Технологические циклы стыковой сварки

Технологическим циклом электрической контактной стыковой сварки следует, вероятно, называть сумму однообразно повторяющихся операций, в результате свершения которых получаем стыковое сварное соединение заданного качества.

Возможные подготовительные операции с заготовками частично были рассмотрены в тексте, относящемся к рис. 3.2 и 3.3.

Первой и основной операцией, таким образом, является нагрев. Этот процесс весьма разнообразен. Если речь идет о сварке методом сопротивления, то он может быть непрерывным (рис. 3.15, а) или прерывистым (рис. 3.15, 6). Используется и комбинация (рис. 3.15, в) обоих процессов. Непрерывный нагрев особенно характерен для проволоки и прутков малого диаметра — около 2—8 мм.

Для круглых стержней большего диаметра рационально использовать или прерывистый, или комбинированный подогрев. Операция подогрева вообще может одновременно решать три задачи: 1) создать равномерный нагрев по всей плоскости контакта; 2) обеспечить относительно малую скорость подъема температуры для высоколегированных сталей, не выносящих слишком быстрого нагрева; 3) подготовить к окончательному сварочному нагреву контакт и его зону для заготовок легированной закаливающейся стали.

Для компактных сечений операция подогрева почти всегда предшествует процессу оплавления. Чаще всего, однако, после каждого импульса подогрева контакт разрывают, а затем детали вновь объединяют для следующего импульса подогрева. Такой прерывистый подогрев используют для сварки больших компактных сечений, например, стержней железобетонной арматуры. При использовании заготовок такого рода никогда не заботятся о форме свариваемых концов. После грубой механической обрубки, а также газовой или дуговой резки они принимают самую произвольную форму.

Прерывистый подогрев с разрывами контакта обеспечивает выравнивание всех неровностей концов. После многократных такого рода замыканий и размыканий под током детали не только создают плоский контакт, но и должным образом подогреваются до температуры Т_пд для перехода на непрерывный процесс оплавления деталей.

Подготовительные операции подогрева можно рассматривать и с помощью все той же критериальной формулы (3.5), и формулы (3.13). Согласно ранее данным разъяснениям, числитель в критерии К [см. формулу (3.5)] — это энергия, которую мы вводим в металл. Знаменатель — это тепловая энергия, отводимая теплопроводностью в глубину стержней. При прерывистом подогреве перед оплавлением обычно ведут нагрев при том же вторичном напряжении, от которого оплавление будет возбуждено после подогрева. Следовательно, процесс все время идет на одной и той же внешней характеристике. Такой именно случай и рассмотрим как типовой. На рис. 3.16 представлены две кривые: непрерывного нагрева стержней (Н) силой тока I и непрерывного охлаждения тех же стержней (Ох). Первый импульс подогрева создает подъем температуры по участку кривой 0—1. В этот момент ток выключается или разрывается контакт. Стержни охлаждаются по участку кривой 1 — 2, в точности параллельному такому же участку 1—2 на кривой Ох для такой же температуры. Второй импульс нагрева пойдет по части кривой 2—3, в точности параллельной такому же температурному участку 2—-3 на кривой непрерывного нагрева. Затем все повторяется многократно, но так, что и нагревы, и охлаждения за каждый импульс будут осуществляться по закону кривых Н и Ох.

Соответственно, средняя температура подогрева Т_пд будет меньше той средней Т_ср , какая получилась бы от непрерывно действующего тока. Все зависит от соотношения t_н и t_ох (рис. 3.16) и от числа n этих прерывистых включений.

Обращаясь теперь к формулам (3.5) и (3.13), для цикла подогрева можем написать

В результате формула (3.13) примет вид

Здесь t_cв (см, рис. 3.16) — время нагрева, при котором зона контакта стержней этим же током нагреется до Т_ср , достаточной для сваривания. Число р может быть любым, но не слишком сильно отличающим t_ox от t_н . Для такого рода соотношений формула (3.35) примет вид:

Здесь мощность q может определяться как угодно точно с учетом того, что она равна

где R _к .ср и R _м .ср — среднее значения сопротивлений контакта и свариваемых деталей.

При n = 1; а< = 1; β = 0 формула (3.36) превращается в фор мулу непрерывного нагрева

При выполнении операций подогрева для сварки больших c е чений иногда приходится обеспечивать от нескольких включений до десятков. Допустим, для примера, что число Β = 1, т. е. t н = t ох, и что время t н составляет 0,1 от времени T _св , т. е. ∆ = 0,1. Тогда согласно формуле (3.36), желая создать температуру подогрева Г_Пд = Т_ср, получим

Отсюда n = 20 включений. Разумеется, в условиях грубой практики, например в цехах домостроительных комбинатов, на стройках гидростанций, никто таких расчетов не делает. Число включений n и время t_н и t_ox подбирают опытным путем. Если же речь идет о сварке легированных закаливающихся сталей, то расчеты подогревов производить надо и затем согласовывать их, уже уточнение, с металлографическими структурами готовых сварных соединений.

Для сварных соединений из сталей, не терпящих существования в зоне контакта любых резко контрастных структур, после сварки осуществляют термическую обработку. Для инструментальных заготовок операции подогрева и операции после сварочной термообработки осуществляют в термических печах по программам, хорошо известным из заводских технологических инструкций. Такого рода печная технология бывает необходима по двум причинам. Первая — это необходимость обеспечения точного рецепта температурных режимов во времени. Такой нагрев в стыковой машине обеспечить невозможно не только по величине температуры, но и по времени выдержки деталей при заданной температуре. Вторая причина: механически точно обработанные стальные заготовки нельзя подвергать грубому процессу выплавления металла методом прерывистого нагрева, особенно посредством размыканий контакта.

Вопросам термической обработки посвящена весьма обширная литература. Наиболее полно тема подготовительных и после сварочных операций для легированных сталей разработана в работе [5]. В ней сосредоточен огромный экспериментальный и рецептурный материал по стыковой сварке деталей различных конструктивных форм, из различных современных сплавов и сталей. Все эти процессы для стыковой контактной сварки можно считать традиционными.