Стыковая сварка: оплавлением, сопротивлением, технология проведения

Принцип работы оборудования

Для проведения контактного сваривания могут применяться разные аппараты. В зависимости от условий оборудование может быть подвесным, стационарным или переносным. Часто приборы имеют узкую специализацию, но в продаже встречаются универсальные устройства.

Контактная сварка нержавеющей стали и других видов металла требует от сварщика определенной подготовки, специальных навыков, поэтому ее часто используют на производствах. Особой популярностью пользуется электросварка, а вот ручные методы применяются намного реже, данные аппараты обычно встречаются в автомастерских и на строительных площадках.

Стоит отметить! Каждый сварщик обязательно должен знать какое действие электрического тока используется при контактной сварке. Как было указано выше, оно не должно быть меньше 1000 Ампер, желательно больше. Этот показатель обеспечивает высокую скорость и производительность сварочного процесса.

Устройство контактной сварки состоит из следующих важных компонентов:

Механические элементы. Они помимо электродов включают компоненты для сжатия свариваемых частей, роликов. На стационарных приборах для создания требуемого давления, проката металлических заготовок применяется гидравлика.
В основе электрической части лежит трансформатор сварочного типа. Также в ее состав входят прерыватели цепи и другие необходимые компоненты, которые подают ток к сварной зоне, создают требуемое напряжение в режиме переменного или постоянного тока.
В сложном оборудовании предусмотрено много электроники, которая позволяет применять разные режимы контактной технологии. Также при помощи него можно регулировать ток контактной сварки и другие важные операции.

Стыковая сварка сопротивлением и оплавлением. Аппараты для пластиковых труб

Стыковая сварка — это контактное соединение, где заготовки привариваются по всей площади стыкуемых кромок, при помощи тока и сжатия.

Как происходит процесс

Предназначенные изделия для сварки зажимаются в электродах и прижимаются друг к другу осевым усилием. Одна плита машины всегда стоит на месте, а другая передвигается. Нагрев заготовок происходит от подачи тока на них, на стыке прогрев максимальный.

Стыковая сварка от вида сжатия и подачи тока бывает:

оплавлением;
сопротивлением.

Стыковая сварка сопротивлением

Сначала заготовки прижимаются друг к другу и только потом подается ток, который превращает стыкуемые части в пластическое состояние. Далее, машина сжимает с определенным усилием детали для получения твердого сварного шва. Обесточивание происходит немного раньше.

Рисунок-схема ниже демонстрирует технологию процесса.

Такой технологией соединяют прямоугольные и круглые заготовки. Для качественного сцепления, детали стыков должны быть тщательно зачищены и подогнаны.

Видео: аппарат стыкового соединения (сопротивлением) арматуры и круга.

Стыковая сварка оплавлением

Технология может выполняться прерывистым или непрерывным оплавлением.

Как происходит стыковая сварка непрерывным оплавлением? Включается ток и начинается постепенное сближение заготовок. Касание стыков происходит по выступающим отдельно кромкам. В виду малой площади выступов, они от тока моментально греются и плавятся.

Часть расплавленного материала вылетает наружу, благодаря этому происходит очищение деталей. В процессе непрерывного сближения и оплавления других маленьких выступов-перемычек, получается расплавленный слой металла. После оплавления заготовок по всему стыку, происходит сжатие с большим усилием.

Схема ниже поможет лучше понять суть технологии.

Стыковая сварка прерывистым оплавлением используется для сваривания деталей с большой площадью сечения. Процесс происходит так: электрический ток поступает всегда, а изделия с малым усилием сжимаются и размыкаются. При смыкании и размыкании от притока тока происходит оплавление поверхностей. При появлении жидкого металла, происходит сжатие с усилием, при котором расплавленный металл вытекает из стыка и получается сварной шов.

Технология востребована для соединения:

трубопроводов;
арматуры;
рельсов;
автомобильных дисков;
звеньев цепей и т. д…

Видео: машина 130 (метод оплавления) для ленточных пил.

P.S. Итак, стальные заготовки сближают, разогревают током и сжимают, при необходимости шлифуют.

Машины и аппараты для пластиковых труб

Стыковой сварочный аппарат — центрирует, торцует, плавит и сжимает кромки свариваемых изделий. Рассмотрим подробнее, как работают подобные агрегаты!

Технология сварки полимерных материалов:

установка заготовок в удерживающее приспособление;
центровка деталей и обрезка торцов;
вставка нагревательного элемента между торцами;
удаление нагревателя и стыковка (сжатие) деталей.

Устройство аппаратов контактной стыковой сварки труб:

центратор со шкалой перемещения, с механическим или гидравлическим приводом;
торцеватель для подгонки торцов;
нагревательный элемент для полимерных материалов;
блок управления.

Видео: инструкция по использованию аппаратов стыковой сварки полиэтиленовых труб Turan Makina.

Типы машин для ПНД труб

Сварочные аппараты для стыковой сварки труб подразделяются на несколько видов.

1. Ручные сварочные зеркала. Основа аппарата — это нагревательный элемент (зеркало). Весь процесс выполняется вручную: прижимание и удержание деталей.

Нагревательный элемент Dedalo 280 (сварочное зеркало)

Плюсы. Малые габариты, небольшой вес, доступная цена.

2. Более массивный стыковой сварочный аппарат для пнд труб имеет большую оснащенность. В виде:

станины с центратором и фиксаторами;
торцевателя;
нагревательного элемента;
механического или гидравлического привода.

Аппараты серии TOP

Так как механический привод работает от мышечной силы сварщика, то аппаратом рекомендуется сваривать трубы диаметром до 150 мм. Гидравлический привод используется для труб всех диаметров.

Также, машина стыковой сварки труб может иметь разные блоки регулировки и контроля за температурой нагрева, и давления сжатия при сварке полиэтилена.

P.S. Металлические и пластиковые трубы свариваются встык специальными аппаратами (машинами) ручными или автоматическими. Сварной шов по герметичности превосходит другие виды соединений.

Конструкция

Перед началом соединения полимерных и пластмассовых изделий необходимо подготовить аппарат для стыковой сварки. Его конструкция состоит из таких основных деталей:

центратор;
нагреватель;
торцеватель;
привод;
вкладыши.

Роль центратора заключается в фиксации соединяемых деталей таким образом, чтобы обеспечить их соосность. В центраторе имеются неподвижные и подвижные зажимы. Допускается лишь совсем незначительный зазор. Контроль правильной центрировки осуществляется наблюдением за показателями на шкале аппарата.

Торцеватель обеспечивает обработку срезов соединяемых элементов так, чтобы появилась возможность их полного соприкосновения. Он совмещен с центратором и устанавливается на общей с ним станине. Самый важный узел — нагреватель — это покрытая тефлоном пластина. Ее особенность состоит в том, что поверхность повторяет конфигурацию соединяемых деталей. Именно для нагревательного элемента выставляются режимы температуры и времени нагрева.

С помощью привода разогретые детали сближаются друг с другом. Существуют электрические и гидравлические приводы, а также ручные. Вкладыши будут препятствовать деформации изделий. Вкладыши относятся к сменным деталям, и применяются в зависимости диаметров соединяемых деталей.

Аппарат стыковой сварки, являющийся автоматизированным, имеет блок управления, делающий удобным выполняемую работу. Уменьшается возможность ошибочных действий при совершении сварочного процесса.

Принцип стыковой сварки

Технология контактной стыковой сварки представляет собой такой способ соединения металлических заготовок, при котором область стыка деталей равномерно нагревается. Горячие части деталей плотно соединяются друг с другом, полученный сплав является неразъемным.

Эта разновидность сварных работ характеризуется высокой производительностью за счет повышенной скорости соединения деталей. Стыковая контактная сварка отличается более быстрым и равномерным плавлением металла, что приводит к ускоренному образованию сварного шва. Сам процесс может быть автоматизированным и встроенным в конвейер. Благодаря этому контактная стыковая обработка деталей распространена на серийном производстве, например, при работе с трубами.

Для соединений, полученных при использовании этой технологии работ, характерны повышенная прочность и долговечность. Сварка используется в процессе производства автомобилей, самолетов и нефтепроводов. Еще одним достоинством данного способа является тот факт, что на качество шва не влияет квалификация сварщика, а значит, производство не зависит от наличия высококвалифицированных рабочих.

Рекомендовано к прочтению

Резка меди лазером: преимущества и недостатки технологии
Виды резки металла: промышленное применение
Металлообработка по чертежам: удобно и выгодно

Стыковая обработка с использованием контактного оборудования подходит для работы с различными типами заготовок (стальными трубами, пластинами, свариваемыми встык, ПНД трубами и т. п.). Для получения удовлетворительного результата необходимо строго следовать технологии работы.

Существует две разновидности контактной стыковой сварки:

оплавлением;
сопротивлением.

Остановимся на этих разновидностях сварных работ подробнее.

Технология стыковой электросварки металлов

По своей сути стыковая сварка металлов является частным случаем контактной электросварки, поэтому технологически процессы и устройство аппаратов для этих обоих видов электросварки очень схожи и имеют лишь несколько техническими различиями.

Сварочный аппарат для контактной и стыковой сварки состоит из:

силового сварочного трансформатора большой мощности;
неподвижного электрода;
подвижного электрода;
механическим или электромеханическим приводом подвижного электрода;
системы управления технологическим процессом.

Силовой сварочный трансформатор для контактной электросварки имеет свои особенности, которые заключаются в том, что, в отличие от простой электродуговой сварки, ему не требуется создавать большое напряжение на сварочных электродах для розжига и поддержания высокотемпературной плазмы сварочной дуги. Это обусловлено тем, что сам процесс обычной контактной сварки происходит в результате локального оплавления металла в месте непосредственного контакта электродов с поверхностью деталей, т. е. в месте смыкания электродов или с разницей при стыковой сварке в контакте свариваемых поверхностей торцов деталей, т. е. встык.

Поэтому силовые сварочные трансформаторы характеризуются низким выходным (вторичным) напряжением от 2 до 10 вольт, но при этом способны выдавать большие рабочие токи со значениями от одного до десятка килоАмпер.

Непосредственно сам процесс стыковой контактной сварки происходит в следующей последовательности:

Вначале свариваемые детали закрепляют в специальных зажимах, которые, в свою очередь, являются электродами. При этом сварочный станок устроен так, что площадь контакта в таких зажимах должна быть достаточно большой по сравнению со свариваемой поверхностью торцов и поэтому, как правило, зажимы максимально повторяют и соответствуют форме поверхности свариваемых деталей, если надо круглой или плоской.
Далее, подвижный зажим с большим усилием за счет электромеханического привода прижимает край стыка свариваемой детали к стыку детали в неподвижно закрепленном зажиме.
После того, как детали прочно прижаты, включают сварочный трансформатор всего на несколько секунд для того, чтобы через электроды и свариваемую деталь прошел большой силы электроток, который и выделяет наибольшую теплоту в месте наименьшего контакта, т. е. на стыке деталей.

Таким образом, высокотемпературное оплавление поверхности контакта и заранее приложенное большое давление способствует прочному соединению деталей.

Различают два основных промышленных способа применения стыковой контактной электросварки, которые зависят от технологии нагрева контактной поверхности стыков деталей, а именно:

методом сопротивления,
методом оплавления.

Это интересно: Что такое кузнечная сварка или сварка ковкой?

Сущность процесса контактной стыковой сварки

Главными процессами при стыковой сварке являются нагрев и пластическая деформация свариваемых кромок. Благодаря этим процессам происходит удаление оксидных плёнок, образование физического контакта и формирование соединения с требуемыми механическими свойствами.

Нагрев свариваемого металла

Нагрев осуществляют с целью достичь заданной температуры в месте стыка и прогреть зону термического влияния на определённую глубину для достижения требуемой степени на стадии осадка. При сварке сопротивлением основная доля тепловой энергии, порядка 85-90% расходуется на сопротивление деталей, тепловое поле получается равномерным. В случае применения длительных импульсов тока прогрев околошовной зоны увеличивается.

При стыковой сварке оплавлением температурное поле определяется уровнем сопротивления перемычек, который зависит от их количества и размеров. Поэтому тепловое поле получается неравномерным по длине деталей, а в некоторых случаях и по сечению.

Одним из важных параметров режима сварки является скорость оплавления. В большинстве случаев скорость оплавления увеличивают в процессе сварки для того, чтобы процесс протекал более устойчиво. При сварке сечений с площадью до 100 см2 рекомендуется выполнять предварительный подогрев деталей. Это способствует более равномерному нагреву кромок и ускоряет начало оплавления кромок.

Сварку больших сечений рекомендуется сваривать с программным регулированием тока и скорости оплавления или применять импульсное оплавление. При импульсном наплавлении на основное поступательное движение плиты машины накладываются определённые колебания с частотой 3-45 Гц и амплитудой 0,1-0,8 мм. Под воздействием этих колебаний зазор между деталями периодически изменяется, а температура в зоне термического влияния повышается на 10-15%. При этом время оплавления и расход электроэнергии уменьшается в 3-4 раза.

Пластическая деформация металла

Целью этой операции является создание электрического контакта на начальном этапе. Деформация обеспечивается под воздействием давления 5-10 МПа при контактной стыковой сварке сопротивлением и около 1 кПа при сварке оплавлением. Также в процессе этой операции происходит удаление оксидных плёнок и формируется физический контакт на достаточно большой плоскости на стадии за счёт движения тонких слоёв расплавленного металла вдоль стыка. При этом в центре соединения напряжённое состояние близко к всестороннему сжатию, а ближе к поверхности, наоборот, действуют растягивающие напряжения.

Технологические возможности стыковой контактной сварки

Стыковая контактная сварка позволяет сваривать между собой все известные конструкционные металлы как однородные, так и разнородные. Диапазон соединяемых сечений составляет от 1 мм2 до 20 дм2. Также соединяемые детали могут быть различного сортамента: проволока, полосы, различные профили и др.

При контактной стыковой сварке сопротивлением сечение деталей ограничено 500 мм2 для сталей, 200 мм2 для сварки алюминия и сварки меди.

Наибольшее распространение на практике получила стыковая сварка оплавлением. Непрерывным оплавлением можно сваривать детали компактного сечения (прутки до 10 см2 и т.п.) из малоуглеродистой стали и несколько большего сечения листовые детали и трубы. Сварка оплавлением с подогревом применяется для деталей сечением 5-100см2, для больших деталей рекомендуется сварка оплавлением с программным управлением током и скоростью перемещения зажимов, а импульсное оплавление позволяет сваривать детали из стали сечением до 20 дм2 или из алюминия сечением до 2,2 дм2.

Механические свойства сварных соединений, полученных при помощи контактной стыковой сварки оплавлением, сопоставимы с механическими свойствами основного металла.

Особенности технологии

Сварка в стык считается разновидностью контактной электросварки. По этой причине технологические процессе и устройство оборудования для этих процессов сильно похожи. Но все же несколько различий имеется, но они совсем незначительные.

Сварочное оборудование, которое используется для контактной и стыковой сварки, имеет в устройстве следующие компоненты:

силовой сварочный трансформатор с большой мощностью;
электрод с неподвижным устройством;
подвижный электрод;
механический или электромеханический привод, который предназначен для подвижного электрода;
система управления рабочим процессом.

Стоит отметить! Если для сваривания применяется оборудование с ручным управлением, то оператор должен постоянно производить визуальный контроль процесса. Это может негативно отразиться на качестве сварного соединения. А вот автоматизированные аппараты управляют операциями на всех стадиях вплоть до удаления нагревательного элемента.

Технология стыковой сварки производится в несколько этапов:

На начальном этапе работ свариваемые изделия закрепляются специальными зажимами. Они также применяются в качестве электродов. Сварочное оборудование устроено с учетом того, что размер площади контакта в таких зажимах должен быть большим в отличие от свариваемой поверхности торцов. По этой причине зажимы должны соответствовать форме поверхности свариваемых изделий.
Затем подвижный механизм с повышенным усилием при помощи электромеханического привода прижимает край стыка свариваемого элемента к стыку изделия, которое закреплено в зажиме в неподвижном состоянии.
Как только все изделия будут прочно зафиксированы и прижаты, производится включение сварочного трансформатора, это делается на 2-3 секунды. Этого времени будет достаточно для того, чтобы через электроды и свариваемое изделие прошел электроток с большой силой. Именно он выделяет повышенный объем теплоты в области наименьшего контакта, а именно на стыке свариваемых изделий.

Особенности ручной стыковой сварки

Сваривание стальных труб небольшого диаметра или любых других металлических изделий ручным способом требует от мастера достаточного опыта в проведении подобных работ. Качество швов будет зависеть от скорости его реакции и четкости выполнения технологических действий. Этапы ручной стыковой сварки:

подготовка рабочего пространства (все необходимое располагается таким образом, чтобы в процессе сваривания не возникало помех);
фиксация заготовок для сварки специальными зажимами;
очистка поверхности деталей, которые предстоит сваривать;
подведение заготовок друг к другу с помощью привода;
нагревание кромки с параллельно оказываемым давлением в место стыка;
охлаждение сварочного шва.

Контактную стыковую сварку осуществляют с применением сварочной проволоки, которая бывает нескольких видов:

медная, подходит для низкоуглеродистой стали;
алюминиевая — для сулиминов, дюралюминов;
нержавеющая стальная — используется при сваривании стальных элементов, легированных никелем и хромом.

Важно, чтобы проволока не отличалась от основных свойств скрепляемого материала. Чтобы контактная стыковая сварка позволила создать максимально прочный шов, следует ее выполнять в нижнем положении

Детали при этом должны постоянно поворачиваться. Если необходимо соединить между собой трубы, в качестве фиксирующего элемента можно использовать муфты — в таком случае нельзя забывать об уменьшении площади сечения внутренней части изделий. Если диаметр труб большой, рекомендуется выполнять сварку с помощниками, обеспечивая при этом одновременное соединение деталей

Чтобы контактная стыковая сварка позволила создать максимально прочный шов, следует ее выполнять в нижнем положении. Детали при этом должны постоянно поворачиваться. Если необходимо соединить между собой трубы, в качестве фиксирующего элемента можно использовать муфты — в таком случае нельзя забывать об уменьшении площади сечения внутренней части изделий. Если диаметр труб большой, рекомендуется выполнять сварку с помощниками, обеспечивая при этом одновременное соединение деталей.

Что собой представляет стыковая сварка методом сопротивления

В отличие от предыдущего метода в данном случае прижатие изделий к электродам осуществляется с помощью губок. Они отвечают за получение хорошего контакта, отлично удерживая изделия, помогая избежать их скольжения.

Когда элементы прижимаются друг к другу с помощью усилия, выполняется подача тока. Он постепенно разогревает структуру металла, до наступления стадии его пластичности. Оказываемое при этом сильное воздействие заставляет расплавленные изделия соединиться между собой. Как и в предыдущем способе, излишки металлической массы вытекают вместе с содержащейся в них оксидной пленкой. Во избежание сильного наплава прикладывают осадок, а затем снова подают ток максимальной силы.

Главной особенностью сварки сопротивлением является оказание постоянного давления в процессе, до того момента, пока металлическая поверхность полностью не застынет. Только в таком случае удастся получить ровный шов без дефектов и изъянов.

Стыковая сварка сопротивлением может пройти успешно лишь в случае предварительной подготовки свариваемых поверхностей

При этом важно учитывать, что швы, полученные в ходе применения данного способа менее устойчивы перед окислением. Применяют сварку сопротивлением только для соединения элементов с небольшим сечением (толщина поперечного сечения не должна превышать 40 мм)

Виды стыковой сварки

Сварка пластин и других металлических изделий встык может проводиться несколькими способами — оплавлением и сопротивлением. Каждый метод имеет характерные особенности и нюансы, которые обязательно нужно соблюдать при проведении сварочных работ.

Сварка оплавлением

Стыковая сварка оплавлением является популярной технологией, которую используют в разных сферах промышленности. Ее суть состоит в том, что определенный объем напряжения, который подается на область обмоток трансформатора, прекращается, как только два свариваемых изделия соприкоснутся. Если говорить простыми словами, напряжение повышается и в момент наивысшей точки сразу же прекращается его подача. Но при этом сохраняется достаточный объем тепловой энергии для расплавления металлической основы.

На поверхности стыков двух изделий имеются небольшие неровности, именно они обеспечивают хороший контакт между изделиями. Но все же если вы хотите получить отличный результат, то лучше торцевые части сдавить и полностью их выровнять. Это улучшит площадь соприкосновения. Данные условия обеспечат быстрое разогревание и расплавление металла, он в прямом смысле закипит всего за несколько секунд.

Сварка оплавлением характеризуется тем, что при ее проведении могут появляться дополнительные неровности, в которых могут концентрироваться паровые смеси от расплавленных металлов. Но данные пары приносят пользу сварочному процессу, они оказывают защитное воздействие, а именно защищают сварочную зону от негативного воздействия кислорода.

Важно! Контактная стыковая сварка оплавлением проводится с использованием усилия или давления. Его прикладывать необходимо тогда, когда стыки свариваемых изделий уже немного расплавились

В момент, когда происходит сжатие двух изделий, лишний жидкий металл выходит за пределы. Как раз в это время происходит соединение двух элементов. В результате получается прочный и качественный шов, При его осмотре практически не обнаруживается видимых и скрытых дефектов. Дело в том, что продукты разложения, оксидная пленка удаляются вместе с излишками расплавленной металлической массы.

Контактная сварка оплавлением не требует предварительно подготовки и особой обработки металлических поверхностей. Для проведения не нужно подготавливать торцевые части изделий, это существенно экономит время. Если необходимо сварить элементы, которые имеют разное сечение, то заранее можно сделать противоположные скосы. Это намного улучшит контакт между заготовками, увеличит их площадь соприкосновения.

Сварка сопротивлением

Стыковая сварка сопротивлением существенно отличается от сварочного процесса оплавлением. Во время проведения этой технологии изделия прижимаются губками к поверхности электродов. Именно это позволяет получить хороший контакт, а губки отлично удерживают элементы, предотвращают их скольжение.

Затем элементы с усилием прижимают друг к другу, и после подается электрический ток. Именно он начинает постепенно разогревать металлическую структуру. Разогревание металла должно проводиться до той степени, когда он приобретает пластичные свойства. Под сильным давлением изделия соединяются друг с другом. Лишняя расплавленная металлическая масса выходит, вместе с ней удаляется оксидная пленка.

Обратите внимание! Сварка сопротивлением проводится с постоянным давлением, его подача не должна прекращаться пока металлическая структура полностью не остынет и не образуется прочное соединение. Если соблюдать все правила и принципы, то шов выйдет ровным, без изъянов, дефектов с хорошей износостойкостью

Контактная стыковая сварка сопротивлением машины и других изделий требует предварительно подготовки и обработки свариваемых изделий. Их необходимо хорошо зачистить. Кроме этого стоит учитывать, что детали, которые сваренные при помощи сварочного процесса сопротивлением имеют меньшую устойчивость к окислению, поэтому этот метод редко применяется. Также сварка подходит только для деталей с небольшим сечением.

Дефекты сварки и контроль качества

Дефекты, возникающие в процессе контактной сварки, бывают двух типов:

Бракованные сварные узлы. Причин тому может быть несколько: чрезмерный нагрев стыковочной области, избыточное механическое давление, сбои в работе самого аппарата. Размеры сварной точки контролируют с помощью специальных шаблонов и измерительных приборов;
Брак сварного шва. Такое случается, если область стыковки деталей слишком узкая, или наоборот – широкая, если она содержит неровности, заусенцы, зазоры. Подобные дефекты можно определить путем визуального осмотра – невооруженным глазом, через лупу, с помощью проверки щупом или пробником. В случае необходимости шов просвечивают рентгеном.

Профилактика брака – грамотная работа не только во время сварки, но и перед ней, что включает выравнивание и зачистку контактной кромки.