Физическая сущность процесса

Q=I²Rt; R=R_1-1+2R_1-2+2R₁,

где I – сварочный ток, А;

  R – полное сопротивление в цепи, Ом;

  t – время пропускания тока, с.

Контактное сопротивление между заготовками R_1-1 значительно превосходит сопротивление всех других участков цепи вследствие неровностей свариваемых поверхностей и наличия на них оксидных плёнок. Поэтому максимальное количество теплоты выделяется в зоне контакта заготовок, что определяет его быстрый нагрев. По мере повышения температуры и под действием сжимающего усилия, возрастающего в связи с тепловым расширением заготовок при нагреве, неровности исчезают в результате пластической деформации и токопроводящее сечение в зоне контакта

При достижении в зоне контакта температуры порядка 1000…1100^оС (для стали) производят сдавливание, при котором в результате пластического деформирования происходит сварка.

Основными параметрами процесса являются: сварочный ток, время нагрева и величина сдавливающего усилия. В связи с этим основными функциями все контактные машины включают в себя три основные части: источник тока, прерыватель тока и механизм давления.

Источник тока контактных машин должен обеспечивать пропускание через заготовки больших токов (тысячи и сотни тысяч ампер) и возможность их регулирования. В качестве источника тока применяют трансформатор, первичная обмотка которого состоит из большого количества витков и имеет ряд отводов (ступеней мощностей). Вторичная обмотка состоит из одного витка (вторичное напряжение от 2 до 12 В). При изменении числа включённых витков в первичной обмотке меняется коэффициент трансформации К, определяемый выражением

К= ; = ,

где U₁ и U₂ – первичное и вторичное напряжение, В;

W₁ и W₂ – число витков первичной и вторичной обмоток.Вторичное напряжение U₂= , где W₂=1, а U₁ – величина постоянная, равная напряжению сети.

Таким образом, чем больше количество витков первичной обмотки включено в сеть, тем меньше напряжение на вторичной обмотке, тем, следовательно, меньше сварочный ток.

Прерыватель тока предназначен для включения и выключения в нужный момент цикла сварки. Прерыватель устанавливается в первичной цепи и может быть механическим, электромагнитным, электронным и т. п.

Механизм давления служит для зажатия заготовок и обеспечения сварочного давления. Он может быть рычажно-педальным механическим, пневматическим или гидравлическим.

Электрическая контактная сварка имеет следующие разновидности: стыковая, точечная и шовная. В свою очередь стыковая контактная сварка может проводиться методами сопротивления и оплавления.

Стыковая сварка сопротивлением характеризуется такой последовательностью операций:

1. Зачистка контактных поверхностей заготовок от оксидных плёнок и загрязнений и зажатие их в контактных губках машины.

2. Сжатие заготовок значительным усилием P с помощью подвижного токопровода, связанного с силовым приводом контактной машины.

3. Нагрев заготовок пропусканием тока I_C путём подачи напряжения на первичную обмотку трансформатора с помощью прерывателя тока.

4. Осадка заготовок при увеличении усилия с целью смятия неровностей и разрушения оксидных плёнок в зоне соединения.

Стыковая сварка сопротивлением применяется для соединения однородных металлов из низкоуглеродистых, углеродистых, низколегированных конструкционных сталей и цветных металлов и сплавов. На рис.22а, б представлены характерные типы сварных соединений и циклограмма процесса. Как следует из описания процесса, размеры и конфигурация свариваемых заготовок должны быть одинаковыми.

Стыковая сварка оплавлением в отличие от стыковой сварки сопротивлением не требует предварительной подготовки поверхности места соединения.

Сварка оплавлением характеризуется такой последовательностью операций:

1. Установка заготовок в электроды с зазором между торцами свариваемых заготовок.

2. Включение сварочного трансформатора и сближение при малом усилии торцов заготовок.

3. Нагрев и оплавление заготовок. В результате соприкосновения заготовок образуются электрические контакты-перемычки, которые быстро расплавляются, так как подвергаются воздействию тока повышенной плотности.

При многократном непрерывном или прерывистом повторении этого процесса место контакта заготовок полностью оплавляется. Часть расплавленного металла под давлением образующихся паров выбрасывается из стыка в виде мелких капель и искр. В результате оплавления свариваемые поверхности очищаются от оксидов и загрязнений и как бы “подгоняются” друг к другу.

4. Осадка. При осадке из стыка выдавливается жидкий и полурасплавленный окисленный металл вплоть до соприкосновения твёрдых поверхностей.

На рис.22в представлены характерные типы сварных соединений, а на рис.22г – циклограмма процесса; свариваемые поверхности в этом случае могут иметь различные размеры, возможна также сварка разнородных материалов между собой. Параметрами режима сварки являются: плотность тока j(j=I/S), давление Р, время сварки t.

Точечная контактная сварка

Так же, как в предыдущих случаях, процесс точечной сварки включает в себя нагрев в месте контакта листовых или стержневых заготовок, собранных внахлёстку, до температур пластического состояния и последующего пластического деформирования внешним усилием. Принципиальная схема двусторонней и односторонней точечной сварки приведена соответственно на рис.23а и б. В случае односторонней точечной сварки заготовки 1 и 2 свариваются на медной подкладке 3.

Как правило, сварка заканчивается некоторым увеличением усилия сдавливания после отключения тока (рис.24). Возникающие при этом дополнительные деформации до некоторой степени компенсируют усадочные и уменьшают вероятность появления трещин.

Шовная контактная сварка

КОНДЕНСАТОРНАЯ СВАРКА

Физическая сущность процесса

Конденсаторная сварка является одним из широко применяемых способов сварки аккумулированной энергией. Особенность этих способов заключается в том, сто энергия заранее запасается в каком-либо приемнике, а затем за тысячные доли секунды разряжается на соединяемые заготовки. Существует несколько видов сварки аккумулированной энергией: конденсаторная; электромагнитная; аккумулированная (электрохимическая), кинетическая (инерционная); электромагнитного поля и упругих элементов и т. д.

Наибольшее применение получила конденсаторная сварка – это такой технологический процесс, при котором неразъёмное соединение металлических заготовок осуществляется за счёт выделения в низ теплоты во время прохождения сварочного тока, возникающего при разрядке конденсаторов.

Существует два вида конденсаторной сварки:

- бестрансформаторная сварка – конденсатор разряжается непосредственно на свариваемое изделие ;

- трансформаторная сварка – конденсатор разряжается на первичную обмотку сварочного трансформатора. а заготовки находятся а сварочном узле, связанном со вторичной обмоткой трансформатора .

Перед процессом сварки конденсатор заряжается до энергии

А= ,

где С – емкость (2…20 мкф);

          U – напряжение (400…1000 В).

Зарядка конденсатора проводится между двумя сварочными операциями и занимает несколько десятых долей секунды.

В процессе сварки происходит разряд конденсаторов на изделие или на первичную катушку сварочного трансформатора. Во вторичной обмотке трансформатора. Во вторичной обмотке трансформатора индуктируется ток, который проходит через свариваемое изделие и электроды. Время разряда конденсаторов составляет тысячные и десятитысячные доли секунды (время сварки).

Свариваемые заготовки сжимаются, усилие сжатия составляет 20…200 Н и зависит от свойств материала и толщины свариваемых заготовок.

Режим конденсаторной сварки определяется сварочным током I, временем разряда конденсатора (временем сварки) t, усилием сжатия свариваемых деталей P. Ток, время сварки и усилие сжатия регулируются. При увеличении ёмкости ток меняется незначительно, но заметно увеличивается длительность разряда, т. е. время сварки. При увеличении коэффициента трансформации (уменьшении вторичного напряжения сварочного трансформатора) заметно уменьшается ток I и увеличивается время сварки. При увеличении индуктивности (увеличении вылета электродов) уменьшается сварочный ток.

Конденсаторная сварка имеет следующие технологические и энергетические преимущества:

1. Для каждой сварочной операции расходуется постоянное и точно контролируемое количество электроэнергии, что обеспечивает стабильность результатов сварки.

2. Незначительное время процесса конденсаторной сварки (10^-3с) и высокие плотности сварочного тока способствуют концентрированному выделению теплоты в местах соединения и обеспечивают расплавление незначительных объёмов металла, что позволяет получать изделия с хорошим внешним видом без дополнительной обработки.

3. Вследствие строгой дозировки количества энергии в месте соединения достигается качественная сварка разнородных металлов и сплавов, которые другими методами плохо свариваются или не свариваются совсем.

4. В связи с незначительным временем процесса сварки и относительно большой паузой между соединением двух точек точечную конденсаторную сварку возможно выполнять при естественном (воздушном) охлаждении электродов.

5. Потребляемая мощность невысока (от 0,2 до 1,5 кВт)

6. Вследствие постепенного отбора энергии из сети выравнивается напряжение.

7. Конденсаторная сварка легко автоматизируется и механизируется.

Конденсаторную сварку целесообразно применять для соединения однородных металлов: сталей различных классов, листовых заготовок из латуней, бронзы, алюминиевых сплавов толщиной от 0,001 до 2 мм и стержневых заготовок сечением до 20 мм², а также для приварки тонких пластин к более толстым; для сварки разнородных металлов, например константан + низкоуглеродистая сталь, константан + нержавеющая сталь, латунь + нихром, бронза + серебро.

Бестрансформаторный способ целесообразно применять для стыковой сварки нитей накала, спиралей (диаметром менее одного миллиметра), для соединения термопар (получения общего шарика). Этот способ широко применяется в часовой промышленности и для сварки перьев самопишущих ручек (приварка шариков из твёрдого сплава к остову из нержавеющей стали).

Трансформаторная конденсаторная сварка применяется для изготовления металлических игрушек, для сварки серебряных контактов, сильфонов безртутных дифманометров, многослойных пакетов из медной фольги, для сварки внутренней арматуры миниатюрных приемно-усилительных ламп, спиралей с ножками низковольтных ламп накаливания, катодов приёмно-усилительных ламп, велосипедных тонкостенных рам и т. д.

УЛЬТРАЗВУКОВАЯ СВАРКА ТЕРМОПЛАСТОВ