Контрольная работа по "Металлургии"

Рис. 9. Схема холодной точечной сварки и виды свариваемых точек

 

Холодной сваркой сваривают металлы и сплавы толщиной 0,2 – 15мм. Необходимое давление на металл зависит от состава и толщины свариваемого материала и в среднем составляет 150 – 1000 Мпа. Холодной сваркой сваривают однородные или неоднородные металлы и сплавы, обладающие высокой пластичностью при нормальной температуре. В недостаточно пластичных металлах при больших деформациях при сварке могут образовываться трещины. Высокопрочные металлы и сплавы холодной сваркой не свариваются, т.к. для этого требуются очень большие давления которые практически трудно осуществить. Хорошо свариваются сплавы алюминия, кадмия, свинца, меди, никеля, золота, серебра, цинка.

Преимущества:

- малый расход энергии;

- незначительное изменение свойств металла в зоне сваривания;

- высокая производительность;

- возможность автоматизации.

К недостаткам стоит  отнести относительно ограниченное количество сплавов, обладающих необходимой  пластичностью (δ > 30%), а также снижение несущей способности сварных соединений из-за глубоких вмятин на поверхности, оставляемых пуансонами.

Для соединения холодной точечной сваркой могут быть использованы любые прессы (винтовые, гидравлические, рычажные, эксцентриковые), кроме того, применяются специализированные установки  для стыковой холодной сварки.

2. Контактная сварка

Контактная сварка относится к видам сварки с кратковременным нагревом места соединения без оплавления или с оплавлением и с последующей осадкой разогретых заготовок. Характерная особенность этих процессов – пластическое деформирование, в ходе которого формируется сварное соединение.

Место соединения разогревается проходящим по металлу электрическим током, причем максимальное количество теплоты  выделяется в месте сварочного контакта. Количество выделяемой теплоты определяется законом Джоуля-Ленца:

Q = I²Rt

Q – количество теплоты, выделяемое в сварочном контуре, Дж; I – сварочный ток, А; R – полное электросопротивление сварочного контура, Ом; t – время протекания тока, с.

На поверхности свариваемого металла имеются пленки оксидов  и загрязнения с малой электропроводимостью, которые также увеличивают электросопротивление контакта. В результате в точках контакта металл нагревается до термопластичного состояния или до оплавления.

При непрерывном сдавливании  нагретых заготовок пластичный металл в местах контакта деформируется, поверхностные оксидные пленки разрушаются и удаляются к периферии стыка. В соприкосновение приходят совершенно чистые слои металла, образующие сварное соединение.

3. Контактная стыковая сварка

Стыковая сварка – разновидность контактной сварки, при которой заготовки свариваются по всей поверхности соприкосновения. Свариваемые заготовки закрепляют в зажимах стыковой машины (рис. 10). Зажим 3 установлен на подвижной плите 4, перемещающейся в направляющих, зажим 2 укреплен на неподвижной плите I. Сварочный трансформатор соединен с плитами гибкими шинами и питается от сети через включающее устройство. Плиты перемещаются, и заготовки сжимаются под действием силы Р, обеспечиваемой механизмом осадки.

 

Рис. 10. Схема контактной стыковой сварки

Рис. 11. Типы сварных соединений, выполняемых стыковой сваркой сопротивлением

 

Стыковую сварку с  разогревом стыка до пластического  состояния и последующей осадкой  называют сваркой сопротивлением, а при разогреве торцов заготовок до оплавления и последующей осадкой - сваркой оплавлением. Для правильного формирования сварного соединения необходимо, чтобы процесс протекал в определенной последовательности. Совместное графическое изображение тока и давления, изменяющихся в процессе сварки во времени называют циклограммой сварки.

Циклограмма контактной сварки сопротивлением представлена на рис. 12. Заготовки сдавливаются силой Р, включается ток, металл разогревается до пластического состояния, затем заготовки снова сдавливают - производят осадку, одновременно отключая ток.

 

Рис. 12. Циклограмма контактной стыковой сварки сопротивлением

Рис. 13. Циклограмма стыковой сварки оплавлением: S – перемещение плиты, мм; P – сила сжатия заготовок; I – сварочный ток

Перед стыковой сваркой сопротивлением заготовки должны быть очищены от оксидных пленок, и торцы их плотно пригнаны друг к другу предварительной механической обработкой.

Параметрами режима контактной стыковой сварки сопротивлением являются плотность тока j (А/мм²), сила сжатия торцов заготовки Р (Н) и время протекания тока t (с), которое определяют косвенно через величину осадки, зависящую от установочной длины L. Установочной длиной L называют расстояние от торца заготовки до внутреннего края электрода стыковой машины, измеренное до начала сварки. Она зависит от теплофизичсских свойств металла, конфигураций стыка и размеров заготовки.

Типы сварных соединений, выполняемых стыковой сваркой сопротивлением, представлены на рис. 11. Этим способом соединяют заготовки малого сечения (до 100 мм²), гак как при больших сечениях нагрев будет неравномерным. Сечения соединяемых заготовок должны быть одинаковыми по форме и с простым периметром (круг, квадрат, прямоугольник с малым отношением сторон). Сваркой сопротивлением можно сваривать ннзкоуглеродистые, низколегированные конструкционные стали, алюминиевые сплавы.

Стыковая сварка оплавлением  имеет две разновидности: непрерывным  и прерывистым оплавлением. При непрерывном оплавлении между заготовками, установленными в электродах машины, оставляют зазор, подключают источник тока и равномерно сближают заготовки. Соприкосновение происходит вначале по отдельным небольшим площадкам, через которые протекает ток высокой плотности. При этом под действием магнитного поля расплавленный и кипящий металл выбрасывается наружу. После достижения равномерного оплавления всей поверхности стыка заготовки осаживают. Циклограмма сварки непрерывным оплавлением показана на рис. 13.

При прерывистом оплавлении зажатые заготовки сближают, приводят их в кратковременное соприкосновение и вновь отводят на небольшое расстояние.

Быстро повторяя одно за другим сближения и разьединения, выполняют оплавление всего сечения. Затем выключают ток и сдавливают заготовку. Под давлением часть  расплавленного металла вместе с  оксидами выдавливается из зоны сварки.

Рис. 14. Типы сварных соединений, выполняемых стыковой сваркой оплавлением

 

Наиболее распространенными  изделиями, изготовляемыми стыковой сваркой, служат элементы трубчатых конструкций, колеса и кольца, инструмент, рельсы и т.п.

4. Контактная точечная  сварка 

Точечная сварка – разновидность контактной сварки, при которой заготовки соединяются в отдельных точках. При точечной сварке заготовки собирают внахлестку и сжимают силой Р между двумя электродами, подводящими ток к месту сварки (рис. 15). Соприкасающиеся с медными электродами поверхности свариваемых заготовок нагреваются медленнее их внутренних слоев. Нагрев продолжают до пластичного состояния внешних и до расплавления внутренних слоев. После этого выключают ток и несколько увеличивают, а затем снимают давление. В результате образуется литая сварная точка.

Точечная сварка в  зависимости от расположения электродов по отношению к свариваемым заготовкам может быть двусторонней и односторонней. При двусторонней сварке (рис. 15, а) две (или больше) заготовки 1 сжимают между электродами 2 точечной машины. При односторонней сварке (рис. 15, б) ток распределяется между верхним и нижним листами 3 и 4, причем нагрев осуществляется частью тока, протекающего через нижний лист. Для увеличения тока, проходящего через нижний лист, предусмотрена медная подкладка 5. Односторонней сваркой можно соединять заготовки одновременно двумя точками. Параметры режима точечной сварки: сила сжатия (Н), плотность тока j (А/мм ), время протекания тока t( с).

 

Рис. 15. Схема контактной точечной сварки

 

На рис. 16 показана одна из применяемых циклограмм точечной сварки. Весь цикл сварки состоит из четырех стадий: сжатия свариваемых заготовок между электродами; включения тока и разогрева места контакта до температуры плавления, сопровождающегося образованием литого ядра точки; выключения тока и увеличения сжатия (проковка) для улучшения структуры сварной точки; снятия сжатия. Перед сваркой место соединения очищают от оксидных пленок (наждачным кругом или травлением).

Точечной сваркой изготовляют  штампо-сварные конструкции при  соединении отдельных штампованных элементов сварными точками. В этом случае упрощается технология изготовления сварных узлов и повышается производительность. Точечную сварку применяют для изготовления изделий из низкоуглеродистых, углеродистых, низколегированных и высоколегированных сталей, алюминиевых сплавов. Толщина свариваемых металлов составляет 0,5 – 5 мм.

Рис. 16. Циклограмма контактной точечной сварки

 

Многоточечная контактная сварка – разновидность контактной сварки, когда за один цикл сваривается несколько точек. Многоточечную сварку выполняют по принципу односторонней точечной сварки. Машины для многоточечной сварки могут иметь от одной пары до 100 пар электродов; соответственно, можно сваривать 2 – 200 точек за одну установку изделия. Ток распределяется между прижатыми электродами специальным токораспределителем, включающим электроды попарно. Во втором случае пары электродов опускают поочередно или одновременно, а ток подключают поочередно к каждой паре электродов от сварочного трансформатора. В массовом производстве, например в автомобильной промышленности, применяют, как правило, машины, работающие по заданной программе. Производительность их очень высока – до 1000 и более точек в минуту.

5. Контактная шовная  сварка

Шовная сварка – разновидность контактной сварки, при которой между свариваемыми заготовками образуется прочное и плотное соединение. Электроды выполняют в виде плоских роликов, между которыми пропускают свариваемые заготовки.

 

Рис. 17. Схема шовной сварки

 

В процессе шовной сварки листовые заготовки 1 собирают внахлестку, зажимают между электродами 2 (рис. 17) и пропускают ток. При движении роликов по заготовкам образуются перекрывающие друг друга сварные точки, в результате чего получается сплошной герметичный шов. Шовную сварку, как и точечную, можно выполнить при двустороннем (рис. 17, а) и одностороннем (рис. 17, б) расположениях электродов.

Последовательность этапов технологических операций вначале  и по завершении сварки шва такая же, как при точечной. Сварку по циклограмме с непрерывным включением тока (рис. 18, а) применяют для коротких швов и сварки металлов и сплавов, не склонных к росту зерна и не претерпевающих заметных структурных превращений при перегреве околошовной зоны (низкоуглеродистые и низколегированные стали). Циклограмма с прерывистым включением тока (рис. 18, б) обеспечивает стабильность процесса и высокое качество сварного соединения при малой зоне термического влияния. Ее используют при сварке длинных швов на заготовках из высоколегированных сталей и алюминиевых сплавов.

Шовная контактная сварка – очень высокопроизводительный процесс, скорость его может достигать 10 м/мин. Особенно эффективно ее применение в массовом производстве листовых конструкций для получения прочных и герметичных швов, например при изготовлении емкостей. Допустимая толщина свариваемых заготовок 0,3 ... 3 мм.

 

Рис. 18. Циклограммы шовной сварки: Р – усилие сжатия; S – перемещение роликов; I – сварочный ток; t – время

 

Контактную сварку выполняют с помощью специальных контактных машин. Контактные машины в зависимости от типа выполняемого на них соединения подразделяют на стыковые, точечные и шовные. Контактная машина состоит из трех основных частей: источника тока, прерывателя тока и механизма давления.

Электрическая схема  контактных машин включает трансформатор, прерыватель тока и переключатель ступеней мощности. Первичную обмотку трансформатора подключают к сети с напряжением 220 – 380 В; ее изготовляют секционной для изменения числа рабочих витков при переключении ступени мощности. Вторичная обмотка трансформатора состоит из одного или двух витков (вторичное напряжение 1 – 12 В). Сила вторичного тока составляет 1000 – 100 000 А.

В процессе сварки приходится периодически, а часто и с весьма большой частотой включать и выключать ток. Для этой цели применяют прерыватели тока нескольких типов: простые механические контакторы, электромагнитные, электронные и полупроводниковые приборы. Механические контакторы применяют главным образом на стыковых и точечных машинах неавтоматического действия небольшой мощности. Электромагнитные контакторы применяют для стыковой, точечной и шовной сварки на машинах малой и средней мощности.

Электронные и полупроводниковые  приборы (тиристоры) обеспечивают включение и выключение тока со строго определенной продолжительностью импульсов тока и пауз. Их применяют для всех типов контактных машин автоматического действия.

Механизмы давления служат для сжатия заготовок между электродами  машины, они могут иметь рычажно-педальный, электромеханический или пневматический привод.

6. Сварка аккумулированной  энергией 

Сущность сварки аккумулированной энергией заключается в том, что  кратковременный сварочный процесс  осуществляется за счет энергии, запасенной соответствующим приемником, непрерывно заряжающимся и периодически разряжающимся на сварку.

Существуют четыре разновидности  сварки аккумулированной энергией: конденсаторная, электромагнитная, инерционная и  аккумуляторная. Накопление энергии  соответственно происходит в батарее конденсаторов, в магнитном поле специального сварочного трансформатора, во вращающихся частях генератора или в аккумуляторной батарее.