…15,5 16…17

Время прохождения

сварочного тока, с

0,1…0,13 0,13…0,2 0,15…0,33 0,23…0,3 0,23…0,32

Усилие сжатия, кН 1,37…1,59 1,76…2,05 2,85…3,33 3,23…3,72 3,82…4,9

Диаметр контактной

поверхности электрода,

мм

5 5 5 6 6

Минимальный диаметр

ядра сварной точки, мм

3,8 4,3 4,3 4,5 4,5

Разрушающее усилие

при срезе на одну точку,

кН

2,45…3,14 5,88…7,45 5,88…7,45 7,94…9,13 10,39…11,37

Сварка оцинкованных сталей имеет свои особенности:

1. Наличие покрытия изменяет контактное сопротивление деталей, сле-

довательно, и условия нагрева и сварки.

2. Покрытие значительно ухудшает условия работы сварочных электро-

дов и, как следствие - снижает их стойкость.

3. Необходимо интенсивное охлаждение сварочных электродов.

4. В местах сварки ухудшается коррозионная стойкость изделия (при-

мерно на 20 %).

5. В связи с более низким контактным сопротивлением покрытых сталей

при сварке необходимо применение повышенных значений сварочного тока и

усилия сжатия.

6. Режимы сварки существенно зависят от способа получения

и толщины

защитного покрытия.

Для подбора режимов сварки оцинкованных тонколистовых сталей в ка-

честве исходных можно использовать данные, приведенные в табл. 7.4.

Подготовка контактных поверхностей деталей к сварке

Качество сварного соединения во многом зависит от состояния контакт-

ных поверхностей свариваемых деталей (макрошероховатости, загрязнения,

оксиды и пр.).

Выбор того или иного способа очистки контактных поверхностей сва-

риваемых деталей зависит от их габаритов, марки металла, исходного состоя-

ния поверхностей, требований к качеству сварки и возможностей предпри-

ятия.

Если свариваются штампованные детали из холоднокатаной тонколи-

стовой низкоуглеродистой стали (например, 08кп, 08Ю и пр.), покрытой в со-

208

стоянии поставки слоем нейтральной смазки, то очистка не требуется, так как

тонкий слой этой смазки выдавливается из мест контакта при приложении

сварочного усилия.

Операция очистки особенно необходима для сильно загрязненных и

окисленных деталей, а также, если на сварку поступают детали после глубо-

кой вытяжки, при которой применяются графитовые смазки, частично остаю-

щиеся на поверхности.

На современных предприятиях процесс мойки деталей, предназначен-

ных для сварки на контактных машинах, полностью механизирован. Мойка

осуществляется струйными механизированными агрегатами, устанавливае-

мыми в поточных линиях. Детали проходят через моечные камеры подвешен-

ными к конвейерной цепи. Мойка производится горячим (до 90°С) водным

раствором (1…1,5 %) кальцинированной соды, после чего детали обдуваются

сухим сжатым воздухом и поступают к сварочным машинам.

Однако не потеряла своего значения и механическая очистка деталей

(металлическими щетками, дробеструйная, пескоструйная, абразивная и пр.),

применяемая в мелкосерийном производстве. При этом необходимо принимать

меры для удаления с поверхностей деталей остатков материала, которым осу-

ществляется механическая очистка.

Особенности сборки-сварки крупногабаритных изделий

из листовой стали

Многоэлектродные точечные машины в автомобильной промышленно-

сти и в сельхозмашиностроении используются для сварки крупногабаритных

изделий из тонколистовой стали.

Сборка-сварка этих изделий имеет свои особенности, которые следует

учитывать при проектировании многоэлектродных машин, а также при техно-

логической подготовке изделий к сварке:

1. Малая жесткость изделия требует надежной фиксации свариваемых

деталей на кондукторе (столе) машины без деформации изделия зажимными

приспособлениями.

2. Вследствие применения многоэлектродных машин в массовом и

крупносерийном производстве сборка деталей под сварку должна осуществ-

ляться с минимальными зазорами для обеспечения взаимозаменяемости сбо-

рочных единиц в готовом механизме (машине).

3. Необходимы дополнительные меры (конструктивные или технологи-

ческие) для съема готового изделия с машины или передачи его на очередную

технологическую позицию.

4. Для уменьшения габаритов вторичных контуров проектируемой мно-

гоэлектродной машины на свариваемом изделии желательно предусмотреть

места для возможного использования «фальшивых» (холостых) электродов

при одностороннем подводе тока.

209

5. Если мелкие детали, приваренные к крупной листовой заготовке, рас-

полагаются с двух ее сторон, то должна быть предусмотрена надежная фикса-

ция этих деталей как на кондукторе машины, так и на верхней оснастке (чаще

на электродах); в этом случае могут быть использованы пружинные или маг-

нитные фиксаторы.

Требования к качеству сварки и контроль качества сборки-сварки

изделий

Требования к качеству сварки изделий оговариваются в задании на раз-

работку той или иной многоэлектродной машины; эти требования согласуются

с указаниями конструкторов по качеству сварки, которые имеются на черте-

жах каждой сборочной единицы, оснащаемой для сварки на многоэлектродной

машине.

Основными показателями, характеризующими прочность сварного то-

чечного шва, являются диаметр литого ядра точки (или разрушающая нагрузка

на точку при срезе), число сварных точек на изделии, их расположение, а так-

же глубина вмятин на поверхности изделия, оставляемых сварочными элек-

тродами.

Все перечисленные показатели качества сварки контролируются путем

внешнего осмотра, испытания либо проведением измерений различными при-

борами.

При внешнем осмотре проверяются число сварных точек на изделии, их

расположение, величина шага, наличие наружных выплесков, разрывов, ве-

личина деформации сборочных единиц и пр. Глубина вмятин от электродов

может быть измерена индикатором часового типа либо по макрошлифу дета-

ли. Величина зазоров между деталями не должна превышать 20 % толщины

толстой детали у детали толщиной до 2 мм и 15 % – при толщине свыше

2 мм.

Путем механических испытаний определяются минимальные допусти-

мые разрушающие усилия сварных точек (на срез). Полученные результаты

сравниваются с табличными, имеющимися в различных источниках. Разруше-

ние соединения в месте сварки при испытании на срез должно сопровождаться

вырывом точки из основного металла (сквозным или несквозным) либо ее сре-

зом.

Контроль качества сборки деталей под сварку осуществляется путем за-

меров по готовым контрольным изделиям либо тщательной настройкой верх-

ней и нижней оснасток многоэлектродной машины по мастер-макету. Послед-

ний способ контроля находит наибольшее распространение в автомобильной

промышленности (КамАЗ, ГАЗ, ВАЗ и пр.).

210

7.4. Компоновка многоэлектродных машин

Основой конструкции многоэлектродной точечной машины является ее

электросварочная часть, на раме которой устанавливаются сварочные транс-

форматоры, приводы усилия сжатия с электрододержателями и электродами,

шины, различное вспомогательное оборудование, пневмо- и гидроаппаратура,

элементы электрооборудования, системы охлаждения и пр.

Конструктивное оформление электросварочной части многоэлектродной

машины определяется в основном конфигурацией свариваемых деталей, распо-

ложением сварных швов, числом сварных точек, принятой схемой машины, ее

циклом и пр.

На рис. 7.2 приведены некоторые типы компоновок электросварочной

части многоэлектродных точечных машин (механизмы перемещения и фикса-

ция свариваемых деталей не показаны).

На рис. 7.2 а представлена простейшая схема электросварочной части

машины. На неподвижных рамах 1 и 3 установлены сварочные трансформато-

ры 2 и 4 и приводы сварочного усилия 5 и 6. Схема машины находит примене-

ние для сварки плоских деталей, не имеющих выступающих элементов, пре-

пятствующих перемещению изделия в зоне сварочных электродов. Минималь-

ный шаг рядного точечного шва определяется диаметром применяемых приво-

дов усилия сжатия (или величиной поперечного перемещения свариваемого из-

делия).

Машины подобного типа могут иметь и односторонний токоподвод. В

этом случае сварочные электроды одного из рядов являются шунтирующими.

На рис. 7.2 б показана схема компоновки машины с двумя поворотными

электросварочными частями 1 и 4. Целью разворота является увеличение рас-

стояния между электродами 2 и 3 для свободного перемещения свариваемого

изделия, имеющего выступающие элементы. Разворот балок осуществляется

приводными цилиндрами 5 через систему рычагов 6. Для обеспечения син-

хронности поворота служат зубчатые колеса 7 и 8.

Разведение сварочных электродов возможно и при поступательном пере-

мещении балок вверх-вниз, однако описываемый вариант компоновки является

предпочтительным с точки зрения конструктивного оформления машины.

Сварка швов, расположенных в пространстве под некоторым углом отно-

сительно друг друга на изделиях коробчатой формы, выполняется машиной,

показанной на рис. 7.2 в. Поворот электросварочной части 3 осуществляется

приводным цилиндром 1, при этом приводы сварочного усилия 2 и 4 распола-

гаются под углом к горизонтали, что обеспечивает сварку швов, также распо-

ложенных под углом к горизонтали.

Доступ сварочных электродов 2 внутрь коробчатого изделия 4, располо-

женного на каретке машины «дном вверх», обеспечивается техническим реше-

нием, схема которого представлена на рис. 7.2 г. Верхняя балка 3 неподвижна,

нижняя выполнена поворотной. При повороте нижние сварочные электроды 2

выводятся из полости свариваемого изделия 4 и не препятствуют его шаговому