• 10.10.2019

Общие принципы – нагрев деталей проходящим током за счёт увеличенного сопротивления в контакте торцев деталей или за счёт оплавления торцев деталей при сближении , и, в использовании осевой силы осадки. Соединение при стыковой контактной сварке образуется в твёрдой фазе.
Общей информации о технологиях стыковой сварки много, остановимся на некоторых частных моментах.

Технологический процесс стыковой сварки сопротивлением

Классическая технология сварки сопротивлением предполагает:

• Приложение осевого усилия к деталям после фиксации в губках;
• Пропускание тока через детали , под действием которого происходит разогрев преимущественно в зоне контакта деталь – деталь;
• Разупрочнение материала вблизи торцев и его пластическая деформация с выносом загрязнений в грат;
• Отключение тока по достижении требуемой степени осадки, остывание и освобождение детали от осевого усилия и из зажимных губок машины.

Современные вариации этого процесса таковы:

• Управляемое изменение усилия в процессе стыковой сварки при котором:
  – в процессе разогрева торцев обеспечивается меньшее усилия сжатия деталей для увеличения контактного сопротивления и интенсификации нагрева в зоне стыка;
  -в процессе осадки усилие увеличивается обеспечивая при этом не только удаление разупрочнённого материала в грат но механическое проковочное воздействие на шов и околошовную зону.
• Регулируемый тип тока, задержки отключения тока после осадки, механические ограничители осадки – такие устройства позволяют сделать процесс быстрее, уменьшить образование грата с сохранением достаточной прочности стыка, оказать термическое влияние на околошовную зону не прибегая к процедуре термообработки зоны шва с перезахватом на увеличенную длину или в отдельные губки машины стыковой сварки

На  фото сварка с импульсной подачей тока  и сваренная титановая проволока на машине с изменяемым усилием осадки и управляемой задержкой отключения тока.

В каком случае применение этих технологий оправданно?

Поточная сварка деталей из низкоуглеродстой стали типа рамок, колец , каркасов из полосы.

Импульсная подача тока в сочетании с изменением усилия осадки и огранчителем пути осадки это минимальное образование грата в процессе стыковой сварки и возможность не обрабатывать зону стыка в изделии с целью его удаления; размерная стабильность деталей и высокая скорость процесса.
В случае если грат не критичен  по размеру, применение тех же параметров  без импульсной подачи тока при нагреве дает увеличение производительности машины при некотором ограничении гратообразования.

Сварка материалов с повышенной прочностью или чувствительных к перегреву, сварка материалов с высоким сопротивлением проводимости.

В этом случае позитивно влияет использование увеличенного давления при осадке с или без дополнительного импульса тока уже в самом конце процесса осадки. Это позволяет управлять степенью разогрева стыка с управлением глубиной прогрева. Уменьшение усилия сжатия и увеличение напряжение на губках в начале процесса сварки дает более интенсивный разогрев именно в зоне  будущего стыка.

Медная и алюминиевая катанка больших диаметров лучше сваривается при применении разного усилия сжатия при первичном нагреве и при осадке. Это позволяет в широких пределах регулировать зону термического влияния и менять структуру материала получающуюся вблизи стыка после сварки.  Усилие осадки в конце сварки и усилие прижима торцев при первичном разогреве становятся практически независимыми.
В зависимости от того как стоят фильеры на волочильном стане, может потребоваться как измельчение структруы так и наоборот несколько более широкая зона разогрева оклошовной зоны. Машины с изменяемым усилием позволяют управлять этим в широких пределах, без такового увы возможность влиять на структуру ограничена в узких пределах и при  изменении исходого состояния катанки может потребоваться изменять процесс волочения во избежении обрывов в области стыковки бухт.

Стыковая контактная сварка оплавлением

Процесс используется для  получения стыковых соединений с высокими  механическими характеристиками и незаменим для больших и для развитых сечений. “Незаменим” в первую очередь по причине очень большой мощности машины стыковой сварки сопротивлением и по причине невозможности получения требуемой равномерности прогрева торцев перед осадкой. Однако схожий процесс используется!

Классический процесс сварки непрерывным оплавлением имеет такие стадии

• Инициация оплавления.
  Губки могут разводится или ток включаться и на неподвижной губке. Последнее даёт  разброс по тому как и с какой части свариваемого сечения начнётся процесс оплавления. Неравномерность такого нагрева может оказаться критичной для стабильности качества
• Сближение губок с увеличивающейся скоростью, так как потери материала со свариваемых торцев по мере прогрева также увеличиваются
• Быстрое закрытие искрового зазора и осадка с образованием стыкового соединения и выбросом расплава в брызги, а разупрочнённого слоя металла с торцев в грат
• Остывание, освобождение изделия, возврат губок в исходное положение.

Рассмотрим недостатки:

• Для получения требуемого нагрева торцев на нужную глубину требуется определённое время оплавления, в течении которого существует искровой зазор и происходят потери материала.
  Это не всегда допустимо в случаях если к допуску размера сваренной детали предъявляются повышенные требования.
• При развитом сечении могут быть неточности в подготовке торцев и процесс оплавления может начинаться очень неравномерно. В таком случае придется либо увеличивать путь оплавления и потерю длины при сварке для компенсации неравномерности прогрева торцев в начале сварки, либо – есть шансы получать стыковое соединение с нестабильными механическим свойствами или с дефектами.

Используемые дополнительные процессы:

С точки зрения скорости работы иногда, например при сварке обечаек для дальнейшей раскатки ободов колес грузовых автомобилей, выгоднее в машину загружать ранее прихваченную деталь. Это экономит время на загрузку, дожим и выравнивание деталей в машине.  В данном случае разведение губок с регулируемым импульсом тока гарантированно позволяет разрушить прихватки не прилагая излишних усилий.

• В том же случае сварки колёс, излишняя потеря длины при стыковой контактной сварке является нежелательной  -как с точки зрения металлоёмкости изделия, так и с точки зрения получения размерной стабильности. Кроме того при заготовительных операциях торцы чаще всего имеют дефекты в виде заусенцев или небольшого перекоса линии реза листа.

Выравнивание торцев свариваемых деталей.
В начале процесса сварки выполняется короткое оплавление без осадки, ближе расположенные заусенцы при этом сгорают и торец становится плоским и подготовленным для дальнейших операций.

Предварительный подогрев.
Достигается пропусканием уменьшенного тока прижатием и разведением торцев детали при отключенном токе. Этот процесс напоминает прерванную многократную сварку сопротивлением, в ходе которого торцы подогреваются на значительную глубину при минимальных потерях материала.

Дальнейший процесс  происходит как классическая сварка непрерывным оплавлением с уменьшенным путём оплавления и с более стабильным результатом с точки зрения механических свойств полученного стыкового соединения..

• Сварка круглого, сплошного сечения при оплавлении может вызывать неравномерность в распределении тока и разницу в прогреве сечения детали от центра к периферии. В таком случае предварительный подогрев так же оказывает позитивное влияние на размер грата и на стабильность качества сварки.

Контроль качества при стыковой контактной сварке

Сплошной контроль качества, особенно при поточной сварке крайне затруднен, кроме того само соединение при отсутствии обнаруживаемых  методами неразрушающего контроля дефектов  может иметь резко отличные от других механические свойства.  Для косвенного контроля качества могут использоваться параметры замеряемые в ходе выполнения цикла сварки такие как время прохождения тока оплавления, стабильность оплавления, усредненная величина тока на этапах оплавления, продольная потеря при осадке, общая потеря длины и физические параметры давления при осадке.
Анализ  реальных недопустимых отклонений качества выявляемых в процессе дальнейшей обработки или специально проводимого контроля (в том числе и разрушающего) в сопоставлении со снятыми фактическими параметрами процесса сварки позволяет во многих случаях понять предельные отклонения параметров процесса. Далее на основе мониторинга этих данных и строится косвенный контроль качества сварки.
Если такое сопоставление проведено, то анализ данных замеряемых по ходу сварки может быть использовать для предупреждения появления брака или для изъятия детали из дальнейшей обработки на ранней стадии.
Отметим, что 100% результата такой метод контроля не даёт – единичные бракованные детали могут появляться и при достаточно жестких пределах контрольного диапазона параметров. Причиной этому могут быть дефекты проката расположенные вблизи стыка.

Контактная стыковая сварка оплавлением алюминиевых и содержащих алюминий сплавов требует от машин стыковой сварки высокой скорости закрытия искрового зазора. Так же напряжение на губках машины будет несколько снижено, а сварочный ток выше.  Эффект шунтирования при стыковой контактной сварке замкнутых контуров выражен сильнее.
Машина на видео не только позволяет точно регулировать процесс для получения повторяемости геометрии обода но и вести протоколирование фактических данных сварочного процесса.