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

Подождите немного. Документ загружается.

1 2 3

Обезжиривание

Тринатрийфосфат, г . . . . . . . . . . . 40...60

Едкий натр, г . . . . . . . . . . . . . . . . . 10...25

Жидкое стекло, г . . . . . . . . . . . . . . 20...30

Температура раствора, ºС . . . . . . .80...90

Промывка

В горячей воде (30...50 ºС), затем

в проточной холодной воде

Снятие старого хроматного

покрытия

Едкий натр, г . . . . . . . . . . . . . . . 300...400

Температура раствора, ºС . . . . . . .70...90

Нейтрализация

В растворе хлорного ангидрида

Травление

Азотная кислота, г . . . . . . . . . . . . .40...60

Температура раствора, ºС . . . . . . .15...25

Промывка

В проточной холодной воде

Магниевые сплавы

Пассивирование

Хромовый ангидрид, г . . . . . . . 200...250

Температура раствора, ºС . . . . . . .18...25

Промывка

В горячей воде (30...50 ºС), затем

в проточной холодной воде

Последовательность сварки точек в узле устанавливают так, чтобы сварить

все точки при минимальном шунтировании тока и возможно меньших сварочных

деформациях. Протяженные швы прихватывают от центра к краям попеременно,

начиная сварку с участков повышенной жесткости (вблизи ребер жесткости, на за-

круглениях и т.д.). Обечайки прихватывают попеременно точками, расположенны-

ми диаметрально противоположно. После прихватки остальные точки желательно

сваривать подряд.

Простые узлы, зафиксированные по сборочным отверстиям в приспособлени-

ях, обычно сваривают без прихватки на стационарных машинах. После постановки

точек прихватки сварные узлы должны контролироваться. Проверяются основные

размеры узла, соответствие постановки точек прихватки технологическим картам,

качество этих точек и величина зазора между деталями.

2.10.4. Структура и прочностные показатели точечно-сварных соединений

В процессе точечной сварки металл за короткое время нагревается от комнат-

ной температуры до температуры плавления и снова охлаждается до комнатной тем-

пературы. Такое тепловое воздействие на основной металл приводит к характерным

изменениям его структуры.

В структуре сварной закалённой точки можно выделить три характерные об-

ласти (рис. 2.22 а):

- область 1 – расплавленное

и застывшее ядро, средняя температура которого

превышала температуру плавления. Поскольку металл в ядре находился в расплав-

ленном состоянии, структура его оказывается сходной с той структурой, которую

имеет жидкий металл, залитый в металлическую форму;

- область 2 – плотный слой, окружающий ядро, в пределах которого металл

подвергался закалочному нагреву;

- область 3 – зона, в которой наблюдается изменение размера зерна, но закалки

не происходит.

Рис. 2.22. Характерные области в

структуре сварной точки

Рис. 2.23. Распределение твёрдости в

структуре сварной точки

Если нержавеющая или углеродистая сталь сваривалась по простейшему

циклу без дополнительного импульса тока, то сварная точка вследствие закалки

обладает повышенной твёрдостью и пониженной пластичностью согласно ли-

нии 1 (рис. 2.23). Такое распределение твёрдости резко снижает вибрационную

стойкость соединения. Если был применён сварочный цикл с дополнительным

импульсом термообработки, то структура зерна выравнивается, закалка

снима-

ется, и твёрдость распределяется согласно линии 2 (рис. 2.23). При этом в зоне

термического влияния закалённая прослойка может быть снята полностью

(рис. 2.22 а) или резко закалённая структура будет переведена на умеренную.

Прочность точечно-сварных соединений проверяется при испытаниях на

разрыв (рис. 2.24 а). При этом разрушение соединения может происходить или

вырывом всего ядра точки из металла одного листа, или посредством среза по

плоскости контакта. Разрушение с вырывом хорошо сваренной точки происхо-

дит в том случае, если её диаметр превышает четырёхкратную толщину свари-

ваемого листа. Действующие при таком испытании силы и эпюры напряжений

представлены на рис. 2.24 б. При воздействии силы F

на детали 1 и 2 вследст-

вие эксцентриситета

происходит изгиб нахлёстки, и на сварную точку дейст-

вуют одновременно усилия среза F

ср

и отрыва F

отр

. В точках 3 и 4 при этом

возникает концентрация напряжений (сечение I-I), в то же время на некотором

расстоянии от этих точек (сечение II-II) действуют равномерно распределённые

напряжения. С увеличением силы F система стремится занять устойчивое по-

ложение и поворачивается на некоторый угол

. При этом возрастает усилие

отрыва F

отр

(рис. 2.24 в). В общем случае для точечносварных соединений, вы-

полненных в соответствии с ГОСТ 15878-79, сопротивление металла отрыву

намного меньше, чем сопротивление срезу. Очаг разрушения находится в зоне

концентрации напряжений и распространяется в толщине металла и заканчива-

ется вырывом точки из основного металла. При этом концентрация напряжений

на узком участке периферии сварной точки примерно в 2…4 раза больше, чем в

основном металле. В результате этого происходит преждевременное разруше-

ние соединения, в котором обычно не исчерпана прочность, определяемая ра-

ботой точки на чистый срез. Вследствие этого одноточечные нахлёсточные со-

единения

практически не используются, на практике применяют соединения из

трёх и более точек.

а)

б) в)

Рис. 2.24. Испытание на разрыв точечно-сварного соединения:

а – схема нагружения; б – эпюры напряжений в сечениях I-I и II-II; в – схема

деформации соединения

2.11. Контактная рельефная сварка

Рельефную сварку можно определить как разновидность контактной то-

чечной сварки, при которой необходимая плотность тока в месте будущего

сварного соединения создается не рабочей поверхностью электрода, а соответ-

ствующей формой свариваемых изделий. Эта форма изделия создаётся искусст-

венно путём получения местных выступов (рельефов) различной формы или

является естественной в связи с

конструктивными особенностями соединения.

Рельефная сварка получает всё большее распространение благодаря своим

преимуществам:

1. Одновременная сварка нескольких точек за один ход электрода – это

увеличивает производительность труда. Число точек, свариваемых одновре-

менно, определяется возможностью оборудования создать необходимый сва-

рочный ток и усилие на электродах. На тонколистовых сталях одновременно

сваривают до 20 рельефов.

2. Более компактное расположение сварных соединений, чем при точеч-

ной сварке на многоэлектродных машинах при

сварке деталей небольших раз-

меров из листовых металлов.

3. Размещение рельефов с меньшим шагом и ближе к кромке свариваемых

деталей, чем при точечной сварке. Это позволяет использовать рельефную

сварку для приварки различных крепёжных деталей к деталям из листовой ста-

ли при их малой опорной поверхности.

4. Расположение точек на ранее определённых

рельефом местах. Меньшие

следы от сварки улучшают внешний вид соединения. Этот способ пригоден для

сварки лицевых поверхностей.

5. Возможность сварки листовых металлов с отношением толщин 1:6 и

более.

6. Лучшая свариваемость листовых сталей с окисленной поверхностью,

так как штамповка рельефа и большое давление частично разрушают плёнки

окислов, снижают и стабилизируют контактное соединение.

Возможность сварки соединений вкрест, Т-образных, герметичных,

стыковых раздавливанием и др.

8. Расширение номенклатуры свариваемых металлов при использовании

промежуточных вставок.

9. Высокая стойкость электродов при их правильной конструкции и хоро-

шей системе охлаждения. Однако общий расход электродных материалов при

этом обычно не снижается, так как электроды имеют большую площадь сопри-

косновения с

деталью, и при зачистке обрабатывается большая поверхность.

10. Оборудование для рельефной сварки менее сложное по сравнению с

многоэлектродными машинами для контактной точечной сварки. Его инстру-

ментальная оснастка (электроды и приспособления) проще, поэтому и перена-

ладку на другие операции производят быстрее.

В то же время рельефной сварке присущи и некоторые недостатки, кото

рые необходимо учитывать при разработке технологии сварки, элементов сва-

рочного оборудования и при оценке технико-экономической целесообразности

ее применения.

К таким недостаткам следует отнести:

- более высокую вероятность возникновения выплесков металла в момент

включения сварочного тока, для предупреждения которых целесообразно при-

менять импульсы тока с плавным нарастанием, увеличивать начальную силу

сжатия

, использовать машины с малой массой подвижных частей и направ-

ляющими, снабженными подшипниками качения;

- сложность конструкции сварочной головки и механизма сжатия при од-

новременной сварке нескольких рельефов;

- усложнение конструкции электродов и их эксплуатации особенно при

многорельефной сварке;

- необходимость создания рельефов штамповкой, высадкой или точением,

что связано с дополнительными затратами, окупающимися лишь в условиях

массового производства.

Различают рельефную сварку: внахлёстку (листы); вкрест (стержни); Т-об-

разную (к листам торцами приваривают стержни, втулки, заглушки и т.д.).

Наиболее широко применяют сварку листов внахлестку со штампованными

рельефами (см. рис. 2.25, а - в). Для сварки листов из сталей и титановых спла-

вов используют одиночный круглый рельеф сферической формы (а). При малой

длине нахлестки применяют рельефы удлиненной формы (б), что позволяет по-

лучить необходимую площадь, а следовательно, и прочность соединения. Для

сварки металла толщиной 0,4...0,6 мм рекомендуются кольцевые рельефы (в),

которые обладают повышенной прочностью и мало сминаются под действием

силы сжатия до включения тока.

При сварке алюминиевых и других сплавов (например, медно-цинковых

и медно-никелевых) с малой жаропрочностью хорошо использовать сплошные

рельефы, создаваемые горячей высадкой в процессе формообразования детали

(см. рис. 2.25, г). Такие рельефы характеризуются повышенной стойкостью и

позволяют получать сварные соединения с формированием литого ядра. При

рельефной сварке деталей различной толщины (например, специальных гаек с

листом) компактные рельефы разнообразных формы и высоты получают хо-

лодной высадкой, располагая их у края гайки для облегчения закрытия зазора

между деталями (см. рис. 2.25, д). Для миниатюрных деталей из разноименных

металлов малой толщины (<0,3...0,4 мм) целесообразно изготовлять рельефы в

виде пирамид треугольного (е) или трапецеидального сечения, размещая их на

детали с более высокой тепло-, электропроводностью. При этом общая пло-

щадь свариваемой поверхности с рельефами может составлять <1 мм

Рельефную сварку пластин толщиной 10...25 мм и более, когда штам-

повка рельефов затруднительна, имеет смысл осуществлять с применением

вставок (см. рис. 2.25, ж) из листа круглой или продолговатой формы диа-

метром (0,5...0,6)s и толщиной (0,12...0,15)s. При необходимости вставка может

быть из другого по составу металла, что позволяет улучшить свариваемость и

легировать металл литого ядра. Иногда рельефы-вставки изготовляют в виде

проволочных колец (з), шариков и шайб (и).

Широкое применение нашла рельефная сварка тавровых соединений (см.

рис. 2.25, к - с), когда одна из деталей своей торцовой поверхностью привари-

вается к развитой поверхности другой детали. Различают два вида тавровых

соединений: торцовые и соединения с острой гранью. У торцовых соединений

рельеф имеет сферическую (к) или конусную форму (л). С помощью кольцевых

рельефов можно сваривать втулки и трубы с листом с образованием герметич-

ного соединения (см. рис. 2.25, м, н). Герметичные тавровые соединения можно

получить и при вваривании деталей в отверстие листа или трубы методом

острой грани (о-с).

Рис. 2.25. Основные группы рельефных соединений

Для соединения внахлёстку рекомендуют круглый рельеф Международ-

ного института сварки (рис. 2.26).

Рис. 2.26. Рельеф Международного института сварки с размерами инструмента

для полос толщиной δ

Для обеспечения высокого качества рельефной сварки применяют моду-

лирование импульса сварочного тока: начальное нарастание тока, которое уст-

раняет начальный выплеск, способствуя обжатию расплава при деформирова-

нии усилием сварки. Ток нарастает от 0,3…0,5I

св

до I

св

Ковочное усилие P

прикладывают перед выключением тока, ориентиро-

вочно P

=1,2Р

св

Предварительное обжатие рельефа производят с усилием F

пр

=0,5…1,2F

св

которое плавно возрастает во времени. Сварочное усилие F

св

пропорционально

количеству одновременно свариваемых рельефов.

Для сварки различного типа крепежа применяют электроды, изображён-

ные на рис. 2.27. Для размещения деталей в нижнем электроде 3 в простейшем

случае (рис. 2.27 а) высверлено только отверстие. Но это может привести к

шунтированию тока и подгоранию резьбы на деталях, нестабильному качеству

сварки. Запрессовка в отверстие изолирующей

втулки 4 из текстолита или пла-

стмассы (рис. 2.27 б) предотвращает шунтирование. Для предохранения изоля-

ции от быстрого износа применяют защитную стальную втулку 5, которую

также запрессовывают в отверстие (рис. 2.27 в) или покрывают прочным за-

щитным составом. Рабочую поверхность верхнего электрода 2 для сварки таких

деталей изготавливают по форме контактной поверхности головки

детали.

Верхний 2 и нижний 3 электроды крепятся в электрододержателях 1 обычной

конструкции, применяемых для сварки. В этом случае электроды с электродо-

держателями могут устанавливаться в обычные машины для контактной точеч-

ной сварки типа МТ.

Рис. 2.27. Электроды для рельефной сварки крепёжных изделий

Наиболее широкое применение рельефная сварка находит для соединения

различных мелких деталей крепежа, втулок, скоб, осей и других с более круп-

ными деталями из листовой стали. Рельефы обычно получают на мелких дета-

лях холодной высадкой одновременно в процессе их изготовления. В зависимо-

сти от

назначения и требуемой прочности эти детали имеют разную форму и

число рельефов. С увеличением общей их площади увеличивается соответст-

венно и прочность сварного соединения. В изделиях с кольцевыми рельефами

возможно получение герметичных соединений.

Шестигранные гайки с тремя рельефами для быстрой фиксации по отвер-

стиям с резьбовым отверстием М4…М12 приваривают к

листовой стали тол-

щиной 0,7…3,0 мм. Гайки изготавливают холодной высадкой. В настоящее

время получили распространение специальные приварные гайки, изготавливае-

мые согласно отраслевому стандарту (рис. 2.28 и 2.29). Гайка на

рис. 2.28 предназначена для приварки к листовой низкоуглеродистой стали тол-

щиной 0,6…1,2 мм, гайка на рис. 2.29 – к стали толщиной 1,2…3,0 мм. Гайки

отличаются формой и высотой рельефа.

Чем больше толщина листа, тем боль-

ше высота и масса рельефа.

Согласно отраслевому стандарту на приварные болты (рис. 2.30) по тре-

бованию потребителя их можно изготавливать с двумя типами покрытий: цин-

ковым и цинковым с хромированием (толщина 6…9 мкм).

Обозначение

d (6H)

(h11)

A m n h s

(h13)

Основной

№ нор-

мали

М 4 8 8,5 9,8 4 5,5 12 40984

М 5 8 8,5 9,8 4 5,5 12 40980

М 6 8 8,5 10 4,5 6 13 40969

М 8 11 11,5 13 5 7,5 16 40982

М 10х1,25 13 13.5 15 6 8,5 17 40983

Рис. 2.28. Основные размеры типовых гаек для приварки к стали толщиной

0,6…1,2 мм

Рис. 2.29. Основные размеры типовых гаек для приварки к стали толщиной

1,2…3,0 мм

Обозначение

d (6H)

(h11)

m n h s

(h13)

Основной

№ нормали

М 4 8 8,5 10 2,2 6 13 40779

М 5 8 8.5 10 2,2 6 13 40780

М 6 8 8.5 10 2,2 6 13 40987

М 8 11 11.5 14 3 7 17 40988

М 10х1,25 13 13,5 16 3 8 19 40989

М 12х1,25 15,5 15,5 18,5 3,5 10 22 40968

Резьба d M5 M6 M8 M10 х 1,25

D 13 14 17 19

h 2,5 2,5 3,5 3,5

b 1 1 1,3 1,3

m 0,8 1 1,2 1,5

n 2,5 2,5 3 3

m 9,5 10,5 13 15

R 2,2-0,4 0,3-0,5 0,3-0,5 0,3 - 0,5

10 41135 41148 41413

12 41138 41136 41407

(14) 40822 41408

16 41140 41147 41149

(18) 41139 41141 41409

20 41414 41410 41144

(22) 41142 40810 41404

25 41415 41143 41416

(28) 40820 41412 41420

30 40816 41411 41417

35 41419 41150 41137

40 40817 40811 41418

45 40818 40812 41145

50 40819 40813 41146

55 40814 40831

Длина l

Основной номер нормали

40815 40852

Рис. 2.30. Основные размеры типовых болтов для рельефной сварки с листовы-

ми деталями толщиной 0,7…3,0 мм