Сварка и свариваемые материалы. Том 2. Технология и оборудование

Оборудование для высокочастотной сварки по отбортованным кромкам применяется, как правило, для изделий массового производства.

Втабл. 18.7 приведены технические данные ряда изделий, для которых разработаны технология и оборудование для высокочастотной сварки плав­ лением по отбортованным кромкам.

Втабл. 18.8 приведены технические характеристики установок для высо­ кочастотной сварки правлением по отбортованным кромкам, разработанные ВНИИЭСО.

Установка УВЧКЗ-25/0,44 (табл. 18.8) применяется для сварки плоских

секций маслонаполненных отопительных радиаторов по контуру отверстий в ступицах. Такой вид радиаторов (см. табл. 18.7, п. 7) широко используется как в СССР, так и за рубежом. В состав установки (рис. 18.5) входят: ис­ точник питания, нагрузочный контур, сварочное устройство с двумя свароч­ ными индукторами, обеспечивающими одновременную сварку двух отверстий, загрузочно-разгрузочное устройство для фиксации свариваемых секций в про­ цессе сварки, их перемещения по вертикали в приемное гнездо и выгрузки готового изделия. Загрузка секций производится вручную. Установка вы­ полняет сварку десятисекционных радиаторов. По сравнению с газовой свар­ кой в десятки раз повышается производительность труда, ликвидируется расход ацетилена и кислорода, присадочных материалов, улучшаются усло­ вия труда. По сравнению с точечной контактной сваркой производительность

Г л а в а 19 ДУГОКОНТАКТНАЯ СВАРКА

Впервые электрическая дуга, управляемая магнитным полем, была ис­ пользована для автоматической приварки труб к плоскости конической ду­ гой, анодное пятно которой перемещалось по оплавляемому торцу трубы, а катодное сосредоточивалось на неплавящемся электроде.

Неподвижность одного из активных пятен вращающейся дуги ограни­ чивала ее применение для сварки разных видов соединений.

Способ сварки электрической дугой с вращающимся в магнитном поле катодным и анодным активными пятнами, разработанный во ВНИИЭСО, позволяет существенно расширить область применения этого вида сварки. В ряде случаев он имеет значительные технико-экономические преимущества по сравнению с контактной стыковой сваркой, сваркой трением, дуговой

сваркой в среде СОгДугу, оба активных пятна которой вращаются, можно возбуждать ме­

жду свариваемыми частями изделия, либо между изделием и вспомогатель­

встречу один другому. В результате в зазоре между деталями магнитное поле имеет радиальную составляющую. Дугу воз­ буждают между торцами деталей. Одна из свариваемых дета-

лей является анодом, вторая — катодом. При взаимодействии тока дуги / и радиальной составляющей магнитного поля Вр создается усилие Г, приводящее дугу во вращение. Эта сила, направление которой перпендикулярно направлению тока в дуге и направлению магнитного поля, заставляет дугу перемещаться по поверхности торцов со скоростью, достигающей нескольких десятков метров в секунду. При многократном обходе дуги по торцу трубы разогрев происходит по всему периметру. При на­

с ниппелями, сплошные сечения, изделия некруглого сечения (квадратные, прямоугольные, овальные), а также могут быть приварены трубы и стержни к плоской поверхности и др.

В табл. 19.1 приведены наиболее распространенные формы сварных соединений и размеры деталей, для которых имеется подробно разработанная технология.

С помощью дугоконтактной сварки свариваются: малоугле­ родистая сталь, легированная сталь, аустенитные стали, медь, латунь, бронза, возможна также сварка металлов и в таких сочетаниях, как сталь с медью, алюминий с медью и др. Хо­ рошо свариваются металлы и сплавы с разными видами по­ крытий (оцинкованные, омедненные и др.).

Условия сварки наилучшие при одинаковой толщине стенки. В случае сварки изделий разных сечений, например трубы со стержнем, желательно обеспечить одинаковые сечения в зоне сварки на глубину всего лишь 2—3 мм.

19.3. Технические преимущества способа

Основными преимуществами дугоконтактной сварки являются:

—высокая производительность процесса — в 2—5 раз больше, чем при общепринятых способах сварки;

—не требуются сварочные материалы;

—незначительный расход электроэнергии — в 3—5 раз меньше по сравнению с другими способами сварки;

—экономия материала свариваемых деталей. Припуск на оп­ лавление в 3—4 раза меньше, чем при контактной сварке оплавлением и сварке трением;

—прочность сварного соединения выше прочности основного металла без заметного снижения пластичности; отсут­ ствуют поры, раковины, инородные включения и другие дефекты;

—высокая герметичность. Сварные соединения выдерживают высокое давление;

—сохранение антикоррозионных покрытий; покрытие разруша­ ется только в зоне шва;

—грат (наружный и внутренний) значительно меньше, чем при стыковой контактной сварке, и равномерно распределен по периметру.

19.4.Область применения

Основные направления применения дугоконтактной сварки:

—сварка трубопроводов в монтажных условиях непосредст­ венно на объектах строительства, сварка на производствен­ ных базах труб в плети, заготовка сварных блоков с после­ дующим соединением их на объектах;

—' сварка деталей транспортного и сельскохозяйственного ма­ шиностроения: валов, осей, амортизаторов, патрубков и др.;

сварка в котлостроении: теплообменников, экономайзеров и др.;

—• сварка Т-образных соединений: приварка фланцев, угольни­ ков, тройников;

сварка отходов, например труб.

19.5. Технология сварки

Основными п арам етрам и при дугоконтактной сварке являю тся: сварочный ток, врем я разогрева, скорость перемещ ения дуги, скорость и усилие осадки, величина рабочего зазо р а м еж ду св а ­ риваемыми частям и .

Удовлетворительное формирование шва возможно при раз­ ных значениях сварочного тока и длительности разогрева. Каж­ дому сечению соответствует свой диапазон сварочных токов, в пределах которого обеспечивается удовлетворительное фор­

мирование шва.

На рис. 19.3 приведена зависимость длительности разогрева от величины сварочного тока для разных сечений полых изде­ лий с толщиной стенки до 6 мм.

Важным параметром при выборе режима сварки является значение величины радиальной индукции в зазоре, определяю­

сварного соединения. Исходя из этого определяется радиаль­ ная индукция в зазоре.

При сварке на мягких режимах может быть применено про­ граммирование режима по току. Весь процесс разогрева в этом случае состоит из двух стадий: 1) подогрев на малом токе;

2)импульсное увеличение тока (длительность <1 с). Величина удельного давления и скорость осадки несколько

выше, чем при контактной сварке. Так, удельное давление (Н/мм2) составляет 70—80 для малоуглеродистой стали, 200 для аустенитных сталей и 120—150 при сварке труб с пласти­ ной. Скорость осадки должна составлять 80—100 мм/с для низ­ колегированных и аустенитных сталей. При сварке аустенит­ ных сталей и цветных металлов в качестве защитного газа при­ меняется аргон.

Оптимальная величина рабочего зазора между сваривае­ мыми частями изделия мало меняется от размеров сваривае­ мых изделий. Например, она составляет 2 мм для труб диамет­ ром до 60 мм и 2,5—3 мм для труб диаметром от 60 до 120 мм. Разность величин зазора в двух диаметрально противополож­ ных точках не должна превышать 1 мм.

Изучение свойств сварных соединений показало, что стыки, выполненные дугоконтактной сваркой, отличаются высоким ка­ чеством. Прочность сварного металла превышает прочность ос­ новного металла без заметного снижения пластичности. Эти свойства соединений обусловлены отсутствием пор, раковин, инородных включений и других дефектов. Соединения, выпол­ ненные на постоянном режиме, отличаются стабильностью ме­ ханических свойств. Разброс показателей предела прочности, угла загиба, ударной вязкости не превышает 5—10%. Вели­ чина грата, образующегося при сварке, равна примерно поло­ вине толщины стенки свариваемого изделия.

19.6. Контроль качества соединений

Для труб, сваренных дугоконтактной сваркой, приемлемы ме­ тоды контроля, применяемые при контактной сварке. При раз­ рушающем методе контроля сварные соединения испытывают на растяжение, изгиб, скручивание, ударную вязкость. Ведутся работы в направлении создания неразрушающих методов кон­ троля. Наиболее перспективным является создание метода ав­ томатического контроля параметров режима сварки в процессе разогрева и осадки: сварочного тока, времени разогрева, напря­ жения на дуге, скорости вращения дуги, усилия и скорости осадки.

19.7. Система возбуждения дуги

При сварке дугой, управляемой магнитным полем, для созда­ ния магнитного поля между свариваемыми изделиями приме­ няются системы возбуждения, состоящие из обмоток возбужде­ ния или из постоянных магнитов.

При дугоконтактной сварке, как правило, используются сим­ метрично расположенные с каждой стороны стыка одинаковые магниты, включенные так, чтобы магнитные потоки были на­ правлены навстречу один другому. При таком расположении желательна небольшая толщина магнитов.

Системы возбуждения магнитного поля выполняются не­ разъемными и разъемными. Неразъемные системы использу­ ются, когда сварное изделие можно протянуть через всю ма­ шину, а разъемные, когда это нецелесообразно или невозможно. Неразъемная система электромагнитов состоит из двух многовитковых обмоток.

При разъемной системе возбуждения обмотка состоит из не­ скольких отделяемых при разъеме катушек, каждая из которых имеет участки, образующие при установке их в рабочее положе­ ние два активных контура, создающих радиальное магнитное поле в зазоре. Обмотки возбуждения могут питаться от отдель­ ного источника, либо включаются последовательно в сварочную цепь. Значительно более просты системы возбуждения на по­ стоянных магнитах.

В неразъемных системах наиболее часто применяются коль­ цевые магниты, а в разъемных — набор магнитов, например, по­ луколец или сегментов, образующих в рабочем положении коль­ цевой магнит.

19.8.П ромыш ленные установки

Всостав установок для дугоконтактной сварки входят: подвжные и непод­ вижные зажимные механизмы, устройство, обеспечивающее создание рабо­ чего зазора, система возбуждения магнитного поля, механизм осадки, аппаратура управления процессом сварки, источник питания сварочной дуги.

Стационарное оборудование, как правило, содержит дополнительно уст­ ройство для механизированной загрузки заготовок и выгрузки сваренных изделий.

Зажимные механизмы предназначены для зажатия свариваемых деталей

иподвода сварочного тока.

Встационарных установках зажимные механизмы — самоцентрирующие,

обеспечивают соосность свариваемых заготовок с точностью до 0,1 мм. В за жимных устройствах предусмотрены синхронизирующие элементы, осуществ­ ляющие синхронное сближение зажимов относительно оси.

Механизмы зажатия вместе со свариваемыми заготовками в течение всего процесса разогрева остаются неподвижными, что существенно упро­ щает конструкцию установок. Один из механизмов зажатия выполняется

изолированным.

Конструкция устройства, обеспечивающего создание рабочего зазора ме­ жду свариваемыми заготовками, зависит от способа возбуждения дуги.

В стационарных установках для возбуждения дуги используется кратко­ временное замыкание дугового промежутка.

Цикл сварки автоматизирован. Аппаратура управления процессом сварки обеспечивает: управление зажатием заготовок, автоматическое управление сведением и разведением кареток для возбуждения дуги, регулируемую вы­ держку разогрева, включение осадочного давления, отключение сварочного тока и снятие давления осадки, разведение кареток после освобождения сва­ ренного изделия и возвращение схемы в исходное положение. В ряде уста­ новок предусмотрено также автоматическое управление механизированной загрузкой и выгрузкой сваренных изделий.

В качестве источников питания дуги применяются стационарные сва­ рочные выпрямители с падающими характеристиками.

Технические характеристики установок, разработанных во ВНИИЭСО,

дов в монтажных условиях. Установка снабжена двумя головками: одна массой 8 кг для сварки труб 0 21,3 и 26,8 мм, вторая массой 6 кг для сварки труб 0 10, 12 и 14 мм.

Сварочная головка (рис. 19.4) обеспечивает сварку труб на расстоя­ нии до 75 м от места расположения агрегата питания и управления. Сварка может быть осуществлена в любом пространственном положении вблизи стен н в углах помещений.

Одна из областей применения установки УДК-2701 — сварка санитарно­ технических систем зданий всех назначений.

Установка УДК-0802 предназначена для сварки труб с арматурой (нип­ пелями, штуцерами, поворотными угольниками и др.). Сварке подлежат трубы 0 8—25 мм (с толщиной стенки от 0,7 до 2 мм) черные, омеднен­ ные и с другими видами покрытий. Сваривать можно трубы прямые и гну­ тые с прямым участком не менее 60 мм.

Область применения — сварка трубопроводов гидросистем комбайнов, по­ грузчиков и др.

У с т а н о в к а УДК-6501 предназначена для сварки плунжеров гидро­ подъемников тракторных прицепов. Плунжер гидроподъемника состоит из трех частей: головки, трубы и нижней части. Эти составные части свари­ ваются одновременно.

Выгрузка деталей — автоматическая.

У с т а н о в к а УДК-2001 предназначена для сварки трубопроводов. Кон­ струкция установки проходного типа, т. е. подача труб и перемещение сва­ ренных секций осуществляется в направлении продольной оси установки.

Трубы свариваются в состоявши поставки, дополнительная подготовка дета­ лей к сварке не требуется.

У с т а н о в к а УДК-601 предназначена для сварки амортизаторов грузо­ вых автомобилей. Тип установки вертикальный. Головку амортизатора за­ гружают вручную, а заготовку трубы и выгрузку сваренного изделия осу­ ществляют с помощью манипулятора.

Раздел 3

КОНТАКТНАЯ СВАРКА

Контактная сварка — один из наиболее распространенных и быстро разви­ вающихся способов получения неразъемных соединений самых разнообразных конструкционных материалов в широком диапазоне толщин и сечений. В на­ стоящее время ~30% всех сварных соединений выполняются с помощью контактной сварки, а по существующим прогнозам к 2000 г. доля этого спо­ соба в мировом сварочном производстве достигнет 40% [1].

Широкое использование и перспективы контактной сварки в промышлен­ ности, особенно в массовом производстве, обусловлены следующими причи­ нами:

1.Высокой технико-экономической эффективностью и, в частности, очень высокой производительностью процесса, намного превышающей производи­ тельность других способов сварки.

2.Возможностью легкой механизации, автоматизации и роботизации про­ цесса сварки

3.Весьма благоприятным термодеформационным циклом, обеспечиваю­

щим достаточно высокое качество соединений большинства конструкцион­ ных материалов.

4. Высокой культурой и хорошими гигиеническими условиями технологи­ ческого процесса.

Контактная сварка — процесс образования неразъемных со­ единений конструкционных металлов в результате их кратковре­ менного нагрева электрическим током и пластического деформи­ рования усилием сжатия, со стороны электродов.

Согласно ГОСТ 2601—84 контактная сварка принадлежит к термомеханическому (термодеформационному) классу способов сварки. Соединение в этом случае, как и при других способах сварки, образуется за счет формирования металлических связей между атомами в зоне контакта соединяемых деталей. При этом затрачивается тепловая и механическая энергия для обеспече­ ния физического контакта и активации соединяемых поверх­ ностей.

Контактная сварка — электротермодеформационный процесс (ГОСТ 2601—84), так как нагрев осуществляется проходящим током за счет выделения теплоты на электрических сопротивле­ ниях разных участков соединения, в частности в общем случае и на контактных сопротивлениях, что послужило причиной появ­ ления термина «контактная сварка». В других странах (США, Япония, Великобритания) для определения этого способа полу­