Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Теория и технология контактной сварки

Голосов: 0

Учебное пособие. Рекомендовано методическим советом УрФУ для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 150700 «Машиностроение» и специалитета по направлению 150200 «Машиностроительные технологии и оборудование».

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
    Министерство образо\двания и науки Российской Фед\дера\fии
Уральский \bедеральный у\дниверситет
имени первого Презид\дента России
 Б. Н. Ель\fина
Р. Ф. Катаев, В. С. Милютин, М. Г. Близник 
Теория и Технология
кон
ТакТной сварки
Учебное пособие
Рекомендовано методи\дческим советом УрФУ  \д
для студентов, обучающ\дихся по
 направлениям подгото\двки  
150700 «Машиностроение» \ди
 спе\fиалитета по направлению  
150200 «Машиностроительны\де технологии и
 оборудование»
Екатеринбург
Издательство Уральског\до университета 2015 

УДК 621.791.76/.79(075.8)
ББК 34.641.52я73К29
Ре\fензенты:
канд. техн. наук, до\f.  В.
 И. Шумяков 

(ООО «Уральский институт сварки»);
канд. техн. наук М.
 А. Шолохов

 (ООО «Шторм»)
Научный редактор — д-р\д техн. наук, про\b. М. П. Шалимов
К29 Катаев,
 Р. Ф.
Теория и
 технология контактно\дй сварки: учебное пос\добие /

 
Р.
 Ф. Катаев, В. С. Милютин, М. Г. Близник.  — Екатеринбург : 
Изд-во Урал. ун-та, 2015.
  — 144 с.
ISBN 978-5-7996-1491-1
В учебном пособии рас\дсмотрены основные и сопутствующие про\fес\дсы, сопро-
вождающие \bормирован\дие соединения при точ\дечной, шовной, релье\bно\дй и
 сты
 -
ковой контактной сва\дрке. Освещены основны\де вопросы ра\fионально\дго проекти-
рования и
 реализа\fии технологич\деских про\fессов получ\дения сварных соедине\дний 
контактной сваркой. У\дказаны области ра\fион\дального применения сп\дособов кон

-
тактной сварки. Библиогр.: 16 назв. Табл.
 14. Рис. 63. 
УДК 621.791.76/.79(075.8)
ББК 34.641.52я73
ISBN 978-5-7996-1491-1 © Уральский \bедеральный\д  
     университет, 2015 

3
ввеДение
Контактна\f сварка — один из наиболее распростран\денных и быстро раз-
вивающихся видов полу\дчения неразъемных со\дединений самых разно\добраз -
ных конструк\fионных \дматериалов в
 широком диапазоне то\длщин и сечений.

 
В
 настоящее время окол\до 40 % всех сварных соедине\дний выполняется с по

-
мощью контактной сварки. По
 степени механиза\fии 

и
 автоматиза\fии к
 он-
тактная сварка заним\дает первое место сред\ди других видов сварки.\д Контактная сварка известна со
 второй 

половины прошлого века. В
 1856 г. 
известный английский\д \bизик Уильям Томсон (ло\дрд Кельвин) впервые пре\дд

-
ложил и
 применил стыковую св\дарку. В 1877 г. Э. Томсон (США) запатент\довал 
стыковую 

сварку сопротивлением. Неск\долько позже, в
 1888 г., русский изо
 -
бретатель H.
 Н. Бенардос запатентовал 

точечную и
 шовную сварку 
 (по
 неко-
торым источникам
 — в том же 1877 г.). Стыковая сварка оп\длавлением была 
разработана в
 1903 г. Широкое использован\дие контактной сварки\д в нашей

 
стране началось в
 30-х годах XX в. после создания индус\дтриальной базы.
Контактная 

сварка используется преимущественно в
 промышленном мас
 -
совом или серийном пр\доизводстве однотипны\дх изделий. Область применения 
контактной сварки чр\дезвычайно широка
 — от крупног

абаритных строитель-
ных конструк\fий, косм\дических аппаратов до\д
 миниатюрных п

олупроводни-
ковых устройств и
 пленочных микросхем.\д
Контактной сваркой м\дожно успешно соединя\дть практически все из\двест

-
ные конструк\fионные мате\дриалы
 — низкоуглеродистые и\д легированные ста

-
ли, жаропрочные и
 коррозионно-стойкие\д сплавы, сплавы на основе алюми

-
ния, магния и
 тит

ана и
 др
 .
Точечная сварка
 — наиболее распростр\даненный способ, на долю которо

-
го приходится около 70
 %  всех соединений, выпо\длняемых контактной с\двар

-
кой. Этот способ сварки широко использ\дуют в
 автомобиле- и вагоностро

-
ении, авиастроении, строительстве, радиоэлектронике и
 т. д.

 Например, 
в
 конструк\fиях совреме\днных авиалайнеров на\дсчитыв

ается несколько мил-
лионов сварных точек\д, автомобилей
 — до 5000–7000, пассажирских жел\дезно

-
дорожных вагонов
 — порядка 30000 точек. Д

иапазон свариваемых толщин
 — 
от
 нескольких микрометр\дов до 30 мм.
Стыковая сварка, преи\дмущественно сварка о\дплавлением, составляе\дт

 
более 10
 % от общего объема примен\дения контактной свар\дки.
Стыковую 

сварку сопротивлением применяют в
 о
 сновном при соеди-
нении проволоки, стер\джней и
 труб из углерод

истой и
 ле
 гированной ста-
ли относительно малых к\домпактных сечений. В
 св

язи с
 те
 м, что не
 вс
 егда 
удается обеспечить соединение высокого качества, этот способ используют 
ограниченно. 

4
Более широкое примен\дение нашла стыковая с\дварка оплавлением, ее \дуспеш-
но используют при соед\динении трубопроводов, железнодорожных рельсов 
(бесстыковые пути) в
 ста\fионарных и полевых у

словиях, длинномерных за-
готовок из
 ра

зличных конструк\fионных стал\дей и
 сплавов, \fветных метал\д
 -
лов и
 др.
С

тыковая сварка применяется п\дри производстве режу\дщего инструмента. 
Например, рабочая (ре\джущая) часть, выполнен\дная из
 инструментальных ста\д

-
лей и
 сп

лавов, сваривается с
 хвостовой (крепежной\д) частью из углеродистых
  
качественных сталей,\д что удешевляет инстру\дмент и
 улучшает его эксплуат\да

-
\fионные характеристи\дки. Шовная сварка по
 объему применения 

занимает третье место среди кон-
тактных способов (около 10
 %)

 и
 и
 спользуется при изготовлении различных 
емкостей, корпусов изделий, в
 том числе 

герметичных, например топлив-
ных баков автомобиле\дй и
 летательных аппаратов\д, емкостей для химиче

-
ской промышленности, различных труб, глушителей выхлопа автомобилей, 
бытовых моек, баков стиральных машин и
 шка\bов 

холодильников, пло-
ских отопительных радиаторов, силь\bонов и
 д

ругих изделий, изготавливае-
мых из
 ли

стовых заготовок. Кроме того, шовная сварка широко\д используется 
для выполнения прочно\дплотных швов элементов приборостроения. Плот -
ность соединений, полу\дченных шовной сварко\дй, обеспечивает высок\дую на -
дежность герметичных\д сварных конструк\fий\д в
 условиях как низкого\д дав

-
ления (высокого вакуу\дма), так и
 вы

сокого давления.
Релье\bная сварка
 — наименее распростр\даненный, но динамично разви

-
вающийся способ конт\дактной сварки (объем\д применения около 5–7
 % от об

-
щего объема контактн\дых способов). Этот спо\дсоб используется для кр\депле-
ния кронштейнов к
 листовым деталям, напр\димер скобы к капоту автомобиля,

 
петли для навески двере\дй к
 кабине, для соединения\д крепежных деталей — 
болтов, гаек и
 шпилек и т. д. — с несущими элементами \дконструк\fий, кре

-
пления проволоки к
 тонким деталям в радиоэлектронике и др. Релье\bная 
сварка п

о
 непрерывным замкнут\дым контурам
  позволяет получать ге\дрметич-
ные соединения, в
 ч

астности в
 м
 икроэлектронике
 —
  сварка крышки с
 о
 сно-
ванием полупроводник\довых элементов или инт\дегральных схем.
Те о р и я и Те х н о л о г и я ко нТа кТн о й с в а р к и  

\f
1. основнЫе с\bосоБЫ конТакТной сварки
Контактная сварка — это про\fесс образования неразъемных соеди -
нений конструк\fионны\дх материалов в
 результате их кратков\дременного
  
нагрева электрически\дм током и
 пластического де\bорми\дрования усили

-
ем сжатия. Соединение свариваем\дых деталей при контакт\дной сварке (как и
 пр

и 
других способах свар\дки) происходит путем о\дбразования связей между атом -
ными агрегатами в
 зоне контакта этих де\дталей. П

ри этом для образования 
\bизического контакта\д и
 актива\fии соедин

яемых поверхностей затрачивается 
тепловая и
 механическая энерг

ия, подводимая извне.
Известные способы ко\днтактной сварки клас\дси\bи\fируют по
 ряду п

ризнаков:
1)
 по технологическому 

способу получения соединений
 — точечн
 ая, ре-
лье\bная, шовная, стыков\дая;
2)
 по конструк\fии соедин\дения (нахлесточное ил\ди стыковое);
3)
 по состоянию металла в\д зоне сварки — с расплавлением мет

алла и
 бе
 з 
расплавления;
4)
 по способу подвода ток\да — одно- и двусторонняя;
5)
 по роду сварочного то\дка и \bорме им

пульса тока (переменн\дый
 — п
 ромыш-
ленной, повышенной и
 пониженной частоты; п\достоянный, у

ниполяр-
ный
 — ток одной полярности\д с переменной силой в течен

ие импульса);
6)
 по числу одновременно выполняемых сое\ддинений — однот

очечная, мно-
готочечная, сварка од\дним или несколькими шв\дами и
 т. д.

;
7)
 по наличию дополнитель\дных связующих компон\дентов (клея, гр

ун-
та, припоя и
 др.);
8)
 по характеру перемещ\дения роликов при шовн\дой сварке — н

епрерыв-
ная (с
 постоянным вращение\дм роликов) или шаговая\д (с остан

овкой ро-
ликов на
 время сварки).
1.1. Точечная сварка
Точечная сварка — способ контактной с\дварки, при котором детали соеди -
няются по
 отдельным локальным уча\дсткам к
 асания (по
 ря
 ду точек). При то-
чечной сварке (рис.
 1.1, 

а) детали 1  собирают внахлестку,\д сжимают усилием F
св 
электродами  2, к
 ко

торым подключен источник эл\дектрической энергии\д 3  (на-
пример, сварочный транс\bорматор, выпря\дмитель, инвертор и
 т. д.). Детали

 
нагреваются при крат\дковременном прохожде\днии сварочного тока I
св через 
участок электод—элект\дрод (рис.
 1.2, 

а) до
 образования зоны 

4  совместного 
взаимного расплавлен\дия деталей, называемой\д ядром. Нагрев зоны сва\дрки 
сопровождается пласт\дической де\bорма\fией м\деталла, вызываемой уси\длием  

6
сжатия, в зоне контакта деталей (вокруг ядра), где образуется уплотняющий 
поясок  5. Он предохраняет жидкий металл от
 выплеска и от взаимодействия

 
с
 ок

ружающим воздухом, поэтому спе\fиальной защиты зоны сварки не
 т
 ре-
буется. После выключен\дия тока расплавленный\д металл ядра быстро кристал -
лизуется, в
 ре

зультате чего образуются металлические связи между соединя -
емыми деталями (рис.1.2, б ).
Таким образом, \bормир\дование соединения пр\ди точечной сварке проис -
ходит с
 расплавлением металла\д.
Нагрев при точечной с\дварке проводят импуль\дсами переменного т

ока 
промышленной частоты\д 50 Г\f (в
 некоторых случаях по\двышенной частоты)

, 
а
 также импульсами пост\доянного или униполярн\дого т

ока.
По способу подвода тока к
 свариваемым деталям 

различают двусторон-
нюю и
 одностороннюю сварку\д. В первом случае электро\дды 

2 (рис.
 1.1, 

а) под-
водят к
 каждой из деталей 

1, а
 во втором — к одной из деталей (например, 
верхней, 

рис.
 1.1, б).

 Для повышения плотности тока в
 точках касания 

де-
талей нижнюю деталь при\джимают к
 медной подкладке 

6, которая одновре-
менно выполняет роль о\дпоры.
Рис. 1.1. Технологические сх\демы основных способо\дв контактной сварки
Чаще всего за \fикл сварки получают о\ддну точку (одноточечн\дая сварка) 
и
 реже — одновременно две (ри\дс. 1.1, 
 б) и
 более точек (многоточ\дечная свар

-
ка). Иногда при точечн\дой сварке применяют к\домбинированные соеди\дне-
ния (клеесварные и
 сварно-паяные). Клей и\д припой вводят под нахл\дестку

 
для повышения прочнос\дти и
 коррозионной стойко\дсти соединений.
абв
г\f
Те о р и я и Те х н о л о г и я ко нТа кТн о й с в а р к и  

7
1. основнЫе с\bосоБЫ конТакТной сварки
Рис. 1.2. Схема про\fесса точе\дчной сварки: 
а — нагрев металла проте\дкающим через участок\д электрод–электрод ток\дом;  
б
 — кристаллиза\fия мета\длла ядра после выключен\дия импульса св
 арочного тока
1.2. рельефная сварка
Релье\bная сварка — разновидность точечной сварки. Основным отли-
чием этого способа яв\дляется наличие предва\дрительно с\bормированн\дого 
релье\bа
 — выступа 

7 (рис.
 1.1, 

в) на
 поверхности одной из\д деталей, кото

-
рый ограничивает нач\дальную площадь контакт\да деталей, в
 результате чего

 
при сварке в
 этой зоне повышаются\д плотность тока и скорость тепловы

-
деления. По
 мере нагрева релье\b по\дд действием сварочног\до усилия по

-
степенно де\bормируется до
 полного исчезновения; 

на
 определенном эта
 -
пе образования соеди\днения, как правило, \bор\дмируется ядро  4, как при   
точечной сварке. Для и\дзделий с
 большой площадью соедин\дяемых поверх

-
ностей на
 одной из деталей выполняют нес\дколько релье\bов или один\д про

-
тяженный выступ с
 замкнутым контуром, н\дапример, в виде коль\fа. В ре

-
зультате, после прохождения сварочного тока, получают одновременно 
несколько точек или не\дпрерывный плотный шо\дв (контурная релье\bная\д 
сварка).
1.3. Шовная сварка
Шовная сварка — способ получения ге\дрметичного соединени\дя (шва) пу-
тем образования ряда\д частично перекрываю\дщих друг друга точек. С\джатие 
и
 перемещение деталей, а\д также подвод тока осущ\дествляют с помощью вра

-
щающихся дисковых эле\дктродов
 — роликов 

8 (рис.
 1.1, 
 г). Как и
 при точеч
 -
ной сварке, детали собирают внахлестку и
 н

агревают кратковременными им-
пульсами сварочного т\дока. Перекрытие точек\д достигается соответствующим 
выбором паузы между импульсами тока и
 с

корости вращения роликов. В
 за-
в

исимости от
 то
 го, вращаются ролики непрерывно пр\ди сварке шва или оста-
навливаются на
 время прохождения св\дарочного тока, различ\дают непрерыв

-
ную и
 ша

говую сварку. Шаговая сварк\да отличается относит\дельно небольшой  

8
производительностью, т\дем не менее этот способ поз\дволяет уменьшить ско-
ро сть износа рабочей поверхности роликов и
 вероятность 
 образования де-
\bектов шва (трещин, ра\дковин) по
 сравнению с непрерывной сваркой\д, к

огда 
прохождение сварочного тока и
 к

ристаллиза\fия литого ядра осуществляют -
ся при вращающихся роликах. Известны некоторые разновидности шовной 
сварки
 — 

односторонняя, многошовная (\додновременная сварка\д нескольких 
швов на
 одной машине), шовно-с\дтыковая сварка.
1.4. стыковая сварка
Стыковая сварка —  способ контактной св\дарки, когда детали соединяются 
по
 всей площади касания (\дпо всему сечению). Д
 етали (рис.
 1.
 1, \f) закрепля-
ют с
 усилием зажатия 

F
заж в токоподводящих зажим\дах 9 , 10,  один из кото -
рых, например зажим 10, подвижный и
 соединен с приводом усилия сжати\дя
  
машины. По
 степени нагрева мета\длла тор\fов д

еталей различают стыковую 
сварку сопротивление\дм и
 оплавлен

ием.
При  стыково\b сварке сопротивлением детали 1  предварительно сжима-
ют усилием F
сж и включают сварочный и\дсточник тока 3 .  По деталям про -
текает сварочный ток\д I
св, и происходит постепенн\дый нагрев стыка деталей 
до
 температуры, близкой\д, но не превышающей темпе\дратуру плавл
 ения. За-
тем сварочный ток вык\длючают и
 резко увеличивают ус\дилие осадки деталей,

 
которые де\bормируютс\дя в
 стыке. При этом из зоны с

варки частично выдав-
ливаются поверхностн\дые пленки, \bормируется\д \bизический контакт и
 об -
разуется соединение.\д Стыкова\f сварка оплавл\оением 

отличается тем, что вн\дачале на
 детали
  
подают напряжение от\д
 сварочного источник\да тока, а затем их сближают.

 
При соприкосновении\д деталей в
 отдельных точках (из-за\д неровностей

 
поверхности) вследств\дие большой плотности т\дока металл в
 месте кон

-
тактов быстро нагрев\дается с
 образованием жидких \дперемычек, которые

 
затем взрывообразно\д разрушаются. Нагрев \дтор\fов деталей происх\додит 
за
 с

чет их оплавления в
 р
 езультате непрерывного образования и
 р
 азруше-
ния множественных ко\днтактов
 — перемычек. К кон\fу про\fесса на тор\fах

 
образуется сплошной \дслой жидкого металла. В\д
 этот момент резко уве\дли

-
чивают скорость сближ\дения тор\fов и
 усилие осадки деталей; \дтор\fы смы

-
каются, большая часть ж\дидкого металла вместе\д с
 поверхностными плен

-
ками и
 частью твердого метал\дла выдавливается из зоны сварки, образуя

 
утолщение
 — грат 

11 (рис.
 1.1, 
 \f). Сварочный ток выклю\дчается автома-
тически во
 время осадки деталей. В\д ряде случаев для более р\давномерного

 
нагрева деталей по
 сечению и получения однородных \дсвойств соедине

-
ний тор\fы подогревают\д до
 начала оплавления ток\дом, протекающим при

 
многократном кратко\двременном замыкании\д тор\fов, как при сварке\д со-
противлением.
Те о р и я и Те х н о л о г и я ко нТа кТн о й с в а р к и  

9
1. основнЫе с\bосоБЫ конТакТной сварки
Стыковую сварку как с\допротивлением, так и оплавлением относят по со-
стоянию металла в
 зоне сварки к сварке в твердом состоянии, хо\дтя в отдель
 -
ных случаях, особенно при стыковой сварке оплавлением деталей больших 
сечений, стыковое сое\ддинение \bормируется в
 тв

ердожидкой \bазе.
Получение сварных ко\днструк\fий с
 заданными эксплуата\fи\донн

ыми свой-
ствами обеспечивает\дся соответствующей т\дехнологией и
 о

борудованием. 

10
2. ФорМирование соеДинений  
\b
ри ТоЧеЧной, Шовной и релЬеФной 
сварке
Для получения качественных соединений необходимо знание \bизико-
химических про\fессов\д, протекающих при их \bо\дрмировании, которые и\д
 со
 -
ставляют теоретическ\дую основу технологии\д. В
 \fелях анализа \bормиров\дания

 
соединения его условн\до можно расчленить на
 отдельные этапы и выделить 
\bизические про\fессы, с\дпособствующие образ\дованию межатомных св\дязей

 
в
 контакте заготовок и\д определяющие свойств\да полученных соединен\дий.
Для всех про\fессов кон\дтактной сварки харак\дтерно малое время их п\дро

-
текания при большом сварочном токе и
 усилии сжатия 

деталей, что обеспе-
чивает интенсивный н\дагрев, локальное плавле\дние металла и
 значительную 
пластическую де\bорма\f\дию в
 месте соединения, а в ряде случаев — образо

-
вание межатомных свя\дзей в
 твердом состоянии бе\дз участия жидкого мет\далла

.
Необходимым условием\д \bормирования соедине\дния для большинства 
способов является об\дразование общей зоны\д расплавления заданны\дх раз-
меров, что обеспечива\дет важнейшие эксплуа\дта\fионные свойства
 — проч

-
ность и
 герметичность

 соединения. Размеры я\ддра или шва регламенти\дру-
ются ГОСТ 15878–79.
2.1. общая схема формиров\4ания соединения при\4 точечной, шовной \4
и
 рельефной сварк
 е
При рассматриваемых\д способах сварки образование с\доединения проис-
ходит в
 значительной мере по единой схеме, включающ\дий три этапа I—III 
(рис.
 2.1).
2.1.1. Первый этап\и
Этап начинается с момента обжатия дета\длей, вызывающего упру\дго-пла-
стическую де\bорма\fию \дмикронеровностей в
 контактах электрод–де\дталь
  
и
 деталь—деталь, в результате чего устан\давливается начальный \дконтакт.

 
Последующее включение\д тока и
 нагрев металла снижаю\дт сопротивление

 
пластической де\bорма\f\дии, что способствует \двыравниванию микрор\делье-
\bа, разрушению поверхностных пленок и
 \b

ормированию электрическо-
го контакта. При релье\bной сварке н\да
 данном этапе начинае\дтся осадка релье\bа.
Де\bорма\fия нагретого\д металла происходит пр\деимущественно в
 зазор меж

-
ду деталями, в
 результате чего образ\дуется уплотняющий по\дясок. 


    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика