Гост 15878-79 на сварные соединения при контактной сварке

Необходимое оборудование

Для качественного осуществления процесса сварки нержавеющей стали следует подготовить оборудование, в перечень которого включаются:

• инверторный источник сварочного тока, соответствующий требованиям, предъявляемым к аппаратам, с помощью которых происходит сварка нержавеющей стали;
• сварочные кабели для подачи сварочного тока в зону сварки (кабель электродержателя и кабель «массы») достаточной длины, чтобы избежать перекручиваний и перекрещиваний с целью исключения нарушения изоляции кабеля;
• кабель подключения инвертора в электрическую сеть в зависимости от используемого напряжения;
• присадочные материалы (электроды той марки, которые соответствуют сварке конкретного класса нержавеющей стали, при необходимости баллон с защитным газом и шланги для подачи газа в сварочную зону, а также газовая горелка);
• болгарка и круги к ней для работы именно с нержавеющей сталью;
• щетка по металлу, также предназначенная для работы с нержавеющей сталью;
• приспособления для соединения деталей при осуществлении сварки и качественного их закрепления;
• сварочный стол.

Кроме того, требуется также и защитное оборудование, к которому относятся:

• защитный костюм либо иная одежда, которая сможет защитить сварщика от воздействия высоких температур и попадания на кожу расплавленных капелек металла;
• краги или перчатки, защищающие руки от воздействия высоких температур на кожные покровы и снижающие риск поражения электрическим током;
• маска с темным стеклом или самозатемняющаяся маска для защиты органов зрения от получения электротравмы.

Современность

Кратко изложим виды современного сварочного процесса.

Электрическая дуговая сварка.

На данный момент занимает лидирующую позицию среди прочих видов. Сегодня она самая распространенная, доступная и дешевая.

Электрошлаковая сварка.

Самый новейший процесс в области сварки крупногабаритных деталей, например, строительства судов, несущих конструкций, котлов, рельсов и пр. Основополагающий принцип этого вида сварки – электрический ток пропускается через шлак. Шлак образуется при расплавлении флюса, и он же является проводником электрического тока. Вследствие пропускания электрического тока через шлак выделяется теплота.

Существуют следующие виды электрошлаковой сварки:

• тремя электродными проволоками;
• электродами большого сечения.

Сущность электрошлаковой сварки

Контактная и прессовая сварка.

Контактная сварка является наиболее старой. Основатель – Уильям Томпсон. Первоначально она была распространена в США, после чего стала использоваться и в России. Это сопровождалось увеличением объема научно-исследовательской деятельности в данной области в России: открывались (ЦНИИ, «Институт электросварки им. Е.О. Патона», МВТУ им. Баумана, ВНИИЭСО и других.

• Стыковую (соединение деталей по всей плоскости их касания путем нагрева);
• Точечную (детали соединяются в одной или в нескольких точках одновременно);
• Рельефную (элементы соединяются в одной/нескольких точках со специальными выступами-рельефами);
• Шовную (соединение элементов швом).

Контактная сварка Прессовая сварка или сварка давлением представляет собой соединение металлов без их расплавления (твердые поверхности), только с деформацией применением силы. Этот вид сварки пришел к нам прямиком из древности с ее холодной сваркой.

Газовая сварка и резка.

Газовая сварка представляет собой процесс расплавления металла с помощью специальных горелок, в которых сжигаются горючие газы. Первая газовая горелка изобретена во Франции в конце 19 века. Работала на смеси кислорода и водорода.

При резке металла происходит путем «сгорания» металла в струе кислорода.

Лучевые виды сварки.

Современные исследования ученых в области оптики, квантовой механики позволяют выделить совершенно новейшие виды лучевой сварки, основанной на энергии ионных и фотонных лучей. Выделяются следующие виды лучевой сварки:

• Электронно-лучевая (источник теплоты — электронный луч; процесс сварки происходит в специальной установке: в вакуумных камерах);
• Лазерная (источник теплоты – лазерный луч). Данный вид отличителен следующими чертами: экологическая безопасность, отсутствие механической обработки, высокая скорость сварки, значительной стоимостью лазерных установок.

Сварка лазером

Плазменная сварка (источник теплоты – струя из плазмы, то есть дуга, получаемая с помощью плазмотрона). Плазмотрон может быть прямого и косвенного действия.

Оборудование для контактной шовной сварки

Производители предлагают сварочные станки и аппараты различных модификаций. Наиболее востребованными остаются стационарные машины. К неподвижной станине крепятся основные узлы:

• источник электрического тока с блоком регулятора (малогабаритный инвертор с импульсной схемой прерывания тока и двойным преобразователем напряжения, сглаживающим скачки);
• держатель неподвижного роликового электрода – сужающегося к кромке диска из бронзового сплава;
• кронштейн подвижного диска, он крепится на подшипнике, стандартный вылет кронштейна 400 или 700 мм;
• прижимной механизм, он бывает нескольких типов: ножная педаль, пневматический привод, гидравлика, комбинированный;
• устройство подачи заготовок.

При перпендикулярном соединении заготовок ведущим считается верхний нажимной диск, при продольном – опорный.

Машины шовной сварки выпускаются различных модификаций

Сварочные машины различаются роликовыми электродами, их может быть два или в устройстве устанавливают сразу несколько роликовых пар. Диаметр диска колеблется от 35 до 45 см, ширина обода от 0,4 до 1 см. Процесс сваривания листов бывает односторонним и двухсторонним.

Машины различают по мощности:

• маломощные потребляют от 25 до 40 кВт, работают от стандартной сети 220 В;
• среднемощностные – от 40 до 100 кВт, подключаются к трехфазному току 380 В;
• большой мощности – от 100 до 300 кВт, у них прижимное усилие достигает 5 тонн, ампераж 22 кА.

Роликовый сварочный стенд снабжен вращателем, с помощью которого привариваются круглые детали, соединяют сопряженные цилиндры. Заготовки вращаются на специальном стенде с разнонаправленными регулируемыми опорами, широким вылетом кронштейнов. Электродные диски вращаются червячной передачей. Образуются герметичные ровные швы по всей окружности.

Шовные клещи выпускают двух видов:

• подвесные, неподвижно закрепляется один из электродов, другой регулируется;
• переносные, прижимное устройство и диски крепятся на подвижных рычагах.

В рабочее положение клещи устанавливаются шарнирным пневмоприводом. Аппарат предназначен для сварки изделий сложной конфигурации, когда заготовки нельзя поместить в машину или установить на стенд.

Шовной роликовой сваркой удается соединять металлы, склонные к короблению при нагревании. Степень герметичности шва зависит от расстояния между диффузными точками. Технология шовной сварки регламентирована ГОСТ 15878-79.

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.

Оборудование для контактной шовной сварки

Производители предлагают сварочные станки и аппараты различных модификаций. Наиболее востребованными остаются стационарные машины. К неподвижной станине крепятся основные узлы:

• источник электрического тока с блоком регулятора (малогабаритный инвертор с импульсной схемой прерывания тока и двойным преобразователем напряжения, сглаживающим скачки);
• держатель неподвижного роликового электрода – сужающегося к кромке диска из бронзового сплава;
• кронштейн подвижного диска, он крепится на подшипнике, стандартный вылет кронштейна 400 или 700 мм;
• прижимной механизм, он бывает нескольких типов: ножная педаль, пневматический привод, гидравлика, комбинированный;
• устройство подачи заготовок.

При перпендикулярном соединении заготовок ведущим считается верхний нажимной диск, при продольном – опорный.

Сварочные машины различаются роликовыми электродами, их может быть два или в устройстве устанавливают сразу несколько роликовых пар. Диаметр диска колеблется от 35 до 45 см, ширина обода от 0,4 до 1 см. Процесс сваривания листов бывает односторонним и двухсторонним.

Машины различают по мощности:

• маломощные потребляют от 25 до 40 кВт, работают от стандартной сети 220 В;
• среднемощностные – от 40 до 100 кВт, подключаются к трехфазному току 380 В;
• большой мощности – от 100 до 300 кВт, у них прижимное усилие достигает 5 тонн, ампераж 22 кА.

Роликовый сварочный стенд снабжен вращателем, с помощью которого привариваются круглые детали, соединяют сопряженные цилиндры. Заготовки вращаются на специальном стенде с разнонаправленными регулируемыми опорами, широким вылетом кронштейнов. Электродные диски вращаются червячной передачей. Образуются герметичные ровные швы по всей окружности.

Шовные клещи выпускают двух видов:

• подвесные, неподвижно закрепляется один из электродов, другой регулируется;
• переносные, прижимное устройство и диски крепятся на подвижных рычагах.

В рабочее положение клещи устанавливаются шарнирным пневмоприводом. Аппарат предназначен для сварки изделий сложной конфигурации, когда заготовки нельзя поместить в машину или установить на стенд.

Шовной роликовой сваркой удается соединять металлы, склонные к короблению при нагревании. Степень герметичности шва зависит от расстояния между диффузными точками. Технология шовной сварки регламентирована ГОСТ 15878-79.

Время чтения: ≈7 минут

Большинство более-менее опытных сварщиков слышало или даже применяло в своей практике контактную сварку. Возможно, это была точечная или рельефная сварка. Об этих технологиях наслышаны все, но немногие знают о такой разновидности контактной сварки как шовная сварка.

Контактная шовная сварка — что это такое? Чем она отличается от роликовой контактной сварки? Какие есть достоинства и недостатки у такой технологии соединения металлов? На эти, и многие другие вопросы мы ответим в небольшой статье.

Стыковая сварка

Стыковая сварка сопротивлением имеет такую же последовательность шагов, что и точечная сварка (сборка, сварка и механическая обработка). Для этого вида сварки существуют следующие правила:  Усилие сжатия зажимов превышает усилие при осадке: 1,5 х (усилие сжатия) < (усилие осадки) < 2 х (усилие сжатия). Ток, обеспечивающий создание эффекта Джоуля, проходит через контактные поверхности электродов-губок и плоскость соприкосновения деталей через сечение последних, поэтому величина выступа частей деталей за пределы электродов-губок является критическим параметром для данной машины.

Оборудование для точечной и шовной контактной сварки

Современное оборудование для точечной и шовной контактной сварки — это комплекс элементов для решения технологических задач. В состав оборудования входит сама сварочная машина, средства механизации и автоматизации процессов сварки и систему управления всеми этими устройствами.

Схема машины для точечной сварки показана на рисунке выше. В составе машины две основные части. Первая — это механическая с элементами конструкции, которые обеспечивают жёсткость и прочность машины (корпус, кронштейн и т.п.) и приводами для передачи усилия и перемещения деталей. Вторая часть электрическая, в составе которой имеется источник сварочного тока (сварочный трансформатор, выпрямитель, аккумуляторы тока — батареи конденсаторов, инверторы — преобразователи частоты и т.д.) и вторичный контур с токоподводами — консолями, электродержателями и электродами.

Средства механизации и автоматизации представляют собой приспособления к универсальным машинам или устройства, обеспечивающие подготовку изделия к сварке, сборку, прихватку, установку, перемещение и съём узла.

Система управления необходима для задания программы работы (режимов сварки, очерёдности выполнения операций, контроля и автоматической регулировки параметров технологического цикла, сбора и обработки информации о состоянии оборудования и качества изделия).

Классификация сварочных машин

Сварочные машины для контактной роликовой и шовно сварки производят в разных странах, но их все можно классифицировать по различным признакам:

1. По способу сварки. Различают машины для точечной, рельефной и шовной сварки.

2. По назначению. Бывают универсальные машины (общего назначения) и специализированные (обычно, по типу узла или сортамента).

3. По способу установки. Различают стационарные и передвижные машины.

4. По роду питания. Существуют машины переменного тока, машины низкочастотные и постоянного тока, конденсаторные машины.

5. По виду привода усилия. Машины могут быть рычажные, пружинные, пневматические, гидравлические, электромеханические и др.

6. По степени автоматизации. Машины бывают неавтоматические, полуавтоматические и автоматические.

Электроды сварочных машин

Электроды сварочных машин — это весьма важный элемент, ведь именно от их стойкости зависит производительность точеной и, особенно, шовной контактной сварки. Основные требования к материалам электродов изложены в ГОСТ 14111. Для сварки алюминиевых сплавов и подобных материалов это, прежде всего, тепло- и электропроводность. Среди предъявляемых требований также сопротивление пластическим деформациям при температуре 300-500°C (для сварки жаропрочных сталей).

Для изготовления электродов применяют такие материалы, как медные сплавы. В качестве электродных вставок применяют чистые тугоплавкие металлы — молибден и вольфрам. Отдельную группу представляют материалы, упрочнённые частицами оксидов (Al2O3, CrO3), карбидов и нитридов, обладающих высокой жаростойкостью и электропроводностью.

Для сварки медных сплавов и сплавов алюминия применяют электродные материалы с высокой электропроводностью, для сварки жаропрочных сплавов — с высокой твёрдостью при больших температурах (около 500°C).

Механизация и автоматизация шовной и точечной контактной сварки

Сварочные машины для точечной и шовной контактной сварки обеспечивают почти полную автоматизацию процесса. Для уменьшения длительности вспомогательных операций и повышения производительности всего процесса используют различные механизированные приспособления, машины-автоматы, автоматические линии и промышленные роботы.

К сборочно-сварочным приспособлениям относятся кондукторы, стапели, сборочные стенды, на которых выполняют сборку, прихватку и сварку изделий. На практике также нашли широкое применение поддерживающие (выравнивающие) приспособления, при помощи которых можно сориентировать свариваемый узел относительно электродов или роликов сварочной машины. Примерная схема подобного приспособления показана на рисунке.

Автоматические линии востребованы в автомобилестроении, при производстве сельскохозяйственной техники, в вагоностроении, в электронике, при производстве трубных заготовок и в других областях при массовом производстве.

Виды аппаратов и виды включений

Самый простой и дешевый вид сварочного источника — это мощный понижающий трансформатор. Данный вид аппаратов отличается большим весом и габаритами, вызывает броски напряжения в питающей электросети. Они морально устарели и используются только в самых глухих углах и в некоторых узкоспециальных применениях.

Инвертор:

• обладает малым весом и габаритами;
• не влияет на питающую электросеть;
• обеспечивает стабильные параметры дуги;
• легок в освоении и использовании.

Инвертор выдает постоянный ток.

Сварочные инверторы

Следующей ступенью развития специального оборудования стал полуавтомат. Источник тока в нем инверторного типа. Полуавтомат ведет сварку сварочной проволокой, которая подается через горелку специальным механизмом. Вместо флюсовой обмазки также через горелку подаются защитные газы из баллона. Полуавтомат отличается высокой производительностью и стабильностью работы. Его дороговизна окупается при больших объемах работ.

Инвертор позволяет работать в разных режимах подключения- с прямой и обратной полярностью. Прямая полярность используется в большинстве случаев сварки большинства металлов и конструкционных сталей.

Для сварки металлов, отличающихся высокой химической активностью в нагретом состоянии, применяют обратную полярность. При этом сварку ведут с использованием порошковых флюсов и присадочной проволоки

Роль сварки в современном мире

В настоящее время развиваются методы лазерной сварки. Разработана технология высокоточного соединения металлов. Появляются новые композитные материалы, распространено использование алюминия, нержавеющих сталей, цветных металлов. Широкое распространение получили следующие виды высокотемпературного соединения металлов:

• аргонодуговая технология позволяет получать все виды соединений: стыковые, угловые, тавровые, внахлест;
• газовая, с помощью нее создаются магистральные трубопроводы, пролегающие далеко от источников тока;
• полуавтоматическая позволяет ускорить процесс соединения элементов, обладает высокой точностью, снижает риск образования некачественного шва;
• всегда остается востребованной традиционная ручная электродуговая.

Меняются источники питания, усовершенствуются держатели, но принцип горячего соединения металлов не претерпевает изменений. Сварочный метод предпочтительнее других видов соединений из-за ряда преимуществ:

• из-за экономии металла;
• износостойкое оборудование имеет большой запас прочности, его применяют в любых условиях;
• образуются соединения на молекулярном уровне, обладающие высокой прочностью.

Физические характеристики.

Время сварки и время паузы между собою должны находиться в определенном соотношении. Для малоуглеродистой стали tсв= (1 — 2) tn, для нержавеющей стали tсe — (0,7 / 1,5)tn и для легких сплавов — tce=(0,2/0,5)„. Выбору большей скорости соответствует уменьшение длительности всего цикла» а значит» и длительности каждого импульса. Это потребует увеличения тока и давления. Обычно скорость роликовой сварки лежит в пределах 0,5-2,0 м/мин. С увеличением толщины необходимая механическая и электрическая мощность машин должна сильно увеличиваться, а скорость сварки снижаться. Поэтому, начиная с толщины 3 мм и выше» более выгодно применять не роликовую сварку, а автоматическую сварку под слоем флюса.

От диаметра роликов зависит его износ и в некоторой мере нагрев поверхности деталей. С увеличением диаметра улучшается охлаждение ролика и детали, сильно уменьшается износ ролика. Диаметр ролика принимается в пределах 150—300лш.

Для сварки легких сплавов на нормальных машинах сила тока должна быть примерно в два раза большей а время импульса в два раза меньше, чем для малоуглеродистой стали.

Давление принимается таким же, как при сварке стали. Как и при точечной сварке этих сплавов. электроды изготовляются из чистой меди; рабочей поверхности их иногда придают сферическую форму.

Сварка нержавеющей стали осуществляется при силе тока примерно в два раза меньшей и давлении в 1,5 раза большем по сравнению со сваркой малоуглеродистой стали. Обязательно интенсивное наружное охлаждение.

Подготовка под сварку.

Очистка поверхности для роликовой сварки производится также, как и для точечной сварки, но тщательность очистки должна быть повышенной.

Направление деталей по месту сварки часто осуществляется вручную. При повышенных скоростях сварки (больше 1,5 м мин) точное направление деталей, особенно громоздких, становится затруднительным, поэтому рекомендуется создавать специальные поддерживающие и направляющие приспособления.

Ширина нахлестки или отбортовки должна быть не менее 12—18 мм при толщине стали 1-2 мм, что необходимо для предотвращения раздавливания металла кромок и для беспрепятственной деформации при сварке.

Сварочный процесс: схема изготовления

При самостоятельной сборке аппарата необходимо учитывать закон Джоуля-Ленца (Q=I² Х R Х t), в котором говорится: тепловая энергия выделяется в проводниках в определённом количестве пропорционально их сопротивлению, коэффициенту силы тока во времени и в квадрате.

Специалисты советуют уделять должное внимание самодельному механизму, учитывать большую потерю энергии в тонких проводах, использовать электроцепь высокого качества. Виды контактной сварки:

Виды контактной сварки:

В точечной сварке технология аппарата основана на тепловом воздействии тока. Это обеспечивает сварку детали как в одной, так и в нескольких точках.

Перечислим несколько существующих ступеней в технологии точечной сварки:

1. Совмещаемые компоненты соединяются и размещаются между электродами устройства. Следует расположить компоненты плотно прилегая друг к другу. Это обеспечит формирование уплотняющего пояса возле расплавленного ядра, что не позволит выплёскивание раскалённого метала во время импульса.
2. Следующий шаг – нагревание деталей. Они становятся термопластичны, что даёт возможность их видоизменения. Сделать сварку высокого качества возможно в домашних условиях, главное – соблюдать ключевые принципы технологии: поддерживать скорость движения электродов, постоянную величину давления и плотное соединение всех частей.

Обозначение на чертежах

В некоторых ситуациях может понадобиться профессиональная схема или чертеж с правильным обозначением контактной сварки.

По действующим стандартам таких обозначений может быть несколько. Если речь идет о видимом сплошном шве, то его помечают основной линией, а прочие подобные элементы – тонкой линией. Что касается сплошного скрытого шва, то он должен обозначаться штриховой линией.

Видимые сварные точки на чертеже отмечаются значком «+», а скрытые не отмечаются никак. От всех видимых и скрытых сплошных швов или сварной точки могут идти линии с выноской.

Только на этих линиях или под ними можно писать условные общепринятые обозначения, цифры и литеры, указывать номера госстандартов. К примеру, обозначение точечной контактной сварки на выносной линии обязательно должно содержать большую букву «К» (она указывает на тип сварки – контактная) и маленькую буква «т» (буква указывает на конкретный метод работы – точечный).

Всю ключевую информацию о соединениях, необходимую для чертежей и схем, можно взять из ГОСТа или других надежных источников.

Оборудование для контактной сварки

Все агрегаты для сварки контактным методом условно классифицируются по следующим признакам:

• назначение;
• источник питания;
• расположение электродов;
• способ перемещения;
• способ автоматизации.

По назначению сварное оборудование делят на модели общего назначения и специализированные агрегаты, применяемые для конкретных работ.

Прецизионное оборудование для точечной сварки широкого назначения подойдет для сваривания разного рода микроэлектронных устройств, металлических изделий, в зависимости от особенностей их конструкции и актуальных требований.

Сварочный аппарат для точечной сварки.

Но в случае большинства металлических изделий и сплавов нужно применить специализированные агрегаты для контактной точечной сварки:

• установки, функционирующие по принципу одностороннего контактного сваривания;
• агрегаты для сварки проводников в изоляционном материале.

В оборудовании для контактной стыковой сварки на производстве применяются разные виды источников питания

• конденсаторы, в т. ч. с поддержанием напряжения и регулированием режима работы в процессе сварки автоматически;
• источники питания с переменным током, в т. ч. повышенной частоты с возможностью автоматического регулирования тока или напряжения.

Схема стыковой сварки оплавлением должна описывать вид применяемого оборудования, что упростит сварщику задачу и позволит добиться максимально высокого качества сварных соединений.

Электроды для контактной сварки могут располагаться по-разному:

• друг напротив друга;
• параллельно.

В первом варианте электроды одновременно сжимают детали с двух сторон. Во втором – сварная проволока опирается на детали с одной стороны.

Контактная стыковая сварка оплавлением подразумевает использование разных видов сварочных головок:

• для двустороннего точечного сваривания;
• для сварки и пайки разрезными и V-образными электродами;
• головки для односторонней сварки и пайки с возможностью раздельного регулирования усилия на каждом электроде.

Устройство машины контактной стыковой сварки.

По способу передвижения сварочные агрегаты для контактного метода соединения металлических изделий в единую конструкцию могут быть:

• стационарными;
• подвесными;
• мобильными.

В первом случае сварные детали перемещают под конкретный агрегат, а во втором и третьем ‒ осуществляется монтаж аппарата в положение сваривания.

По способу автоматизации сварочные агрегаты бывают:

• ручными;
• автоматическими.

Ручные агрегаты более доступны по стоимости, однако, требуют большего мастерства со стороны сварщика: абсолютно все операции должны осуществляться вручную под четким контролем человека.

Автоматизированное оборудование для точечной сварки лишает мастера необходимости осуществлять ряд процессов, поэтому облегчает работу для малоопытного сварщика.

Основные параметры при выборе сварной машины ‒ сила сварочного тока, а также длина рычагов со сварными электродами. Они определят возможную толщину деталей для сваривания, вид металла и габариты конструкций, с которыми можно работать.

Зачастую производители указывают их в паспорте конкретной модели аппарата. Простой сварочный аппарат своими руками для точеной технологии можно изготовить своими руками.