Технология контактной шовной сварки. (Лекция 8)

1. КУРС ЛЕКЦИЙ-ПРЕЗЕНТАЦИЙ по дисциплине «ТЕХНОЛОГИЯ и ОБОРУДОВАНИЕ СВАРКИ ДАВЛЕНИЕМ» лекция №8

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ:
к.т.н., доцент кафедры «ОиТСП»
БЕНДИК Татьяна Ивановна
1

2. СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИИ №8

2
СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИИ №8
Тема 8 . Технология контактной шовной
сварки
Разновидности способов сварки,
циклограммы процессов
Типы соединений. Основные
параметры режима сварки
Особенности формирования
соединений
Шовная сварка листов и труб

3.

Циклограмма процесса непрерывной шовной сварки
3
При контактной шовной сварке соединение свариваемых частей происходит между токоведущими
вращающимися дисковыми электродами (роликами), передающими усилие сжатия. Существует 3
разновидности шовной сварки: – непрерывная; – прерывистая;
– шаговая.
При непрерывной шовной сварке токоведущие ролики вращаются непрерывно и ток через них и
зону сварки поступает также непрерывно.
Fсв
S
Fсв
Iсв
S
Iсв
Fсв – усилие сжатия роликов при сварке;
Iсв – сварочный ток; S – вращение
роликов; τ – время
При протекании сварочного тока в зоне
между двумя роликами выделяется
теплота, металлы в зоне контакта
деталь–деталь нагреваются до
температуры плавления. После
кристаллизации, которая, как правило,
происходит без воздействия усилия
сжатия, передаваемого электродами,
образуется сварное соединение.
Качество такого соединения
невысокое. При сварке сталей в
закристаллизовавшемся металле
образуются усадочные раковины и
трещины. Из-за плохого качества
соединений эта разновидность шовной
сварки почти не применяется. Машины
для такой сварки промышленностью
не выпускаются.

4.

Циклограмма процесса прерывистой сварки
4
При ее осуществлении прерывистой шовной сварке
импульсы сварочного тока чередуются с паузами. При
протекании импульса сварочного тока длительностью τсв в
зоне между роликами выделяется теплота, свариваемые
детали нагреваются до Тпл и образуется зона расплавления
шириной d и длиной l. За время паузы τп происходит ее
кристаллизация. Следующая зона расплавления образуется
при протекании последующего импульса тока.
Изменяя время τп, можно получить соединение с шагом tш >
d. Такое соединение не будет герметичным. При tш < d
происходит перекрытие точек, образуется герметичный
сварной шов. Основным конструктивным элементом
соединения является d – ширина зоны расплавления (литой
зоны). Минимальные размеры d ограничивают из-за
возможности появления различных дефектов и снижения
стойкости электродов. Эти размеры определяются по ГОСТ
15878-79.
Другими конструктивными элементами соединения являются
величина проплавления h1 (h), глубина вмятины от
электрода g1 (g), шаг точек tш, величина перекрытия литых
зон f, расстояние от центра точки до края нахлестки
(величина нахлестки) В, расстояние от оси шва до края
нахлестки U (U ≥ 0,5В). Величина перекрытия литых зон
герметичного шва f должна составлять не менее 25 % длины
литой зоны l.
Абсолютные размеры конструктивных элементов возрастают
с увеличением толщины деталей.
При сварке деталей неравной толщины конструктивные
элементы назначают по более толстой детали.
При выполнении прерывистой сварки создаются лучшие
условия для работы роликов. За время паузы происходит
охлаждение их контактных поверхностей, стойкость роликов
повышается.

5.

Циклограмма процесса шаговой сварки
Еще более благоприятные условия для образования качественных соединений и работы
токоведущих роликов создаются при шаговой шовной сварке. При ее осуществлении
сварочный ток проходит между электродами в момент их остановки. В момент протекания
тока отсутствуют подвижные контакты, что способствует улучшению условий работы
электродов и экономии электроэнергии.
При осуществлении шаговой сварки выполняется основное правило, которое должно
соблюдаться как при точечной, так и при шовной сварке: кристаллизация металла сварной
точки должна происходить при действующем усилии сжатия. При этом условии
обеспечивается высокое качество соединений.
Вид сварного соединения не отличается от вида после выполнения прерывистой сварки.
5

6.

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СОЕДИНЕНИЙ
ПРИ ШОВНОЙ СВАРКЕ
6
Соединения при шовной сварке
разделяют на две группы: нахлесточные и
стыковые. К нахлесточным соединениям
относят соединения с простой нахлесткой,
полуфланцевые и фланцевые. Для
повышения производительности
применяют также шовную сварку
нахлесточных соединений по
предварительно подготовленному
рельефу (г).
Основные параметры режима шовной сварки
– величина сварочного тока;
– длительность импульса сварочного тока;
– длительность паузы;
– сварочное усилие;
– ковочное усилие;
– длительность приложения ковочного усилия;
– длительность перемещения роликов;
– длительность остановки роликов;
– скорость сварки;
– форма и размеры рабочей поверхности роликов
Форма и размеры
рабочей поверхности
роликов:
сферическая с
радиусной рабочей
поверхностью (РП);
коническая с
цилиндрической РП;
прямоугольная с
цилиндрической РП

7.

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СОЕДИНЕНИЙ
ПРИ ШОВНОЙ СВАРКЕ
При прерывистой сварке зависимость скорости сварки от шага
точек и длительности цикла сварки (τц = τсв + τп) выглядит
следующим образом:
Vсв = 0,06tш /(τсв + τп),
где tш – шаг точек, мм; τсв – длительность импульса сварочного
тока, с; τп – длительность паузы, с.
Отношение τсв/τц выбирается в зависимости от свойств
свариваемых материалов и обычно составляет 0,15…0,85. При
сварке сталей τсв/τц = 0,5.
При шовной сварке Fсв и Iсв выше, чем при точечной сварке тех же
материалов. Так, Iсв выше на 20…60 %.
При относительно малой скорости Vсв при прерывистой сварке
кристаллизация расплавленной зоны заканчивается за время τп.
В сварном соединении отсутствуют поры и трещины, однако с
увеличением Vсв они образуются. По мере увеличения Vсв время
паузы τп уменьшается и оказывается недостаточным для
затвердевания всего жидкого металла зоны расплавления. Ко
времени расплавления следующей зоны в центре предыдущей
остается расплавленная зона, соединяющаяся с вновь
образующейся. На рис. стрелками показано перемещение
жидкого металла. Оболочка твердого, успевшего
закристаллизоваться металла предыдущей зоны толщиной h0
весьма тонкая, и под действием внутреннего давления жидкого
металла зоны 5 она прогибается с образованием выпучивания на
поверхности шва.
7

8.

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СОЕДИНЕНИЙ
ПРИ ШОВНОЙ СВАРКЕ
Явление выпучивания металла можно наблюдать при непрерывной сварке и прерывистой сварке,
осуществляемой на высоких скоростях. Так, при прерывистой сварке низкоуглеродистых сталей
толщиной 2 + 2 мм при Vсв = 0,6 м/мин кристаллизация литой зоны заканчивается за время паузы.
При Vсв 1,8 м/мин
(τп 0,06 с) отдельные точки на продольных шлифах уже не выявляются, а появляется
выпучивание металла позади вращающихся роликов. По этой же схеме протекает процесс и при
непрерывной шовной сварке. В соединениях наблюдаются поры и горячие трещины
Толщина
деталей, мм
Iсв, кА
tсв, c
tп, c
Fсв, кН
Vсв, м/мин
0,5
7…8
0,02…0,04
0,04…0,06
1,5…2
1,2…1,4
0,8
8,5…10
0,04…0,06
0,04…0,08
2…3
1,0…1,2
1,0
10,5…12
0,06…0,08
0,08…0,10
3…4
0,8…0,9
1,2
12…13
0,08…0,10
0,10…0,12
4…5
0,7…0,8
1,5
13…14,5
0,12…0,14
0,12…0,14
5…6
0,6…0,7
2,0
15,5…17
0,16…0,18
0,18…0,22
7…8
0,5…0,6
3,0
18…22
0,24…0,32
0,28…0,34
10…11
0,4…0,5
8

9.

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СОЕДИНЕНИЙ
ПРИ ШОВНОЙ СВАРКЕ
При сварке кольцевых швов роликами
одинакового диаметра (D1 = D2)
проплавление внутренней детали
ухудшается из-за увеличенного
теплоотвода в нижний ролик, который
соприкасается с нижней деталью по
большей площади. Для достижения
одинакового проплавления обеих
деталей применяют нижний ролик
меньшего диаметра. В этом случае
длина контакта а1 = а2.
Формирование литой зоны при
шовной сварке кольцевых швов
роликами одинакового диаметра
9

10.

Шовно-стыковая сварка листов
Между роликами и деталями помещаются
две тонкие накладки из того же металла, что
и свариваемые детали. Толщина накладок
(лент) составляет 0,1…0,3 мм, ширина – на
30 % меньше ширины литой зоны (обычно
3,5…6 мм).В зоне шва обычно образуется
утолщение, которое при необходимости
можно снять путем механической обработки.
Сварные стыковые соединения с небольшим утолщением, не
превышающим 10…15 % толщины деталей, могут быть
получены также при шовной сварке с раздавливанием кромок.
Листы собирают с небольшой нахлесткой и сваривают с
применением широких роликов. При этом происходит
интенсивная пластическая деформация металла кромок, что
позволяет получить качественные соединения без
расплавления (в твердой фазе) и достичь высоких скоростей
сварки. Возможно получение соединений с образованием
литой зоны. Для получения хороших результатов необходимо
обеспечить постоянство ширины нахлестки деталей и
предотвратить возможность смещения кромок.
Стыковое соединение можно получить,
предварительно подготовив кромки. Сварное соединение при
этом получается невысокой прочности. При необходимости
стыковое соединение в твердой фазе можно также получить,
используя присадочную проволоку круглого или треугольного
сечения.

11.

Шовно-стыковая сварка труб
Шовно-стыковая сварка труб: а – схема
сварки; б – схема постепенной формовки
трубной заготовки из ленты; в –
распределение сварочного тока и его
шунтирование
При шовно-стыковой сварке труб шов образуется
между кромками трубной заготовки, непрерывно
движущейся под электродами сварочной машины.
Заготовка трубы, сформированная в специальной
машине, зажимается между роликами 2,
сдавливающими усилием F кромки заготовки в месте
стыка. Заготовка 1 перемещается с большой скоростью
под электродами 3, соединенными со сварочным
трансформатором 4. При этом кромки трубы
нагреваются сварочным током Iсв до температуры
плавления и при действующем усилии F свариваются,
образуя непрерывный прочноплотный шов. При сварке
образуется внутренний и наружный грат.
Ток шунтирования Iш способствует разогреву
свариваемой трубы по всему сечению. Чем больше
толщина трубы δ, тем больше неравномерность
распределения тока Iсв по толщине детали. Для ее
уменьшения расстояние между электродами b должно
увеличиваться с ростом толщины труб (b 2δ).
При выходе трубы из зоны сварки горячий грат
снаружи срезается резцом. Внутренний грат обычно не
удаляется. Затем шов охлаждается водой и
непрерывно движущаяся холодная труба поступает в
калибровочную часть сварочного стана, где ей
придается правильная круглая или прямоугольная
форма. Далее она проходит контроль (магнитный или
ультразвуковой) и с помощью летучего устройства
режется на заготовки заданной длины.

12.

С использованием такой же схемы
возможна стыковая сварка листов. Для
этого их кромки предварительно
выгибаются.
Под действием усилия F возникают
силы Fос, осаживающие шов за счет
спрямления листов в зоне сварки, как
показано пунктиром. При сварке
образуется грат, который при
необходимости удаляется.

13.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ
КАКИЕ БУДУТ ВОПРОСЫ?