Всё для надежной сварки
Печатная версия материала с сайта svarkainfo.ru - портала о сварке. При использовании материалов с сайта, пожалуйста, всегда указывайте источник или гиперссылку.
показать меню

Главная / Библиотека / Интернет-учебник / Режим контактной сварки и свариваемость металлов

Интернет-учебник

Режим контактной сварки и свариваемость металлов

Под режимом сварки следует понимать совокупность параметров процесса, устанавливаемых соответствующими органами управления сварочной машины, а также форму и размеры используемых электродов (роликов, губок), обеспечивающих получение сварных соединений требуемых размеров и качества. Режим сварки определяется в основном свойствами свариваемого металла, типом сварочного оборудования, а иногда и конструкцией (формой) свариваемых деталей.

Основные параметры режимов контактной сварки: сила тока Iсв, длительность его протекания tсв и усилие сжатия (осадки Fос) деталей. Сила тока измеряется в амперах (А) или кило-амперах (кА), длительность в секундах (с) и усилие в деканьютонах (даН). При СС за основные параметры режима принимают плотность тока (А/мм2) и давление (МПа) — усилие сжатия, отнесенное к сечению свариваемых заготовок.

Режимы разделяют на жесткие и мягкие. Жесткие режимы сварки характеризуются малой длительностью tсв протекания тока Iсв, а следовательно, и кратковременным нагревом свариваемого метала: мягкие режимы - сравнительно большой длительностью tсв. Жесткость режима зависит также от толщины и температуропроводности (и теплопроводности) свариваемого металла. При одинаковой tсв более жестким будет режим для сварки металла большей толщины или металла с меньшей температуропроводностью. Например, при одной и той же tсв режим сварки низкоуглеродистой стали будет более жестким, чем режим для алюминиевого сплава.

Форма и расположение зоны расплавления металла определяются совместным действием процесса тепловыделения и тепло-отвода в электроды и детали. С изменением длительности tсв (изменением жесткости режима) влияние тепловыделения и теплоотвода на формирование соединений меняется. При ТС, PC и ШС на жестких режимах форма и расположение литой зоны определяются распределением плотности тока j в контактах «эд» и «дд», которая зависит от толщины деталей и размеров dк электроводов. В связи с тем, что сварка ведется при малых tсв, теплоотвод практически не влияет на формирование зоны расплавления.

При сварке на мягком режиме форма и расположение литой зоны зависят от теплоотвода в.электроды и свариваемые детали. На мягком режиме литое ядро располагается практически на равном удалении от наружных поверхностей деталей (рис. 17, а) и поэтому в случае деталей неравной толщины смещено в толстую деталь. В связи с большей длительностью нагрева при использовании мягких режимов размеры зоны термического влияния (штриховые линии) и пластического пояска больше, чем в случае жестких режимов.

Форма литой зоны и внешний вид соединения при сварке на режимах:
a - мягком; б - жестком

При сварке на жестком режиме литое ядро расположено более симметрично относительно плоскости соединения деталей (рис. 17, б). Из-за незначительного теплоотвода в электроды жесткие режимы при сварке деталей равной толщины позволяют получить большую высоту литой зоны (большее проплавление деталей).

При ССС форма сварного соединения также зависит от жесткости режима. На мягком режиме с большой tсв (рис. 17, а) размеры зоны нагрева и пластической деформации значительнее, чем на жестком режиме (рис. 17, б). Режимы различных способов сварки имеют свои специфические особенности.

Качество получаемых сварных соединений (свариваемость металла) оценивают исходя из следующих общих требований: отсутствие значительного разупрочнения металла и образования хрупких структур в зоне соединения, особенно в переходной зоне; структурная однородность и плотность соединения металла литой и переходной зон без заметных нарушений сплошности; обеспечение требуемых и стабильных размеров и прочности соединений; отсутствие снижения стойкости металла к коррозии; деформация свариваемых деталей в допустимых пределах.

При сварке различных металлов выполнение этих требований зависит от возможностей оборудования. Если указанные требования выполняются при использовании широкого диапазона параметров режима, то считается, что металл обладает хорошей свариваемостью. Если сварное соединение может быть не получено или получено только в очень узком интервале параметров режима и имеет низкую и нестабильную прочность, то считается, что металл имеет плохую свариваемость. Понятие свариваемости служит для качественной оценки металла. Свариваемость не является постоянным свойством данного металла. По мере совершенствования оборудования и технологии свариваемость конкретного металла может быть улучшена.

Таблица 2. Основные свойства металлов, влияющие на свариваемость

Марка металла Температура плавления Tпл, oC Удельная теплоемкость с, кДж/кг х К Теплопроводность λ, Вт/(м*К) Удельное электросопротивление ρ*106, Ом*м Электропроводимость, % (к мягкой меди) Предел текучести σ0.2, МПа Временное сопротивление σв, МПа
08кп 1530 0,452 57 0,13 13 180(35) 330
ЗОХГСА 1480 0,380 39,4 0,21 8 950(50) 1100
12Х18Н10Т 1440 0,502 16,4 0,75 2,3 200(80) 560
ХН60В 1400 0,44 9,65 1,2 1,4 350(220) 900
ОТ4-1 1700 0,503 9,61 1,42 1,2 600(40) 750
АМН 652 0,92 183,9 0,034 51 100(45) 170
Д16Т 633 0,79 117 0,057 30 280(80)    420
Л63 910 0,385 109 0,068 25 110(45) 375
МА2-1 632 1,09 96 0,12 43 200(45) 270
НМЖМц28-2,5-1.5 1350 0,55 25,1 0,482 3,6 240(85) 600
Медь 1083 0,385 385 0,0172 100 60 220

В скобках приведены средние значения σ0.2 при температуре (0,5—0,6) Тпл.

Свариваемость зависит от многих свойств металла (табл. 2): электропроводимости и теплопроводности, прочности при высоких температурах (сопротивление деформации σ*0.2), температур плавления, коэффициента линейного расширения, твердости и чувствительности к термическому циклу сварки (изменения свойств под действием нагрева).

Имеется достаточно тесная связь основных параметров режима Iсв, tсв, Fсв со свойствами металлов, определяющими их свариваемость: удельным электросопротивлением ρ, теплопроводностью λ и сопротивлением деформации σ*0.2 (рис. 18). С уменьшением электропроводимости и теплопроводности снижается Iсв, и на образование соединения требуется меньшая электрическая мощность. Высокое сопротивление деформации при повышенных температурах требует больших Fсв для осуществления необходимой деформации свариваемого металла. При сварке металлов с высокой твердостью приходится также использовать повышенные Fсв или применять предварительный подогрев металла. С повышением коэффициента линейного расширения увеличиваются деформации свариваемых деталей (табл. 3).

Рис. 18. Связь свойств металлов с параметрами режима сварки

Таблица 3. Свариваемость различных металлов равной толщины

Условные обозначения: « + » — соединение с обшей зоной расплавления и хорошей пластичностью; «—» — общая зона расплавления отсутствует или образуется хрупкое соединение.

Низкоуглеродистые стали имеют достаточно высокое электросопротивление (в 7 раз больше, чем у меди) и низкую прочность, в связи с чем их сваривают в широком диапазоне режимов. При ТС используют относительно небольшие плотности тока (до 600 А/мм2) и давление (до 150 МПа), отнесенные к площади сечения литого ядра в плоскости соединения. Низкоуглеродистые стали хорошо свариваются всеми видами контактной сварки. При ССО плотность тока 10—30 А/мм2, скорость осадки не менее 30 мм/с, давление осадки 60—80 МПа. Эта группа металлов отличается незначительным снижением прочности в результате нагрева, хорошей пластичностью сварных соединений и малой склонностью к образованию трещин.

Низколегированные и углеродистые стали в связи с относительно высокими скоростями нагрева и охлаждения, используемыми при контактной сварке, склонны к закалке. Поэтому при ТС, PC и ШС используют более мягкие режимы для уменьшения опасности возникновения раковин и трещин в результате образования структур закалки в литой и околошовной зонах сварного соединения. Структуры закалки повышают хрупкость и снижают пластичность соединений. Для повышения прочности и пластичности необходима термичедкая обработка в печи или непосредственно в сварочной машине. При сварке этих. металлов сила тока ниже (на 25—30%), а давление выше (в 1,5—2 раза), чем при сварке низкоуглеродистой стали.

Низколегированные и углеродистые стали имеют хорошую свариваемость при СС. Повышенное содержание углерода уменьшает окисление металла и облегчает получение соединений, свободных от оксидов. Пластичность соединений повышают подогревом или последующей термической обработкой. В связи с большой прочностью металла при высоких температурах, а также для предотвращения усадочных, дефектов в зоне соединения сварку ведут при давлениях осадки 80—120 МПа.

Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали обладают высоким ρ (в б—6 раз больше, чем у ннзкоуглеродистой стали), и поэтому для их сварки требуется небольшая сила тока. Из-за высокого коэффициента теплового расширения и опасности возникновения в связи с этим значительных тепловых деформаций сварных узлов, а также из-за склонности некоторых сталей к коррозии при длительном нагреве ТС и ШС выполняют на жестких режимах. Высокая прочность металла требует применения повышенных давлений при сварке (250—400 МПа). При СС этих сталей в связи с их жаропрочностью и склонностью к окислению скорость осадки должна быть не менее 50 мм/с, а давление осадки в 2—2,5 раза больше, чем у низкоуглеродистой стали.

Жаропрочные сплавы на Ni и Fe-Ni основах обладают очень высокими прочностью в нагретом состоянии и ρ, в связи с чем ТС и ШС проводят при больших давлениях (600—900 МПа) и tсв и малых Iсв. Эти сплавы имеют повышенную склонность к внутренним выплескам металла и образованию дефектов усадочного характера в литом ядре, требуют при ССО больших скоростей оплавления (8—10 мм/с) и осадки (более 60 мм/с), необходимых для удаления тугоплавких оксидов из стыка. Давление осадки составляет 450—550 МПа. Для снижения давления осадки используют предварительный подогрев сопротивления зоны сварки.

Титановые сплавы по режимам ТС и ШС (Iсв, tсв) мало отличаются от коррозионно-стойких сталей. При нагреве их пластичность значительно повышается, что позволяет использовать при сварке низкие давления 150—200 МПа. Отсутствие контакта с атмосферой не требует при ТС и ШС какой-либо защиты. В связи с активным взаимодействием с газами и склонностью к перегреву СС титановых сплавов выполняют при высокой интенсивности процесса (больших силах тока, их малой длительности и высокой скорости осадки). При сварке в среде аргона или гелия улучшается формирование пластичных сварных соединений, и титановые сплавы можно сваривать не только оплавлением, но и сопротивлением (малые сечения).

Медные сплавы (латуни, бронзы) характеризуются высокой электропроводимостью, теплопроводностью и низкой прочностью при нагреве. Поэтому для сварки медных сплавов используют большие Iсв при малой tсв. При ТС и ШС латуни Iсв в 3—3,5 раза больше, чем при сварке низкоуглеродистой стали, при практически таких же давлениях. При сварке бронзы сварочные токи несколько меньше в связи с ее более высоким ρ. Латунь и бронза хорошо свариваются ССО. Сварка чистой меди представляет определенные трудности и зависит от ее чистоты. Увеличение примесей в меди приводит к повышению хрупкости сварного соединения. Медь и ее сплавы можно сваривать ССС при большой установочной длине и специальной конструкции устройств, ограничивающих зону деформации при осадке.

Алюминиевые и магниевые сплавы при ТС и ШС требуют применения кратковременных импульсов Iсв большой величины (в 3,5—4 раза больше, чем для низкоуглеродистой стали). При сварке пластичных (неупрочненных) алюминиевых и магниевых сплавов давления практически такие же, как при сварке низкоуглеродистой стали. Сварку сплавов, упрочненных термической обработкой или деформацией, ведут с такими же давлениями, как при сварке коррозионно-стойких сталей. Высокопрочные алюминиевые сплавы при точечной сварке склонны к образованию дефектов усадочного характера (пор, раковин, трещин), поэтому их сваривают с использованием Fк.

Отличительной особенностью ТС и ШС алюминиевых и магниевых сплавов является активный перенос свариваемого металла на рабочую поверхность электродов (роликов) и обратно, что вызывает их интенсивное загрязнение, особенно при сварке магниевых сплавов. При наличии значительных загрязнений на поверхности точек и швов снижается стойкость металла к коррозии, и литая зона может выходить на поверхность металла.

ССО алюминиевых сплавов выполняется с большими скоростями и давлениями осадки (соответственно более 150 мм/с и до 500 МПа). В целях предупреждения расслоений и рыхлот в стыке применяют специальные формирующие губки-электроды, что значительно повышает качество сварных соединений. Упрочненные алюминиевые сплавы сваривают с кратковременным нагревом при больших конечных скоростях оплавления. Два сварки неупрочненных (пластичных) сплавов можно использовать более мягкие режимы. ССО применяют для соединения алюминия с медью; ССС алюминиевых сплавов применяют для соединения проволоки и прутков диаметром до 10 мм.

Источник: Контактная сварка. Чулошников П.Л. Учебное пособие для проф. обучения. - М.:Машиностроение, 1987