Стыковая и электродуговая сварка

Расчетно-графическая  работа по контактной сварке

 

Вариант № 2

 

Стыковая сварка.

Заготовки сваривают  по всей плоскости их касания. Для  осуществления стыковой контактной сварки применяют специальные машины ручного или автоматического  действия (рис. 1). На станине машины 1 расположены плиты 2 и 3, несущие на себе зажимы 4 и 5, предназначенные для закрепления свариваемых деталей и подвода к ним тока от вторичного витка трансформатора 6. Левая плита 2, обычно неподвижная, изолирована от станины. Правая плита 3 может перемещаться прямолинейно по направляющим станины вручную с помощью рычага, штурвала или пружин.

Рисунок 1 - Схема машины для стыковой контактной сварки

 

В зависимости от марки  металла, площади сечения заготовки  и требований к качеству соединения стыковую сварку можно выполнять несколькими способами: сопротивлением, непрерывным оплавлением и оплавлением с подогревом (рис. 1).

При стыковой сварке сопротивлением заготовки, установленные и закреплённые в стыковой машине, прижимают одну к другой усилием определенной величины, после чего по ним пропускают электрический ток. При нагревании металла в зоне сварки до пластичного состояния производится осадка. Ток выключают до окончания осадки. Этот способ сварки требует механической обработки и тщательной зачистки поверхностей торцов заготовки. Неравномерность нагрева и окисление металла на торцах понижают качество сварки сопротивлением, что ограничивает область её применения. С увеличением сечения заготовок качество сварки снижается особенно заметно, главным образом из-за образования окислов в стыке.

Этим способом соединяют  заготовки малого сечения (до 100 мм2), одинаковыми по форме с малоразвитым периметром (круг, квадрат, прямоугольник  с малым отношением сторон). Металл соединяемых заготовок должен быть однородным. Сварка сопротивлением даёт хорошие результаты для металлов, обладающих хорошей свариваемостью в пластическом состоянии – малоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей, алюминиевых и медных сплавов.

Стыковая сварка непрерывным  оплавлением состоит из двух стадий: оплавления и осадки. Заготовки устанавливают в зажимах машины, затем включают ток и медленно сближают их. При этом торцы заготовок касаются в одной или нескольких точках. В местах касания образуются перемычки, которые мгновенно испаряются и взрываются. Взрывы сопровождаются характерным выбросом из стыка мелких капель расплавленного металла. При дальнейшем сближении заготовок образование и взрыв перемычек происходит на других участках торцов. В результате заготовки прогреваются на небольшую глубину, а на торцах возникает тонкий слой расплавленного металла, облегчающий удаление окислов из стыка. В процессе оплавления заготовки укорачиваются на заданный припуск. Оплавление должно быть устойчивым (непрерывное протекание тока при отсутствии короткого замыкания заготовок), особенно перед осадкой.

При осадке скорость сближения  заготовок резко увеличивают, осуществляя  при этом пластическую деформацию на заданный припуск. Переход от оплавления к осадке должен быть мгновенным, без  малейшего перерыва. Осадку начинают при включенном токе и завершают при выключенном.

Стыковая сварка оплавлением  с подогревом отличается от сварки непрерывным оплавлением тем, что  перед началом процесса оплавления заготовки подогревают в зажимах  машины периодическим смыканием и размыканием при постоянно включенном токе. При этом происходит процесс прерывистого оплавления и заготовки укорачиваются на заданный припуск. Выдержка при замыкании составляет около 0,5 – 3 с, а при размыкании 2 – 6 с. Количество замыканий может быть от одного до нескольких десятков в зависимости от размеров сечения заготовок.

Применение стыковой сварки оплавлением с подогревом позволяет предупредить резкую закалку  и, следовательно, получить более пластичные стыки при сварке закаливающихся сталей; снизить требуемую мощность машины или на машине данной мощности сварить заготовки с большими площадями сечения; осуществить осадку при меньшем усилии; сократить общий припуск на сварку.

Стыковую контактную сварку в судостроении используют при  изготовлении якорных цепей, змеевиков холодильников рефрижераторных судов, штуцерно-торцевых соединений трубопроводов, стыковых соединений профильной стали, режущего инструмента и других изделий.

 

 

Исходные данные для расчета стыковой сварки:

Диаметр свариваемого прутка d = 3,5 мм

 

По площади свариваемого прутка подбираем основные параметры  стыковой сварки

мм².

Основные параметры  стыковой сварки сопротивлением:

Сила сварочного тока I = 280 А/мм²;

Время нагрева t_СВ.= 0,3 с.

 

Сила сварочного тока I (в A) подсчитывается по формуле:

 

I = F · j,

 

где F – площадь сечения свариваемого прутка, мм²;

j – плотность тока, А/мм²

I = 9,61 · 280 = 2690А

Величину усилия осадки P_OС (в кгс) подсчитывают как произведение удельного давления осадки р на площадь сечения свариваемого прутка F:

 

Р_OС = р · F,

 

При сварке малоуглеродистой стали удельное давление принимается равным 2 – 5 кгс/мм².

Р_OС = 4 · 9,61 = 38,4 кгс.

Установочная длина L_Н (в мм) – расстояние от торца заготовки до внутреннего края электрода стыковой машины, измеренная до начала сварки. Длина L_Н зависит от теплофизических свойств металла, конфигурации стыка и размеров заготовки. При недостаточной установочной длине детали прогреваются недостаточно, т.к. тепло интенсивно отводится в губки. Завышение ее сопровождается перегревом деталей и увеличением длины деформируемого участка. Кроме того, возможны перекосы или несоосность торцов вследствие потери устойчивости. Для углеродистых сталей установочная длина равняется

L_Н = (0,5 – 0,7) d ,

где d - диаметр свариваемого прутка, мм.

L_Н = 0,6 · d =0,6 · 3,5 = 2,1 мм

 

Припуск на осадку С_ОС (в мм) распределяется на осадку под током и осадку без тока. Если осадка недостаточна, в стыке остаются окислы и раковины, наблюдаются непроваренные участки. При завышении величины осадки качество стыков также понижается вследствие искривления волокон и перегрева металла.

Для прутков припуск  на осадку определяется:

мм.

 

Таблица 2 - Результаты расчета стыковой сварки

N п/п	Наименование параметра	Значение
1	Диаметр свариваемого прутка d, мм	3,5
2	Площадь свариваемого прутка, мм²	9,61
3	Сила сварочного тока I , А/мм²	280
4	Время нагрева tСВ,  с.	0,3
5	Сила сварочного тока I (в A)	2690
6	Величину усилия осадки POС (в кгс)	38,4
7	Установочная длина LН (в мм)	2,1
8	Припуск на осадку СОС (в мм)	1,31

 

Роликовая сварка.

Роликовая (шовная) сварка (рис. 2). Заготовки соединяют непрерывным прочно-плотным сварным швом, состоящим из ряда точек, в котором каждая последующая точка частично перекрывает предыдущую. В отличие от точечной сварки заготовки устанавливают между вращающимися роликами (или между роликами и оправкой), на которые действует усилие механизма давления Р и к которым подведён электрический ток. Толщина свариваемых листов составляет 0,2 – 3 мм. Характеристика и области применения способов роликовой сварки приведены в прил. 2. Этим методом сваривают малоуглеродистые легированные конструкционные стали, легкие сплавы, некоторые медные и титановые сплавы, а также стальные листы с покрытием (оцинкованные, луженые, освинцованные).

В судостроении с помощью  роликовой сварки изготовляют емкости, трубы вентиляции, сильфонные компенсаторы, стыки легких переборок и выгородок.

Рисунок 2 - Схемы роликовой контактной сварки: а – односторонняя; б – двухсторонняя; в – разрез сварного шва.

 

 

Исходные данные для  расчета роликовой сварки

Толщина свариваемого металла S = 0,3мм;

Плотность тока j = 390 А/мм².

 

Типы соединений для  роликовой сварки выбирают с учетом толщины и материала заготовки, а также условий работы изделия.

При изготовлении сосудов  предпочтительнее соединение с отбортовкой. При таком соединении деталь во время  сварки не вводится в сварочный контур машины, следовательно, сохраняется  постоянной величина силы сварочного тока.

Введение в сварочный  контур машины магнитных материалов, например, заготовок из малоуглеродистых сталей, вызывает рост индуктивного сопротивления, в результате чего уменьшается сила сварочного тока. Ширина отбортовки для  стальных заготовок толщиной 1 – 2 мм находится в пределах 12 – 18 мм.

Широко применяют соединение внахлестку, которое при роликовой  сварке обеспечивает высокую прочность  и плотность швов. Величину нахлестки  берут в пределах 10 – 18 мм.

Рекомендуемые параметры  режима непрерывной роликовой сварки следующие

1. Диаметр отдельных  точек dm (в мм), зависящий от  толщины свариваемых деталей,  определяется:

 

d_m = 2 · S + 2 ,

 

где S – толщина более  тонкой из свариваемых деталей, мм.

d_m = 2 · 0,3 + 2 =2,6мм.

2. Площадь контакта F, мм²:

 мм²;

3. Сила сварочного  тока I (в A) зависит от плотности  тока и площади контакта электрод-деталь  и определяется по формуле:

I = F · J

I = 5,31 · 390 = 2070,9А

4. Шаг точек а (в  мм) определяется из уравнения:

a = (0,5 – 0,7) · d_m

a = 0,6 · d_m = 0,6 · 2,6 = 1,56мм.

5. Скорость сварки V_СВ (в м/мин) определяется по формуле:

где f = 50 – частота  тока, Гц;

а – шаг точек, мм.

 м/мин.

6. Усилие сжатия Р_СЖ (в кгс) определяется:

 

Р_СЖ = р · F ,

 

где р – удельное, кгс/мм² (при сварке малоуглеродистой стали толщиной до 3 мм составляет 4 – 12 кгс/мм²). Большие значения соответствуют сварке деталей большей толщины и более жестким режимам.

Р_СЖ = 6 · 5,31 =31,9 кгс.

 

7. Ширина рабочей контактной поверхности роликовых электродов (в мм) зависит от толщины свариваемого металла S и определяется:

мм.

 

Таблица 2 - Результаты расчета  роликовой сварки

N п/п	Наименование параметра	Значение
1	Толщина свариваемого металла S, мм	0,3
2	Плотность тока j, А/мм²	390
3	Диаметр отдельных точек dm (в мм),	2,6
4	Площадь контакта F, мм2	5,31
5	Сила сварочного тока I (в A)	2070,9
6	Шаг точек а (в мм)	1,56
7	Скорость сварки VСВ (в м/мин)	9,36
8	Усилие сжатия РСЖ (в кгс)	31,9
9	Ширина рабочей контактной поверхности роликовых электродов (в мм)	4,74
10	Удельное сопротивление р, кгс/мм2	6

 

 

 

 

 

Список использованных источников

 

1. Э.С. Каракозов. Р.И. Мустафаев. Справочник молодого электросварщика.

2. В.Г. Сорокин, С.А. Вяткин «Марочник сталей и сплавов». Под редакцией В.Г. Сорокина.М.: Машиностроение, 1989 – 640 с.

3. В.И. Анурьев. «Справочник конструктора-машиностроителя. Том 3». Под редакцией И.Н. Жестковой.

4. Волченко В.Н. «Сварные конструкции». – М.: Машиностроение, 1986г.

5. Алешин Н.П., Щербинский В.Г. «Контроль качества сварочных работ» М.: Высшая школа, 1986г.