Точечная сварка сталей с защитными покрытиями

 

В настоящее время с покрытиями различного типа широко используются в штампо-сварных конструкциях. В качестве покрытий используются цинк, свинец, олово, алюминий, хром и др. Наличие покрытия изменяет контактное сопротивление, а значит и условия сварки. Ухудшаются также условия работы электродов, что приводит к необходимости к более частой зачистки рабочей поверхности электрода.

 

Сварка оцинкованной стали

 

Цинк предохраняет поверхность стали от электрохимической коррозии. Оцинкованная сталь хорошо сваривается и штампуется. За последнее время расширилось применение оцинкованной стали в автомобилестроении.

Для цинкования используется холоднокатаная низкоуглеродистая сталь 08кп. Покрытие осуществляется преимущественно в гальванических ваннах. Толщина покрытия составляет 14 – 21 – 30 мкм. С увеличением толщины покрытия ухудшается свариваемость, требуется увеличение сварочного тока, более частая зачистка поверхности электродов.

Сварка оцинкованной стали не требует применения специального оборудования. Более низкое контактное сопротивление требует при сварке оцинкованной стали повышения I_СВ на 25 – 50% и более длительного времени сварки. Время проковки также целесообразно несколько увеличить. Коррозионная стойкость в месте сварки снижается до 20% из-за частичного нарушения покрытия под электродами.

Резко ухудшается внешний вид места сварки и снижается стойкость электрода при сварке оцинкованной стали на многоточечных машинах с односторонним токоподводом, в связи с большими токами шунтирования

Сварка освинцованной стали

 

Широко применяется при изготовлении ёмкостей для хранения горючего (бензобаки и т.д.). Применяется покрытие из сплава ПОС-12 (12% олово). При сварке освинцованной стали используют особо жёсткие режимы. Рекомендуется увеличивать время проковки и чаще зачищать контактную поверхность электродов.

В месте сварки покрытие нарушается, поэтому с рабочей стороны ёмкости рекомендуется

использовать электрод с развитой поверхностью.

 

Сварка алитированной стали

 

Покрытие алюминиево-кремниевый сплав (8% Si) толщиной 0,025мм и – для работы при повышенных температурах. Второй тип покрытия- чисто алюминиевое, толщиной 0,05мм, предназначенного для работы в условиях атмосферной коррозия. Режимы сварки жёсткие и по параметрам приближаются к особо жёстким режимам, применяемым при сварке непокрытых сталей. Усилие на электродах увеличивают на 20 – 25%. Целесообразно применять электроды со сферической формой контактной поверхности радиусом 50мм.

 

Сварка алюминиевых, магниевых и

Медных сплавов

 

Чистый алюминий из-за высокой электропроводности трудно поддаётся точечной сварке. Сваривать алюминий можно с использованием между электродами и деталями теплоизолирующих прокладок из нержавеющей стали толщиной 0,1 – 02мм. Эти прокладки не привариваются ни к электродам, ни к алюминию и позволяют сваривать алюминий при сравнительно небольших плотностях тока.

Недостаток – сквозное проплавление, при котором повреждается лицевая поверхность деталей и возникают усадочные пороги ядра.

Немного шире применяется точечная сварка алюминиевых сплавов Сварка осуществляется на весьма жестких режимах Сварочный ток увеличивают в 3-5 раз по сравнению со сваркой низкоуглеродистых сталей. В промышленности широко применяются более 30 марок различных алюминиевых сплавов.

Сплавы: Al с марганцем – АМц;

Al с магнием – АМг (АМг1 – АМг6).

Сплавы на медной основе также отличаются высокой теплопроводностью, электропроводностью и пластичностью. Жесткость режима сварки повышается по мере увеличения этих показателей.

Хорошо свариваются мельхиор (80% – Cu и 20% – Ni), кремнистая бронза (3% Si),

труднее сваривается латунь Л62 (Cu+Zn).

 

 

Рельефная сварка

 

При данной разновидности контактной сварки нагрев и приложенное усилие сосредотачивается в рельефе, через который и проходит сварочный ток. Рельефная сварка обладает рядом преимуществ, объясняющих её широкое применение, основными из которых являются.

1. Возможность одновременной сварки нескольких точек за один ход машины (до 20 рельефов). Увеличивается производительность труда.

2. При сварке деталей небольших размеров из листовых материалов возможно более компактное расположение точек, чем при точечной сварке на многоточечных машинах. Рельефы могут быть расположены с меньшим шагом и ближе к кромке свариваемых деталей.

3. Оборудование для рельефной сварки менее сложно по сравнению с многоточечными машинами, инструментальная оснастка проще.

4. Можно сваривать листовые материалы с соотношением толщин 1:6 и более.

5. Расположение точек по заранее определённым рельефами местам. Меньшие следы от сварки, лучший внешний вид соединения.

6. Можно сваривать соединения Т – образные, герметичные по кольцевому рельефу и т. д.

 

При рельефной сварке в зоне выступа создаётся большая концентрация тока, чем при других видах сварки, уменьшает зону термического влияния, и более холодные слои окружающего металла лучше уплотняют зону литого металла. При рельефной сварке сварное соединение можно получить и в литой фазе и в твёрдой фазе без литого ядра. При рельефной сварке относительно большая степень совместной пластической деформации деталей в месте сварки способствует повышению прочности и стабильности качества сварных соединений в твёрдой фазе.

 

Требования к рельефам.

Форма и размеры рельефов могут изменяться в зависимости от вида соединения в широких пределах.

Основные требования к рельефам:

1. рельеф должен быть прочным, чтобы сопротивляться в первоначальный момент усилию при сварке и сохранять достаточное электрическое сопротивление для концентрации нагрева;

2. прочность рельефа не должна быть чрезмерной, чтобы в конце процесса обеспечить плотное соприкосновение свариваемых деталей;

3. форма рельефа должна по возможности выполняться совместно с другими операциями штамповки, высадки, обработки резанием.

 

Наиболее распространена рельефная сварка деталей из листовой стали со штампованными рельефами. Размеры и форма рельефа зависят от толщины свариваемых деталей, материала, места расположения рельефов.

Для нахлесточных соединений чаще применяется круглый рельеф сферической формы. Он имеет большую прочность и лучше сопротивляется сжатию. Пуансоны и матрицы для таких рельефов просты в изготовлении.

Рассмотрим некоторые рекомендации по размерам сферических круглых рельефов.

 

 

δ

h_Р

 

 

Рис.5.1

 

Высота рельефа h_Р – мало влияет на его механическую прочность, но оказывает влияние на общее выделение тепла. Высокие рельефы более применимы для мягких режимов, а низкие – для жёстких.

Основной параметр, который определяет прочность соединений при рельефной сварки, является диаметр литого ядра точки d_Т. Он в значительной мере зависит от диаметра рельефа d_Р и его высоты h_Р. Существуют следующие ориентировочные эмпирические формулы:

,

,

,

.

Диаметр литого ядра точки d_Т определяется также как при точечной сварке.

Параметры режима сварки зависят от числа рельефов, толщины свариваемых материалов их расположения. Для сварки низкоуглеродистой стали применяют несколько видов режимов:

Режим А – для сварки одного рельефа или нескольких при их значительном расположении друг от друга (>28мм).

δ=1мм. d_Р=3мм. h_Р=0,7мм. t_СВ=0,16с. P_СВ=150кг. I_СВ=8кА.

Режим Б – рассчитан на одновременную сварку двух рельефов.

δ=1мм. t_СВ=0,2с. P_СВ=100кг. I_СВ=6кА.

Режим В – рассчитан на сварку трёх и более кучно расположенных рельефов.

δ=1мм. t_СВ=0,3с. P_СВ=70кг. I_СВ=4,3кА.

Режимы В и Б по отношению к А имеют соответственно меньшие усилия Рсв и I_СВ на каждый рельеф, чем снижается требуемая мощность оборудования, но для компенсации увеличивается время протекания сварочного тока.

Данные режимы рассчитаны на одноимпульсную сварку с постоянным усилием сжатия по циклу. При сварке деталей разной толщины при соотношениях не более 1:3 режим устанавливают по меньшей толщине, а рельеф выдавливают на более толстой детали. Размеры их должны соответствовать меньшей толщине. Чаще всего рельефной сваркой свариваются низкоуглеродистые стали, но можно сваривать также некоторые марки низколегированных и высоколегированных сталей (1Х18Н10Т).

Т – образная рельефная сварка сталей 40 и 45. Для сварки данных сталей нужен многоимпульсный цикл, чтобы избежать образование закалочной структуры.

При сварке толщин свыше 3,2 мм необходимо применение цикла с нарастанием

сварочного тока или пульсирующего его включения. Время нарастания должно составлять 20 – 25% общей продолжительности включения I_СВ. При пульсирующем нагреве рекомендуется 3 – 5 импульсов с продолжительностью 0,2÷0,4с и паузами 0,06÷0,12с.

 

Режимы рельефной сварки тонколистовой низкоуглеродистой стали.

δ, мм	dЯД, min	Размеры рельефа	Режим А	Режим Б	Режим В
dР	hР	tСВ, с	F, даН на рельеф	IСВ, кА	tСВ, с	F, даН	IСВ, кА	tСВ, с	F, даН	IСВ, кА
0,6	2,5		0,5	0,06		5,0	0,12		4,3	0,12	3,3
1,0			0,7	0,16		8,0	0,2		6,0	0,3	4,3
2,0		5,5	1,0	0,28		11,8	0,56		8,8	0,68	6,4

 

Для сварки металла δ=0,4÷0,6мм. можно применять кольцевые рельефы.

 

 

Рис. 5.2

 

 

Сварка по кольцевым рельефам позволяет получить герметическое соединение, которое обычно формируется в твёрдой фазе. Образование соединения с литой зоной требует больший I_СВ.

 

При сварке тонколистовой стали кольцевым рельефом:

– необходимая плотность тока в соединении j=0,4÷0,5кА/мм²;

– давление 80 – 100 МПа.

 

Технология шовной сварки

 

Шовная сварка даёт прочные или прочно-плотные (герметичные) швы. Конструктивные элементы сварных соединений, выполненных контактной роликовой сваркой и их размеры, предельные отклонения должны соответствовать указанным в ГОСТ 15878 – 79.

 

Максимальные толщины, свариваемые шовной сваркой с нахлёсткой следующие.

НУС – 3+3мм.

Жаропрочные стали – 2,5+2,5мм.

Латуни, кремнистые бронзы – 1,5+1,5мм.

Титан – 2+2мм.

Al сплавы – 3+3мм.

При сварке больших толщин шовная сварка становится нерентабельной вследствие больших значений I_Ш, больших усилий при сварке, интенсивного износа роликов.

 

Подготовка поверхности под сварку

 

Подготовка поверхности под сварку аналогична точечной сварки, но требует повышенных требований, вследствие того, что сварка ведётся при подвижном контакте, т. е. контактное

сопротивление больше.

В целях предотвращения поперечного смещения детали перед шовной сваркой обычно фиксируются прихватками или в приспособление. Шаг прихваток 50÷150мм, расположение -по оси шва, d_ПРИХ<d_ЯДРА. Прихватки выполняются на точечных или шовных машинах. Допуски на сборочные зазоры при шовной сварке более жёсткие, чем при точечной.