1 (Курс лекций в электронном виде)

7

Форма № 3.

Титульный лист

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ

Кафедра

ТИ-3 «Информационное обеспечение технологии соединения материалов

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой

_______________________

Белов В.Г.

«___»_________20__г.

Для студентов _3_

курса факультета_ТИ_

Специальность _15.07.00_

асс. Уваров

(ученая степень, ученое звание, фамилия и инициалы автора)

ЛЕКЦИЯ № _1_

по 43345 «Технологические основы сварки плавлением и давлением»

ТЕМА Введение. Предмет и задачи курса. Основа учения об электрических контактах

Обсуждена на заседании кафедры

(предметно-методической секции)

«__»___________20__г.

Протокол № __

МГУПИ – 20__г.

Тема лекции: Введение. Предмет и задачи курса. Основа учения об электрических контактах

Учебные и воспитательные цели:

1. Ознакомление студентов с основными условиями сварки

2. Ознакомление с циклом сварки

Время: 2 часа (90 мин.).

Литература (основная и дополнительная):

• Орлов Б.Д. и др. Технология и оборудование контактной сварки.

М: Машиностроение. 1986. –352 с.

Учебно-материальное обеспечение:

1. Наглядные пособия:

   • Видео фильм «Контактная сварка»

2. Технические средства обучения:

• Электронный проектор

1. Приложения: ______________________________________________

(наименования и №№ схем, таблиц, слайдов, диафильмов и т.д.)

ПЛАН ЛЕКЦИИ:

Введение - до 5 мин.

Контактная сварка

Основная часть - до 80 мин.

Общая схема формирования соединений.

1-й учебный вопрос - 30 мин.

Способы контактной сварки.

2-й учебный вопрос - 30 мин.

Сварочное оборудование.

3-й учебный вопрос - 20 мин.

Этапы сварки.

Заключение – до 5 мин.

ТЕКСТ ЛЕКЦИИ.

Введение.

Контактная сварка — это процесс образова­ния неразъемных соединений конструкционных металлов в резуль­тате их кратковременного нагрева электрическим током и пластиче­ского деформирования усилием сжатия.

Соединение свариваемых деталей при контактной сварке (как и при других способах сварки) происходит путем образования свя­зей между' атомными агрегатами в зоне контакта этих деталей. При этом для образования физического контакта и активации соеди­няемых поверхностей затрачивается тепловая и механическая энер­гия, подводимая извне.

Известные способы контактной сварки классифицируют по ряду признаков:

1. по технологическому способу получения соединений — точеч­ная, рельефная, шовная, стыковая;

2. по конструкции соединения (нахлесточное или стыковое);

3. по состоянию металла в зоне сварки — с расплавлением ме­талла и без расплавления;

4. по способу; подвода тока — одно- и двусторонняя;

5. по роду сварочного тока и форме импульса тока (переменный— промышленной, повышенной и пониженной частоты, постоянный, униполярный — ток одной полярности с переменной силой в тече­ние импульса);

6. по числу одновременно выполняемых соединений — одно­точечная, многоточечная, сварка одним или несколькими швами и т. д.;

7. по наличию дополнительных связующих компонентов (клея, грунта, припоя и др.);

8. по характеру перемещения роликов при шовной сварке — непрерывная (с постоянным вращением роликов) или шаговая (с оста­новкой роликов на время сварки).

Основная часть – ОБЩАЯ СХЕМА ФОРМИРОВАНИЯ СОЕДИНЕНИЙ.

1-й учебный вопрос: Способы контактной сварки.

Точечная сварка — способ контактной, сварки, при котором детали свариваются по отдельным ограниченным участкам касания (по ряду точек). При точечной сварке (рис. 1) детали 1 собирают внахлестку, сжимают усилием F электродами 2, к которым подключен источник 3 электрической энергии (например, сварочный трансформатор). Детали нагреваются при кратковременном про­хождении сварочного тока Iсв до образования зоны 4 взаимного расплавления деталей, называемой ядром. Нагрев зоны сварки сопровождается пластической деформацией металла в зоне контакта деталей (вокруг ядра), где образуется уплотняющий поясок 5, надежно предохраняющий жидкий металл от выплеска и от окружа­ющего воздуха. Поэтому специальной защиты зоны сварки не тре­буется. После выключения тока расплавленный металл ядра быстро кристаллизуется и образуются металлические связи между соеди­няемыми деталями. Таким образом, образование соединения при точечной сварке происходит с расплавлением металла.

Нагрев при точечной сварке проводят импульсами переменного тока промышленной частоты 50 Гц (реже повышенной частоты 1000 Гц), а также импульсами постоянного или униполярного тока.

По способу подвода тока к свариваемым деталям различают дву­стороннюю и одностороннюю сварку. В первом случае электроды 2 (рис. 1, а) подводят к каждой из деталей 1, а во втором — к одной из деталей (например, верхней, рис. I, б). Для повышения плотности тока в точках касания деталей нижнюю деталь прижимают к медной подкладке 6, которая одновременно выполняет роль опоры.

Чаще всего за цикл сварки получают одну точку (одноточечная сварка) и реже одновременно две (см. рис. I, б) и более точек (много­точечная сварка). Иногда при точечной сварке применяют комбини­рованные соединения (клеесварные и сварно-паяные). Клей и при­пой вводят под нахлестку для повышения прочности и коррозионной стойкости соединений.

Рельефная сварка — одна из разновидностей точечной сварки. При этом на поверхности одной из деталей предварительно формируют выступ — рельеф 7 (рис. 1, в), который ограничивает начальную площадь контакта деталей, в результате чего при сварке в этой зоне повышаются плотность тока и скорость тепловыделения. При нагреве рельеф постепенно деформируется; на определенной стадии процесса сварки формируется ядро 4, как при обычной точеч­ной сварке. Часто на поверхности детали выполняют несколько рельефов или один протяженный выступ замкнутой формы, например, в виде кольца. После прохождения сварочного тока получают одно­временно несколько точек или непрерывный плотный шов (контур­ная рельефная сварка).

Шовная сварка — способ получения герметичного соеди­нения (шва) путем образования ряда перекрывающихся точек. Под­вод тока и перемещение деталей осуществляют с помощью враща­ющихся дисковых электродов — роликов 8 (рис. 1, г). Как и при то­чечной сварке, детали собирают внахлестку и нагревают кратковре­менными импульсами сварочного тока. Перекрытие точек дости­гается соответствующим выбором паузы между импульсами тока и скорости вращения роликов. В зависимости от того, вращаются ролики непрерывно при сварке шва или останавливаются на время прохождения сварочного тока, различают непрерывную и шаговую сварку. Шаговая сварка отличается относительно небольшой про­изводительностью, однако при этой сварке уменьшаются скорость износа рабочей поверхности роликов и вероятность образования де­фектов шва (трещин, раковин) по сравнению с непрерывной сваркой, когда прохождение сварочного тока и кристаллизация литого ядра осуществляются при вращающихся роликах.

Известны некоторые разновидности шовной сварки — односто­ронняя, многошовная (одновременная сварка нескольких швов на одной машине), шовно-стыковая сварка.

Стыковая сварка — способ контактной сварки, когда детали соединяются по всей площади касания (по всему сечению). Детали 1 (рис. 1, д) закрепляют в токоподводящих зажимах 9, 10, один из которых, например зажим 10, подвижный и соединен с приводом усилия сжатия машины. По степени нагрева металла торцов деталей различают стыковую сварку сопротивлением и оплавлением.

При стыковой сварке сопротивлением детали 1 предварительно сжимают усилием F и включают в сеть сварочный трансформатор 3. Но деталям протекает сварочный ток Iсв, и происходит постепенный нагрев стыка деталей до температуры, близкой к температуре плав­ления. Затем сварочный ток выключают и резко увеличивают усилие осадки деталей, которые деформируются в стыке. При этом из зоны сварки частично выдавливаются поверхностные пленки, формируется физический контакт, и образуется соединение.

При стыковой сварке оплавлением вначале на детали подают напряжение от сварочного трансформатора, а затем их сближают. При соприкосновении деталей в отдельных контактах вследствие большой плотности тока металл контактов быстро нагревается и взрывообразно разрушается. Нагрев торцов деталей происходит за счет непрерывного образования и разрушения контактов — пере­мычек, т. е. оплавления торцов. К концу процесса на торцах обра­зуется сплошной слой жидкого металла. В этот момент резко увеличивают скорость сближения и усилие осадки деталей; торцы смы­каются, большая часть жидкого металла вместе с поверхностными пленками и частью твердого металла выдавливается из зоны сварки, образуя утолщение — грат 11 (рис. I, д, показан штриховой линией), Сварочный ток выключается автоматически во время осадки деталей. Для более равномерного нагрева деталей по сечению и получения однородных свойств соединений в ряде случаев до начала оплавле­ния торец подогревают током способом сварки сопротивле­нием.

Стыковую сварку как сопротивлением, так и оплавлением отно­сит по состоянию металла в зоне сварки к сварке в твердом состоя­нии, хотя в отдельных случаях, особенно при стыковой сварке оплавлением деталей больших сечений, стыковое соединение форми­руется в твердожидкой фазе.

2-й учебный вопрос: Сварочное оборудование

Сварочное оборудование — комплекс устройств (механических и электрических), обеспечивающих выполнение за­данной технологии производства сварных конструкций. Оборудова­ние состоит из машины, средств механизации и автоматизации, аппаратуры управления технологическим процессом сварки (рис. 2).

Машина состоит из двух частей: 1) механической части, включа­ющей конструктивные элементы, создающие жесткость и прочность (корпус, станина, кронштейны и т. д.), приводы для сжатия и пере­мещения деталей и элементы вторичного контура машины (консоли, электрододержатели, электроды); 2) электрической части, состоящей из источника сварочного тока (сварочного трансформатора, выпрями­теля, преобразователей тока, аккумулятора электрической энергии — батареи конденсаторов и т. д.) и вторичного контура для подвода тока от источника питания к электродам.

Средства механизации и автоматизации представляют собой при­способления к универсальным машинам, роботы, автоматические устройства, которые обеспечивают сборку, установку деталей перед сваркой, перемещение их во время сварки и съем сваренных узлов, формоизменение деталей до и поело сварки (удаление грата), зачи­стку деталей, электродов и роликом и т. п.

Область применения контактной сварки чрезвычайно широка — от крупно­габаритных строительных конструкций, космических аппаратов до миниатюрных полупроводниковых устройств и пленочных микросхем. По имеющимся данным, и настоящее время около 30 % всех сварных соединений выполняют различными способами контактной сварки. Среди механизированных и автоматизированных способов сварки контактная сварка занимает первое место.

Контактной сваркой можно успешно соединять практически все известные конструкционные материалы — низкоуглеродистые и легированные стали, жаро­прочные и коррозионно-стойкие сплавы, сплавы на основе алюминия, магния и ти­тана и др.

Точечная сварка — наиболее распространенный способ, на долю которого при­ходится около 80 % всех соединений, выполняемых контактной сваркой. Этот способ сварки широко используют в автомобиле- и вагоностроении, строительстве, радиоэлектронике и т. д. Например, в конструкциях современных лайнеров насчиты­вается несколько миллионов сварных точек, легковых автомобилей — до 5000 точек. Диапазон свариваемых толщин — от нескольких микрометров до 10—30 мм. То­чечной сваркой соединяются элементы жесткостей и крепежные детали с листами, тонкостенными оболочками и панелями.

Стыковую сварку сопротивлением используют весьма ограниченно, так как не удается обеспечить равномерный нагрев стыка и получить соединение по всей поверхности контакта из-за трудностей удаления оксидных пленок. Этот способ применяют в основном при соединении проволоки, стержней и труб из низкоуглеродистой стали относительно малых сечений.

Стыковую сварку оплавлением успешно используют при соединении трубопроводов, железнодорожных рельсов (бесстыковые пути) в стационарных и полевых условиях, длинномерных заготовок, ободьев автомобильных колес из различных конструкционных сталей и сплавов, латуни и цветных металлов и др. Стыковая сварка оплавлением обеспечивает экономию легированной стали при производстве режущего инструмента. Например, рабочая часть сверла из инструментальной стали, сваривается с хвостовой частью из обычной стали.