Шовная (роликовая) контактная сварка: применение, схема, ГОСТ

Контроль качества сварных соединений

Контроль качества сварки при шовной и точечной контактной сварке имеет особо важное значение, поскольку процесс протекает очень быстро и характер формирования соединения скрыт от внешнего наблюдения. К образованию таких дефектов в сварном шве, как непровары, могут приводить различные факторы. Это и состояние поверхностей деталей и электродов, качество сборки, непостоянство режимов сварки

Кроме непроваров, при сварке могут возникать горячие трещины, выплески металла и раковины

Это и состояние поверхностей деталей и электродов, качество сборки, непостоянство режимов сварки. Кроме непроваров, при сварке могут возникать горячие трещины, выплески металла и раковины.

Наибольшую опасность представляют непровары, они существенно снижают эксплуатационные характеристики соединения, такие как прочность и герметичность. Наружные и внутренние выплески металла ухудшают внешний вид изделия и могут засорять магистрали. Трещины и раковины могут влиять, в основном, на герметичность и, в меньшей степени на прочность, поскольку находятся вне зоны наибольших рабочих напряжений.

При контактной сварке обычно применяют комплексный контроль соединений, начиная с контроля оборудования, приспособлений, состояния поверхностей деталей и электродов, проверки качества сборки и заканчивая контролем самого сварного соединения.

Контроль готового сварного соединения достаточно сложная задача при контактной сварке. Для этого применяется радиографический метод контроля рентгеновскими лучами. С помощью этого метода неразрушающего контроля хорошо выявляются трещины, раковины, выплески.

Промышленное применение точечной и шовной сварки

Из-за высокой производительности и качества сварных соединений, эти способы сварки являются одними из наиболее перспективных, в первую очередь, в условиях массового производства. Среди механизированных способов сварки контактная уверенно занимает первое место. Наиболее широкое применение эта сварка нашла в автомобилестроении. Не меньшее применение она находит и вагоностроении, при соединении обшивки вагона с рамой.

Другими областями массового применения являются производство комбайнов и тракторов, бытовых приборов, электроники, спортинвентаря и в строительстве при изготовлении строительных панелей, каркасов. Отдельное место точечная и шовная сварка занимает при изготовлении металлоконструкций ответственного назначения, например, при производстве современных авиалайнеров.

В приборостроении при помощи этого вида сварки изготавливают чувствительные элементы, корпуса приборов, реле. В электронике при изготовлении выводов интегральных схем, проводников, электронно-оптических систем.

Рельефную сварку используют при изготовлении арматуры железобетона, сеток, решёток, соединений крепёжных деталей и штуцеров, шипов с листами, тормозных колодок автомобилей, сепараторов шарикоподшипников и т.д.

При помощи шовной контактной сварки можно получить прочные соединения, работающие при высоком давлении и в условиях глубокого вакуума, к примеру, топливные баки автомобилей и сельхозтехники, барабаны стиральных машин, корпуса холодильников и различных ёмкостей (огнетушителей, бидонов, сифонов и др.). При этом, скорость сварки герметичных швов достигает 10-15 м/мин.

Это интересно: Электроды Kobelco LB-52U — характеристики, состав, назначение

Стыковая

Стыковой сваркой называется способ КС, характеризующийся соединением свариваемых изделий по всей площади их контакта. По стыковой методике свариваются изделия стержневого типа, прутки, проволока, полосы, трубы, прокат сложного профиля.

На рис. ниже приведена схема контактной стыковой сварки.

В производственной практике применяются два вида стыковой КС:

Стыковая сварка сопротивлением, выполняемая в следующей последовательности:

заготовки плотно прижимаются друг к другу свариваемыми поверхностями,
через сжатые заготовки пропускается электрический ток,
после разогрева стыкуемых поверхностей до возникновения пластического состояния детали осаживаются с одновременным отключением подачи тока.

Сварку сопротивлением используют для деталей небольшого размера (площадью сечения не более 200 кв. мм) и простым сечением в форме круга или квадрата.

Стыковая сварка оплавлением, при выполнении которой свариваемые детали сближаются при включенном источнике сварочного тока. В этом случае соприкосновение поверхностей происходит через микроконтакты, суммарная площадь которых по факту много меньше номинальной расчетной площади сопряжения стыков. Из-за этого сила тока, проходящего через микроконтакты, достаточно велика, чтобы практически мгновенно оплавлять металл микроконтактов с созданием жидких перемычек. Нагрев стыков заготовок сопровождается непрерывным образованием и разрушением контактов-перемычек, в результате чего на стыках возникают сплошные слои расплавленного металла. После осадки с повышенной скоростью сближения торцы деталей смыкаются, а основная часть жидкого металла выдавливается из сварочной зоны и после остывания и кристаллизации образует утолщение, называемое гратом.

Сварку оплавлением используют для деталей площадью сечения до 100 000 кв. мм различной конфигурации сечения.

Виды сварки

ГОСТ 15878 от 1979 года был выпущен взамен аналогичного документа, датированного 1970 годом выпуска — в нём были описаны основные виды контактных методик сварки, а также другие методы, некоторые из которых мы рассмотрим подробнее.

Точечная

Этот сварки методом небольшого по размерам контакта применяется во многих сферах человеческой деятельности: от строительства и до производства самолётов и ракет. Например, при создании прочной обшивки современных лайнеров из алюминия и его сплавов на корпусе расположены миллионы точечных сварных объектов, которые и образуют прочное соединение.

Принцип действия аппаратов точечной сварки предельно прост — металл в месте соединения мгновенно разогревается до температуры плавления с одновременным сильным сжатием с обеих сторон в результате получается прочный и эстетичный шов, выдерживающий любые нагрузки и колебания. Данный метод позволяет сократить до минимума время соединения металлов в одно целое. Применяется такая методика для прочного соединения листового материала и металлических стержней сваркой встык.

Рельефная

Во время применения рельефной методики происходит пластическая деформация свариваемого материала, что характерно для условий, способствующих формировке надёжного соединения, после окончательного затвердевания.

Шовная

Применяется для создания прямых и непрерывных швов — машина создаёт серию точек, на которые впоследствии накладываются аналогичные точки. В результате такой интенсивной атаки и создается прочное соединение, которое полностью соответствует требованиям ГОСТ. Применяются три вида методик:

Непрерывный вариант. Создаётся ровный шов при постоянном механическом воздействии роликов на соединяемые поверхности и непрерывной подаче электрического потенциала. Такие аппараты работают весьма эффективно, но склонны к перегреву, а ролики из-за высоких нагрузок быстро выходят из строя — стираются контактные поверхности. Требуется предварительная обработка соединяемых деталей.
При шаговом методе роликовый механизм постоянно контактирует с поверхностью сварки и давит на деталь, которая перемещается прерывисто, что позволяет избежать негативного воздействия перегрева и последующей деформации.
Прерывистая линия характерна использованием пульсирующих импульсов. Заготовка находится в постоянном движении между двумя прижимными роликами, а точки постоянно перекрывают друг друга образуя герметичный шов..

Третий вариант используется чаще и пользуется большей популярностью, чем два предыдущих.

Конденсаторная

ГОСТ на конденсаторную сварку легко можно найти в перечне соответствующих документов, а аналогичная технология была разработана ещё в начале прошлого века и за время использования не претерпела существенных изменений, зарекомендовав себя надёжным и простым способом соединения металлов. Сварочный агрегат имеет простую конструкцию, на электросеть оказывается небольшая нагрузка, а производительность при этом довольно высокая.

Суть процесса схожа с контактной сваркой, только здесь подача тока происходит импульсно и мощно, для чего используются мощные конденсаторы, отличающиеся большой ёмкостью.

Схематическое изображение конденсаторной сварки.

Дополнительные элементы

Базовая комплектация оборудования для сварки контактным способом представлена исполнительными механизмами электрической и механической систем, обеспечивающими работу сварочной техники в штатных режимах. В качестве дополнительных элементов в комплектации сварочной техники могут присутствовать детали и механизмы, предназначенные для расширения функциональных возможностей данного агрегата, а также для облегчения работы сварщика-оператора. Наиболее востребованными являются:

цилиндры подачи с регулируемым ходом перемещения;
устройства управления опусканием электрода;
пневматические клещи;
ручные клещи для точечной сварки;
сверла для точечной сварки;
аксессуары серии споттер;
консоли прямые и фигурные для фиксации электродов;
плечи для машин точечной сварки.

Оборудование и приспособления

Для машин общего назначения ГОСТ 297—80 устанавливает, в частности, следующие основные параметры.

Наибольший вторичный ток. Это ток, который проходит во вторичном (сварочном) контуре при его коротком замыкании на максимальной ступени регулирования при номинальных значениях раствора и вылета сварочного контура.
Номинальное и (или) наименьшее и наибольшее усилия сжатия электродов – для точечных, шовных и рельефных машин.
Требования к геометрическим параметрам электродов и консолям машины (размеры контура относятся к наиболее важным параметрам машины; контуры состоят из жестких и гибких токоведущих элементов, которые соединяют вторичные витки сварочного трансформатора с оснасткой машин).

Оснастка машин включает консоли, электрододержатели, электроды, токоподводящие губки и другие элементы, размеры и конструкция которых может меняться в зависимости от конструкции изделия. На этих элементах иногда устанавливают приспособления, фиксирующие или поддерживающие свариваемые, детали, загрузочные или съемные механизмы. Вторичный контур характеризуется такими параметрами:

активное сопротивление;
индуктивное сопротивление;
полное сопротивление в режиме короткого замыкания.

В состав точечных, рельефных, шовных, подвесных и многоэлектродных машин входят приводы сжатия. В период протекания сварочного тока эти приводы формируют на электродах постоянное или изменяющееся во времени сварочное усилие. В необходимых случаях такие приводы создают на электродах усилие предварительного обжатия (до включения тока) и ковочное усилие (после выключения тока), превышающие уровень сварочного усилия. В большинстве машин приводы сжатия являются пневматическими, реже – пружинными.

Привода вращения роликов шовных машин – обеспечивают передвижение свариваемых деталей на шаг точек. Вращение роликов может быть непрерывным и прерывистым. Приводным может быть один из роликов, а в некоторых случаях крутящий момент передается сразу на оба ролика.

Электроды для точечной сварки и ролики для шовной сварки состоят из: рабочей части, части, обеспечивающей соединение с машиной, и средней (основной) части

Рабочая часть обеспечивает непосредственный контакт (электрический и механический) электрода со свариваемыми деталями и имеет рабочую поверхность, форма и размеры которой являются важной технологической характеристикой электрода (ролика). В настоящее время наиболее распространены две формы рабочей поверхности: плоская (цилиндрическая у роликов) и сферическая

Основной функцией электродов и роликов является подвод тока к деталям и передача к ним сварочного усилия. Внутренняя часть большинства электродов для точечной сварки имеет канал для подачи охлаждающей воды. Внутри охлаждающего канала находится трубка, по которой поступает вода.

Особенности сварного процесса

При точечном сваривании к месту соединения металлических деталей применяется кратковременный импульс электрического тока, длительность которого меняется в пределах 0,01-0,1 секунды.

При этом в зоне наложения электродов кромки изделий расплавляются, приобретают общее ядро. После подачи тока детали остывают под давлением для кристаллизации этого ядра, а также его полного остывания.

Технические данные машин контактной сварки.

Основные способы контактной сварки:

точечный метод;
шовный или роликовый способ;
стыковая контактная сварка.

Особенности такого вида сварки заключаются в том, что он не требует повышенных мер безопасности. Прижатие деталей друг к другу приводит к образованию уплотняющего пояска между ними без выплеска расплавленного металла.

Но давление с деталей стоит снимать с некоторой отсрочкой, чтобы обеспечить им лучшую кристаллизацию, проковывание и добиться устранения неоднородностей.

Достоинства точечной сварки ‒ экономичность, высокая механическая прочность швов, возможность автоматизировать рабочие процессы. Недостатки контактной сварки заключаются в отсутствии герметичности созданных сварочных швов.

Обеспечить сварные швы высоким качеством позволит предварительная подготовка. Детали очищаются от всех видов загрязнений при помощи специальных щеточек, методом опескоструивания, травления в кислотах, а также иными способами.

Сборку перед сваркой важно выполнить таким образом, чтобы она обеспечила точное и плотное прилегание металлических изделий друг к другу. В противном случае, зазор между деталями уменьшит и поглотит часть давления на них, осадочное давление снизится, появится разброс прочности сварных точек. В целом, это снизит прочностные характеристики сварного шва, сделает его уязвимым для негативных факторов извне

В целом, это снизит прочностные характеристики сварного шва, сделает его уязвимым для негативных факторов извне

В противном случае, зазор между деталями уменьшит и поглотит часть давления на них, осадочное давление снизится, появится разброс прочности сварных точек. В целом, это снизит прочностные характеристики сварного шва, сделает его уязвимым для негативных факторов извне.

Шовная (роликовая) сварка: технология, машины

Роликовая (шовная) сварка соединяет в нахлест детали прерывистым или непрерывным швом. Получение последнего, герметичного шва происходит при перекрытии каждой следующей точки на 22-35 % предыдущей.

Устройство шовных машин схоже с аппаратами для точечного соединения. Составляющие части данных станков:

станина;
механизмы вращения и сжатия;
электроды с креплениями;
трансформатор.

Устройство машины для шовной сварки

Станина у станков — это ровная, массивная сварная или литая конструкция, которая выполняет роль надежной подставки. Механизмы сжатия могут быть комбинированными — пневмопривод взаимодействует с электродвигателем или раздельными (электромоторным, пневматическим, педальным). Сжатие с помощью педали (ручной труд человека), проигрывает другим системам.

Электроды для шовных машин, как вы уже можете догадаться, выполнены в форме дисков, которые вращаются через редуктор или иную систему приводящую их в движение. Часть станков используется для шаговой роликовой сварки, при остановке роликов происходит подача тока на свариваемые изделия.

Практически все машины, имеют в своей конструкции — импульсный прерыватель тока. С его помощью удается получить качественную сварку деталей из нержавеющей стали и цветных металлов. Прерыватели бывают двух типов: ламповые и механические.

Шовные машины (клещи)

Помимо стационарных агрегатов на рынке встречаются переносные (подвесные) модели с клещами. В устройстве таких станков имеются: клещи, трансформатор и подвесная система с пневматическим приводом, которая передвигает клещи вдоль и проворачивает их вокруг своей оси.

Видео: принцип работы клещей шовной сварки.

Описание технологии шовной сварки

Детали ложатся одна на другую и сжимаются с особым усилием между двух роликов (электродов). После подачи тока на электроды, металл заготовок нагревается и плавится. От прокатывания деталей между роликами, получаются сварные точки, которые могут перекрывать или не перекрывать друг дружку.

Шовная сварка от видов перемещения заготовок и подачи тока подразделяется на:

1. Шаговая шовная сварка. На материал идет постоянное давление, заготовки перемещаются с перерывами (пошагово), при остановке роликов подается ток. Данный способ востребован для соединения цветных и легких сплавов.

2. При непрерывной технологии получается сплошной шов — на дисковые электроды идет постоянное сжатие и ток, детали тоже в движении непрерывно.

Способ не нашел широкого применения из-за перегрева заготовок и ускоренного износа роликов. Также для эффективности процесса, требуется основательная зачистка деталей и идентичность материала и толщина свариваемых листов.

3. Прерывистая контактная шовная сварка более всего известна. Давление на ролики постоянное, перемещение материала непрерывно, а подача тока происходит импульсами (с перерывами). С помощью регулировки частоты импульсов тока и скорости движения роликов, настраивается получение герметичного шва.

Видео: контактная шовная сварка.

https://youtube.com/watch?v=RyPVrhanfIQ

Машины и станки

Все машины для шовной сварки имеют дисковые ролики (электроды), бронза основной материал для их изготовления. От предназначения станка диаметр дисков может быть от 350 до 450 мм, а ширина рабочей поверхности от 4 до 10 мм.

На рынок поставляются агрегаты с мощностью от 25 до 300 кВА, которые делятся на маломощные и повышенной мощности.

К маломощным относятся станки с маркировкой АШП-25, МШМ-25М, МШМ-50 и Ш-50-1. Применяются для продольной и поперечной сварки изделий толщиной 1-2 мм.

Шовные машины большой мощности — это от 100 до 300 кВА.

Машина шовной сварки МШ-2203

Агрегат переменного тока, прессового вида. Сваривает поперечные и продольные швы, имеет регулировку давления и скорости сварки.

На рынок поставляется в 2 вариантах:

с вылетом хобота 40 см;
с вылетом хобота 70 см.

МШ-2203 работает при температуре от 0° С до 40° С в закрытых вентилируемых зданиях. Подробные технические характеристики представлены в таблице:

Основные характеристики других шовных машин смотрите в таблице ниже. В ней представлены отечественные станки с доступным интерфейсом для любого человека, с разными режимами сварки.

Роликовый стенд для сварки

Отдельные виды работ выполняют на специальных стендах или стеллажах.

Например, роликовый стенд изобрели для сварки изделий цилиндрической формы. За счет вращения заготовок, получается ровный и герметичный шов. В устройство стенда входят роликовые опоры и червячный привод для их вращения.

Видео: аппарат контактной шовной сварки цилиндрических деталей ТТ-84.

Виды сварки, устанавливаемые ГОСТ 15878-79

Контактная сварка по способам создания неразъемных соединений в указанном стандарте разделяется на такие виды:

Точечную.
Рельефную.
Шовную.

Принципиально первый способ подразумевает создание сварного соединения в точке, на которую воздействует торец стержневого электрода. Он передает сдавливающее усилие и электрический заряд. Диаметр литого ядра в точке напрямую зависит от рабочего диаметра стержня. При этом в процессе могут участвовать одновременно несколько электродов для создания множества отдельных точек (например: изготовление арматурных сеток).

Наличие дополнительной технологической операции сужает область применения такого способа сварки.

По своей форме (вид сверху) рельефы могут быть:

круглыми;
удлиненными;
кольцевыми.

При этом стандарт оговаривает, что при обоих способах сварки точки могут быть расположены:

в виде цепочки (однорядный и многорядный вариант). При этом осевые линии точек совпадают и (или) идут параллельно друг другу;
в шахматном порядке (многорядный вариант). Когда осевые линии точек в плане имеют сдвиг относительно друг друга на определенный шаг.

В шовной сварке цепочка из отдельных точек, перекрывающих друг друга, создается не отдельными стержнями, а вращающимися дисками. Механизм протекания процесса аналогичен описанному выше, однако, непрерывный шов позволяет повысить прочностные характеристики и герметичность шва.

К категории Б отнесены остальные группы сварных соединений.

Принятие решения об отнесении соединения к каждой из групп происходит на стадии проектирования. При этом также учитывают степень технологичности процесса.

Особенности нахлесточного соединения

При сварке этим способом учитывают, что:

Нахлесточный шов делают путем перекрытия поверхности одной детали частью другой. В стандартных условиях сварку выполняют по нижнему краю заготовки. Для повышения устойчивости к излому формируют вспомогательные швы в верхней части.
Добавляемые к нахлесту соединения на чертеже имеют отдельные обозначения.
Для усиления шва применяют дополнительные процедуры. По возможности нижний край прогревают и сгибают, после чего возвращают в прежнее состояние. Процедура усиливает связь, однако может ухудшать свойства металлов. Разогрев и загиб могут использоваться не для всех видов свариваемых деталей.

Рекомендуем к прочтению Как рассчитать прочность сварного шва

Нахлесточное соединение.