Контактная стыковая сварка: оборудование, методы и технология процесса
Создание любой металлической конструкции всегда подразумевает надежное и прочное соединение отдельных узлов и деталей в единый механический агрегат. Конечно, металлическое изделие может изготавливаться как монолитная, цельная деталь, например с помощью литья. Однако чаще всего приходится создавать неразъемное соединение способом межатомных связей металла, сопровождающихся высоким нагревом места стыковки деталей. Проще сказать – контактной стыковой сваркой.
Оборудование, методы и технология процесса интересуют многих начинающих сварщиков. Такой вид соединения широко применяется в авиакосмической и автомобильной отрасли промышленного производства, так как позволяет создавать прочный и надежный сварочный шов.
Особенности стыковой сварки
Сварка различных материалов стыковым способом является одной из разновидностей прочного соединения под воздействием усилия сжатия и электрического тока. То есть соединяемые при контактной стыковой сварке детали одновременно прижимают друг к другу и разогревают электрической дугой.
Если осуществляется нагрев места стыкуемых деталей до пластичного состояния (без расплавления), то такой вид соединения называется сваркой сопротивлением. При нагреве заготовок до оплавления кромки стыка сварочных соединений говорят об использовании метода оплавления. Каждый из этих способов применяется в определенных ситуациях, которые оценивает сварщик, в зависимости от требований к качеству и надежности соединительного шва, а также применяемого оборудования.
Наличие дефектов сварных швов намного ухудшает качество выполняемых работ. Поэтому, чтобы устранить эту неприятность, необходимо предварительно производить хорошую очистку контактирующих поверхностей от окислов, неровностей и загрязнений.
Также следует помнить, что при увеличении размера поверхности соединения прочность и качество сварного шва значительно ухудшаются. Связано это с тем, что большая площадь плохо прогревается и способствует быстрому образованию окислов, которые отрицательно влияют на качество сварочного соединения.
Преимущества стыкового соединения
Любой вид сварочных работ имеет свои технологические преимущества и недостатки. Сварка встык, по отзывам многих специалистов-сварщиков, обладает целым рядом положительных качеств, которые существенно выделяют ее по сравнению с другими технологиями.
К преимуществам контактной стыковой сварки относятся следующие:
- при использовании этого способа оплавления нет необходимости в предварительном нагреве места соединения и подготовке кромок стыкуемых деталей;
- при соблюдении сварочной технологии легко получить прочное и надежное соединение, которое способно прослужить несколько десятков лет без аварийных ситуаций;
- сохраняется высокий уровень химической однородности материала после сварочного соединения, что способствует увеличению прочности стыка;
- легкость и простота выполнения работы не требуют специальных знаний даже от начинающего сварщика;
- возможность производить процесс контактной стыковой сварки в полностью автоматическом режиме;
- высокая скорость выполнения технологических операций;
- универсальность использования практически всех материалов.
Все эти преимущества значительно превосходят незначительные недостатки процесса сварки стыковым способом.
Недостатки сварки
К некоторым недостаткам этого вида сварки можно отнести:
- большое потребление электрической энергии;
- достаточно высокую цену аппарата контактной сварки для домашнего применения, поэтому самостоятельно лучше всего производить соединение встык вручную;
- необходимость строгого соблюдения требований к размеру поверхности стыкуемых деталей;
- сложность проведения сварки в условиях повышенной влажности.
Виды стыковой сварки
Сварочный процесс стыкового соединения происходит на основе закона Джоуля - Ленца. Процесс межатомных связей протекает под действием электрического тока путем сильного сжатия, прилагаемого к контактной поверхности изделия.
Существуют две разновидности стыковой контактной сварки:
- сварка сопротивлением;
- сварка оплавлением.
В сущности, оба этих способа используют один и тот же технологический электродеформационный процесс, но есть и особые отличия.
Сварка сопротивлением
Уникальность этого способа - в том, что процесс соединения деталей протекает без плавления основания. В этом случае металлическая поверхность подвергается сильной пластической деформации. Конструктивно стержни для сварки подключены к электрическому току, и при соприкосновении их с поверхностью металла образуется замкнутая цепь. В месте контакта появляется высокое сопротивление, которое осуществляет небольшой нагрев. Стержни, разогретые до определенного значения, плотно прижимаются друг к другу, и подача тока отключается.
После разогретые стержни начинают затвердевать, поэтому такая технология и получила название сварки сопротивлением. Чтобы избежать дефекта сварного шва, поверхности свариваемых изделий необходимо подвергать тщательной предварительной обработке, чтобы при сцеплении металла не было никаких мельчайших частиц инородного происхождения.
Сварка сопротивлением применяется для соединения проволоки или труб, причем материалы могут быть разными (сталь и медь, чугун и алюминий).
Соединение оплавлением
Отличительной особенностью контактной стыковой сварки оплавлением является подача напряжения на трансформатор до момента контакта свариваемых поверхностей. В таком случае выступающие микронеровности поверхности нагреваются и сминаются. Поэтому электрический ток протекает не по большему выступу, а сразу по всей плоскости контакта.
Различают два вида контактной стыковой сварки методом оплавления поверхности:
- Непрерывная сварка характеризуется плавным передвижением двух частей изделия, зажатых в специальных зажимах сварочного агрегата, навстречу друг другу. Затем осуществляется подача тока, и детали сцепляются, контактируя всей плоскостью. Детали свариваются, после чего происходит осадка на определенное значение и отключение электрического тока.
- Прерывистое оплавление происходит за счет чередования моментов уплотнения и ослабления стыков, при этом электроток остается включенным. Такое поступательно-возвратное движение замыкает цепь до температуры плавления материала.
Требования к поверхности и технология очистки
Поверхности соединяемых материалов для получения качественного сварного шва должны соответствовать некоторым требованиям:
- Значение сопротивления по всей плоскости контакта должно быть приблизительно равным.
- Сопротивление электрическому току должно иметь минимальное значение.
- Плоскости двух свариваемых поверхностей должны совпадать по уровню расположения.
- Ровный вид поверхности – залог качественной сварки.
Чтобы выполнить эти условия, необходимо произвести предварительную подготовку поверхности. Для этого нужно:
- Выполнить обезжиривание места соединения.
- Произвести удаление оксидной пленки по всей плоскости контакта.
- Выполнить нейтрализацию стыка.
- Хорошо просушить поверхность.
После очистки нужно визуально проконтролировать готовность поверхностей к выполнению сварочных работ.
Машины для стыковой сварки
С помощью специальных машин контактно-стыковой сварки чаще всего осуществляется сварка полиэтиленовых труб, так как материал этих изделий легко поддается стыковому виду контактного соединения.
Существуют следующие разновидности сварочных агрегатов:
- передвижные;
- стационарные;
- подвесные;
- универсальные;
- специализированные.
Конструкция любой сварочной машины включает в себя электрический и механический узел, а также систему водяного охлаждения и пневматическое устройство подачи заготовки.
Контактно-стыковая сварка труб из полиэтилена немного отличается от соединения металлических изделий. Поскольку пластический материал не является проводником электрического тока, то разогрев торцов труб осуществляется специальными нагревательными элементами. В остальном технология стыковой сварки полиэтиленовых труб аналогична соединению других поверхностей.
Ручная стыковая сварка
В домашних условиях применение аппарата контактной сварки является нерентабельным, поэтому трубы небольшого диаметра можно сваривать вручную. При этом, чтобы добиться качественного соединения, необходимо с помощью тренировок набраться опыта в выполнении работ.
Технологические этапы процесса ручной стыковой сварки выглядят следующим образом:
- Подготовить рабочее пространство согласно требованиям техники безопасности.
- Произвести надежное фиксирование заготовок. Крепление можно осуществлять с помощью специальных зажимов, однако в бытовых условиях чаще всего используются кирпичи или углубления в земле. Главное, чтобы детали оставались неподвижными.
- С помощью наждачной бумаги или напильника произвести очистку свариваемых поверхностей.
- При нагревании места контактной стыковой сварки давление необходимо прикладывать в точку соединения.
- Охлаждение шва осуществляется естественным путем - на воздухе.
При сильном ветре на улице работы желательно прекратить, чтобы исключить попадание пыли или песка в зону сварки. В дождливую погоду работы можно проводить под специальным навесом.
Дефекты стыковых соединений
Долговременное функционирование любого механического устройства во многом зависит от качественного визуального контроля выполненной работы. Поэтому каждый сварщик должен знать и уметь оценивать основные дефекты, которые могут возникнуть в процессе сварки.
К основным дефектам контактной стыковой сварки относятся:
- Непровар сварного шва, который проявляется в частичной металлической связи. Чаще всего причиной этого дефекта является наличие в месте стыка оксидной пленки, а также слабый прогрев торцов деталей.
- Трещины и расслоение шва, которые могут возникать при быстром охлаждении материала после сварки.
- Искривление волокон в сварочной области также может быть спровоцировано чрезмерной осадкой.
- Загрязнение места соединения различными включениями, крупное зерно на сварном шве относятся к дефектам структуры. Такие неприятности возникают при окислении шва или его перегреве.
Стыковая контактная сварка, по мнению специалистов, является надежным и качественным способом соединения деталей из различных материалов. Благодаря возможности выполнения процесса в автоматическом режиме она широко используется на промышленных предприятиях для соединения сложных узлов многих механических устройств.