Sudura prin contact

Sudarea prin contact  este procesul de formare a unei îmbinări sudate integrale prin încălzirea metalului cu un curent electric care trece prin acesta și deformarea plastică a zonei de îmbinare sub acțiunea unei forțe de compresiune.

Sudarea prin rezistență este utilizată în principal în producția industrială în masă sau în serie a aceluiași tip de produse [1] . Se aplică la întreprinderile de inginerie mecanică, din industria aviației.

Istorie

În 1856, fizicianul englez William Thomson (Lord Kelvin) a fost pionier în sudarea cap la cap. În 1877, cercetătorul american Elihu Thomson a dezvoltat în mod independent sudarea cap la cap și a introdus-o în industrie. În același 1877, inventatorul rus Nikolai Nikolaevich Benardos a propus metode de sudare prin puncte și cusături de rezistență [2] .

Pentru realizarea proceselor de sudare prin puncte cu rezistență s-au folosit clești speciali cu electrozi de carbon, cărora li se alimenta curent electric. Apoi două plăci de oțel stivuite una peste alta au fost prinse cu clești, iar curentul furnizat electrozilor de carbon, trecând prin metal, a dat o cantitate suficientă de căldură pentru a forma un punct de sudură.

În 1886, Elihu Thomson, un cercetător și dezvoltator de sudare prin rezistență, a solicitat un brevet care protejează o metodă fundamental nouă de sudare electrică, descrisă astfel: „Obiectele care urmează să fie sudate sunt aduse în contact în punctele care urmează să fie sudate și un prin ele trece un curent enorm.forțe - până la 200.000 de amperi la joasă tensiune - 1-2 volți . Punctul de contact va prezenta cea mai mare rezistență la curent și, prin urmare, va deveni foarte fierbinte. Dacă în acest moment începem să comprimăm piesele de sudat și să forjam locul sudării, atunci după răcire obiectele vor fi bine sudate” [2] . Metoda de sudare a fost numită „forjare electrică”, sau „metoda de sudare fără flacără”.

La sfârșitul secolului al XIX-lea, sudarea cap la cap a fost folosită pentru a conecta firele telegrafice . În cercetările sale ulterioare, Elihu Thomson a început să combine încălzirea cu curentul electric cu deformații plastice, posibile prin utilizarea sistemelor hidraulice de compresie. Până la începutul secolului al XX-lea , au existat rapoarte despre utilizarea sudurii prin rezistență de către Fiat pentru fabricarea motoarelor de aeronave.

În 1928, Stout Metal Airplane Company (o divizie a Ford Motor Company ) a folosit sudarea prin rezistență pe linii pentru fabricarea structurilor din duraluminiu . La începutul anilor 1930, sudarea prin rezistență a metalelor cu punct de topire scăzut și a aliajelor acestora a fost testată în SUA. În cursul cercetării, au fost dezvoltate tehnologii și echipamente care au început să fie utilizate în producția de avioane Douglas, Boeing și Sikorsky [2] .

Teorie

Parametrii principali ai modului tuturor metodelor de sudare prin contact sunt puterea curentului de sudare , durata pulsului acestuia și forța de compresiune a pieselor. Căldura din metalul sudat este eliberată atunci când un impuls de curent trece prin acesta cu o durată în conformitate cu legea Joule-Lenz :

Valoarea este luată ca rezistență a coloanei de metal dintre electrozi . Atunci când se calculează curentul de sudare și timpul de impuls al transformatorului de sudură, acesta  este parametrul inițial, deoarece este ușor de calculat, cunoscând materialul piesei, grosimea acesteia și temperatura de sudare necesară. În acest caz, rezistențele în contactele dintre piese și dintre electrozi și piese sunt neglijate.

Conform legii Joule-Lenz, o creștere ar trebui să crească cantitatea de căldură eliberată . Dar, conform legii lui Ohm, o creștere nu crește întotdeauna cantitatea de căldură eliberată în timpul sudării , depinde mult de raportul și impedanța circuitului secundar al transformatorului de sudare.

Unde  este tensiunea pe circuitul secundar al mașinii de sudură, a  este impedanța circuitului secundar, care include . Cu o creștere a rezistenței , puterea curentului de sudare va scădea , ceea ce este luat în considerare în legea Joule-Lenz pătrat. De aici rezultă mai multe implicații practice. Odată cu o creștere a rezistenței totale a circuitului secundar de la 50 la 500 μΩ, degajarea de căldură în zona de sudare scade de aproximativ 10 ori pe măsură ce scade. Lipsa de căldură este compensată prin creșterea tensiunii ( ) sau a timpului de sudare. Procesul de sudare pe mașini de contact cu o rezistență scăzută a circuitului secundar (~ 50 μOhm) este însoțit de o creștere intensă a încălzirii pe măsură ce aceasta scade în procesul de creștere a miezului de sudură. Când se atinge egalitatea , încălzirea atinge un maxim, iar apoi, pe măsură ce scade și mai mult (la atingerea dimensiunii necesare a miezului), scade. Astfel, sudarea pe mașini de contact cu rezistență scăzută a circuitului secundar (și majoritatea [3] ) este însoțită de încălzire nestaționară și calitate instabilă a îmbinărilor. Acest dezavantaj poate fi redus prin comprimarea fiabilă a pieselor curățate, asigurându-se că este menținută la un nivel minim, sau prin menținerea unui nivel ridicat din cauza comprimării slabe a pieselor și împărțirea impulsului curentului de sudare în câteva impulsuri mai scurte. Acesta din urmă economisește și energie și asigură o conexiune precisă cu o deformare reziduală de 2 ... 5%.

La sudarea pe mașini cu o rezistență mare a circuitului secundar (> 500 µOhm), scăderea procesului de sudare practic nu afectează degajarea de căldură, încălzirea rămâne staționară, ceea ce este tipic pentru sudarea pe mașini suspendate cu un cablu lung în circuitul secundar. Îmbinările sudate pe ele au o calitate mai stabilă [3] .

Tehnologie

Pregătirea suprafețelor pentru sudarea prin contact

Metodele de pregătire a suprafeței sunt diferite. În forma lor cea mai completă, ele cuprind mai multe operații succesive: degresare, îndepărtare a peliculelor inițiale, în principal de oxid, pasivare, neutralizare, spălare, uscare, control.

Cerințe de bază pentru pregătirea suprafeței pentru sudarea prin contact:

Mașini de sudură la contact

Sudarea prin contact se realizează pe mașini de sudură prin contact, care sunt staționare, mobile și suspendate, universale și specializate. Prin natura curentului din circuitul de sudare, pot exista mașini AC sau DC dintr-un impuls de curent rectificat în circuitul primar al transformatorului de sudare sau dintr-o descărcare a condensatorului . După metoda de sudare se disting mașinile de sudare în puncte , relief , cusături și cap la cap [3] . Transformatorul de sudură al mașinii scade tensiunea rețelei la 1-15 volți . Electrozii din aliaje de cupru sunt utilizați pentru comprimarea pieselor și furnizarea de curent cu o putere de 1–200 kA . Puterea mașinii 0,5-500 kVA . O forță de compresie de 0,01–100 kN (1–10.000 kgf ) este creată de o acționare pneumohidraulică sau de un mecanism pârghie-arc. Durata curentului de la 0,01 la 10 secunde este activată de contactoare controlate electronic [5] .

Orice aparat de sudura prin rezistenta este alcatuit din piese electrice si mecanice, sisteme pneumatice sau hidraulice si sisteme de racire cu apa. Partea electrică , la rândul său, constă dintr-un transformator de sudură, un întrerupător de circuit primar al transformatorului de sudură și un regulator de ciclu de sudare care asigură o secvență dată de operații ciclului și reglarea parametrilor modului de sudare. Partea mecanică este alcătuită dintr-un antrenament de compresie (mașini cu punct), o antrenare de compresie și o unitate de rotație a rolelor (mașini de cusut) sau antrenări pentru prinderea și răsturnarea pieselor (mașini de cap). Sistemul pneumatic-hidraulic este alcătuit din echipamente de pregătire ( filtre , lubrifiatoare care ung părțile în mișcare), reglare ( cutii de viteze , manometre , supape de reglare) și alimentare cu aer a sistemului de comprimare (supape electro-pneumatice, supape de închidere, robinete, fitinguri ). ). Sistemul de răcire cu apă include fitinguri pentru piepteni de distribuție și recepție, cavități răcite cu apă din transformator și circuitul secundar, furtunuri de distribuție, supape de închidere și relee hidraulice care opresc mașina dacă nu există sau este puțină apă. Mașinile cu puncte și cusături sunt pornite folosind o pedală de picior cu contacte, mașini pentru cap - folosind un set de butoane. Se primesc comenzi de la comenzi pentru comprimarea electrozilor sau piesele de prindere, pentru a porni și opri curentul de sudare, pentru a roti rolele, pentru a porni controlerul ciclului de sudare. [3] .

Electrozi de sudura de contact

Prin electrozii de sudare cu rezistență, circuitul secundar de sudare este închis. Rolele cu electrozi în timpul sudării cusăturilor de rezistență mută piesele care urmează să fie sudate. De asemenea, țin piesele pe loc în timpul încălzirii și răsturnării lor.

Deoarece electrozii se uzează rapid în timpul sudării prin rezistență, aceștia sunt supuși cerințelor privind stabilitatea reținerii formei atunci când sunt încălziți până la 600 de grade și forțelor de compresie la șoc de până la 5 kg/mm2.

Electrozii sunt fabricați din cupru și bronz (bronz crom-zirconiu BrKhTsrA; bronz cadmiu BrKd1; bronz crom BrKh etc.).

Electrozii pentru sudarea în relief sunt realizați în formă apropiată de produs, pentru mașinile de cusut - sub formă de discuri.

Defecte de sudura si controlul calitatii

Calitatea îmbinărilor sudate realizate prin sudarea prin rezistență depinde de pregătirea corectă a suprafeței pieselor și de alegerea modurilor de sudare. Principalii indicatori ai calității sudurii prin puncte și cusături includ dimensiunea miezului punctului de sudură, care ar trebui să fie egală cu trei grosimi S ale celei mai subțiri foi de sudură. Adâncimea de penetrare ar trebui să fie între 20 ... 80% S. Depășirea acestor limite duce la lipsa pătrunderii sau stropirea metalului.

Defectele de sudare sunt controlate atât prin inspecție, cât și prin orice metodă de testare nedistructivă disponibilă. O caracteristică a controlului îmbinării în timpul sudării prin rezistență este dificultatea de a detecta lipsa de fuziune, care nu este detectată din cauza presării contactelor unul pe celălalt. În punctul de contact, radiațiile electromagnetice și ultrasunetele nu sunt reflectate sau atenuate. O modalitate de a detecta un defect este distrugerea probelor de control. În absența lipsei de pătrundere, distrugerea trece prin întregul metal al uneia dintre părți. În acest caz, se măsoară diametrul miezului turnat, realizat prin sudare în puncte sau cusături.

Varietăți de sudare prin contact

Sudarea prin puncte

Sudarea în puncte este un proces de sudare în care piesele sunt îmbinate în unul sau mai multe puncte în același timp. Rezistența îmbinării este determinată de dimensiunea și structura punctului de sudare, care depind de forma și dimensiunea suprafeței de contact a electrozilor, de puterea curentului de sudare , de timpul în care curge prin piesa de prelucrat, de forța de compresie. și starea suprafețelor pieselor de sudat. Utilizând sudarea în puncte, puteți crea până la 600 de îmbinări într-un minut [5] . Este utilizat pentru conectarea celor mai subțiri părți (până la 0,02 microni ) ale dispozitivelor electronice, pentru sudarea structurilor de oțel din table cu grosimea de până la 20 mm în construcții de mașini , aeronave și navale , în inginerie agricolă și alte industrii [5] .

Sudare prin proiecție

Sudarea în relief este un proces de sudare în care piesele sunt conectate în unul sau mai multe puncte în același timp, având proeminențe-reliefuri special pregătite. Această metodă este similară cu sudarea în puncte. Principala diferență: contactul dintre părți este determinat de forma suprafeței lor la joncțiune, și nu de forma părții de lucru a electrozilor, ca în sudarea în puncte. Proeminențele de relief sunt pregătite în prealabil prin ștanțare sau altfel și pot fi prezente pe una sau ambele părți care urmează a fi sudate.

Sudarea în relief este utilizată în industria auto pentru atașarea consolelor la piesele din tablă (de exemplu, pentru atașarea consolelor la capota unei mașini , pentru atașarea balamalelor pentru agățarea ușilor la o cabină); pentru conectarea elementelor de fixare - șuruburi , piulițe și știfturi . În electronica radio , este folosit pentru a atașa firele la părți subțiri [6] .

Sudarea cu rezistență la cusături

Sudarea prin cusătură este un proces de sudare în care piesele sunt conectate printr-o cusătură constând dintr-un număr de puncte de sudură separate (zone turnate), suprapuse parțial sau nesuprapunându-se unele pe altele. În primul caz, cusătura va fi sigilată. În cel de-al doilea caz, sudarea cusăturii efectuată prin puncte individuale fără suprapunere practic nu va diferi de un număr de puncte obținute prin sudarea în puncte . Procesul de sudare a cusăturii se realizează pe mașini speciale de sudură cu două (sau unul [7] ) role-electrozi cu disc rotativ, care comprimă, rulează și sudează strâns piesele de îmbinat. Grosimea tablelor sudate variază între 0,2-3 mm [7] [8] . Este utilizat la fabricarea diferitelor containere în care sunt necesare cusături etanșe - rezervoare de gaz , țevi, butoaie, burduf etc.

sudare cap la cap

Sudarea cap la cap este un proces de sudare în care piesele sunt conectate de-a lungul întregului plan de contact, ca urmare a încălzirii. În funcție de calitatea metalului, de aria secțiunii transversale a pieselor care urmează a fi îmbinate și de cerințele de calitate a îmbinării, sudarea cap la cap poate fi realizată în mai multe moduri: rezistență, fulger continuu și fulger încălzit.

Sudarea prin rezistență este utilizată pentru conectarea pieselor cu o suprafață în secțiune transversală de până la 200 mm² [9] . Este utilizat în principal pentru sudarea sârmei, tijelor și țevilor din oțel cu conținut scăzut de carbon de secțiuni relativ mici [6] .

Sudarea prin fuziune este utilizată pentru conectarea pieselor cu o suprafață în secțiune transversală de până la 100.000 mm² [9] , cum ar fi conducte, armarea produselor din beton armat, îmbinări cap la cap din oțel de profil, ferăstrău cu bandă . Este utilizat pentru îmbinarea șinelor de cale ferată pe șine fără îmbinare , pentru producerea țaglelor lungi din oțeluri, aliaje și metale neferoase. În construcțiile navale , este utilizat pentru fabricarea lanțurilor de ancore, serpentine frigorifice pentru nave frigorifice. De asemenea, sudarea rapidă este utilizată în producția de scule de tăiere (de exemplu, pentru sudarea părții de lucru a unui burghiu din oțel pentru scule cu o parte din coadă din oțel obișnuit) [6] [9] .

Alte procedee de sudare prin rezistență

Una dintre varietățile de sudare prin contact este sudarea prin impuls , în care arcul arde chiar și în pauzele dintre impulsurile de curent aplicate, fără a afecta în mod semnificativ adâncimea de topire a metalului. Impulsurile de curent suplimentare sunt suprapuse curentului principal de sudare cu o frecvență de câteva zeci de herți. De asemenea, a fost dezvoltată o tehnologie cu dublu impuls cu modulare a impulsului curent. Modulația vă permite să schimbați forma pulsului, unghiul de înclinare a frontului lor de undă, ceea ce vă permite să controlați transferul cu picături mici de metal în timpul sudării [10] .

Avantajele sudării prin impulsuri sunt arderea stabilă a arcului, craterele din punctele de sudură sunt eliminate, suprapunerile zonelor din sudare sunt reduse.

Sudarea prin impuls este utilizată pentru sudarea atât a diferitelor grade de oțel, cât și a aluminiului, cuprului, aliajelor de nichel și titanului cu grosimi ale piesei de la 1 la 50 mm [11] .

Note

  1. ↑ Sudarea prin contact, principiul sudării prin rezistență . Data accesului: 24 octombrie 2009. Arhivat din original la 3 ianuarie 2012.
  2. ↑ 1 2 3 Dezvoltarea procesului de sudare electrică prin rezistență (link inaccesibil) . Consultat la 24 octombrie 2009. Arhivat din original la 5 aprilie 2012. 
  3. ↑ 1 2 3 4 Sudarea contactului (link inaccesibil) . Consultat la 24 octombrie 2009. Arhivat din original la 4 aprilie 2012. 
  4. ↑ Contact sudare (link inaccesibil) . Consultat la 4 decembrie 2009. Arhivat din original la 18 ianuarie 2010. 
  5. ↑ 1 2 3 [bse.sci-lib.com/article064083.html Contact electric welding] . Consultat la 24 octombrie 2012. Arhivat din original pe 25 octombrie 2012.
  6. ↑ 1 2 3 Sudarea contactului . Consultat la 24 octombrie 2009. Arhivat din original pe 2 martie 2013.
  7. ↑ 1 2 Sudarea cusăturii (link inaccesibil) . Consultat la 24 octombrie 2009. Arhivat din original pe 6 martie 2012. 
  8. ↑ Sudarea cu role (cusătură) (legătură inaccesibilă) . Data accesului: 24 octombrie 2009. Arhivat din original la 9 ianuarie 2013. 
  9. ↑ 1 2 3 Sudare cap la cap (link inaccesibil) . Consultat la 24 octombrie 2009. Arhivat din original pe 6 martie 2012. 
  10. ↑ Sudarea cu impulsuri: avantaje și posibilități . Preluat la 29 aprilie 2020. Arhivat din original la 7 august 2020.
  11. ↑ Sudarea cu arc pulsat în gaze de protecție . Preluat la 4 august 2016. Arhivat din original la 22 iulie 2016.

Literatură

Link -uri

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii