Особенности точечной контактной сварки сталей различных групп свариваемости

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Российский государственный профессионально-педагогический университет»

Машиностроительный  институт

Кафедра сварочного производства и методики профессионального  обучения

 

 

 

 

 

Контрольная работа

По  дисциплине: «ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ»

Вариант №16

 

 

Работу выполнила

Студентка группы ЗСМ-301С                                                               В.Ю. Игнатович

 

Работу проверил

Преподаватель

 

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург 2013

1. Особенности точечной контактной сварки сталей различных групп свариваемости.

Низкоуглеродистые стали имеют достаточно высокое электросопротивление (в 7 раз больше, чем у меди) и низкую прочность, в связи с чем их сваривают в широком диапазоне режимов. При ТС используют относительно небольшие плотности тока (до 600 А/мм2) и давление (до 150 МПа), отнесенные к площади сечения литого ядра в плоскости соединения. Низкоуглеродистые стали хорошо свариваются всеми видами контактной сварки. При ССО плотность тока 10—30 А/мм2, скорость осадки не менее 30 мм/с, давление осадки 60—80 МПа. Эта группа металлов отличается незначительным снижением прочности в результате нагрева, хорошей пластичностью сварных соединений и малой склонностью к образованию трещин.

Низколегированные и углеродистые стали в связи с относительно высокими скоростями нагрева и охлаждения, используемыми при контактной сварке, склонны к закалке. Поэтому при ТС, PC и ШС используют более мягкие режимы для уменьшения опасности возникновения раковин и трещин в результате образования структур закалки в литой и околошовной зонах сварного соединения. Структуры закалки повышают хрупкость и снижают пластичность соединений. Для повышения прочности и пластичности необходима термичедкая обработка в печи или непосредственно в сварочной машине. При сварке этих. металлов сила тока ниже (на 25—30%), а давление выше (в 1,5—2 раза), чем при сварке низкоуглеродистой стали.

Низколегированные и углеродистые стали имеют хорошую свариваемость  при СС. Повышенное содержание углерода уменьшает окисление металла  и облегчает получение соединений, свободных от оксидов. Пластичность соединений повышают подогревом или  последующей термической обработкой. В связи с большой прочностью металла при высоких температурах, а также для предотвращения усадочных, дефектов в зоне соединения сварку ведут при давлениях осадки 80—120 МПа.

Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали обладают высоким ρ (в б—6 раз больше, чем у ннзкоуглеродистой стали), и поэтому для их сварки требуется небольшая сила тока. Из-за высокого коэффициента теплового расширения и опасности возникновения в связи с этим значительных тепловых деформаций сварных узлов, а также из-за склонности некоторых сталей к коррозии при длительном нагреве ТС и ШС выполняют на жестких режимах. Высокая прочность металла требует применения повышенных давлений при сварке (250—400 МПа). При СС этих сталей в связи с их жаропрочностью и склонностью к окислению скорость осадки должна быть не менее 50 мм/с, а давление осадки в 2—2,5 раза больше, чем у низкоуглеродистой стали.

Жаропрочные сплавы на Ni и Fe-Ni основах обладают очень высокими прочностью в нагретом состоянии и ρ, в связи с чем ТС и ШС проводят при больших давлениях (600—900 МПа) и tсв и малых Iсв. Эти сплавы имеют повышенную склонность к внутренним выплескам металла и образованию дефектов усадочного характера в литом ядре, требуют при ССО больших скоростей оплавления (8—10 мм/с) и осадки (более 60 мм/с), необходимых для удаления тугоплавких оксидов из стыка. Давление осадки составляет 450—550 МПа. Для снижения давления осадки используют предварительный подогрев сопротивления зоны сварки.

Титановые сплавы по режимам ТС и ШС (Iсв, tсв) мало отличаются от коррозионно-стойких сталей. При нагреве их пластичность значительно повышается, что позволяет использовать при сварке низкие давления 150—200 МПа. Отсутствие контакта с атмосферой не требует при ТС и ШС какой-либо защиты. В связи с активным взаимодействием с газами и склонностью к перегреву СС титановых сплавов выполняют при высокой интенсивности процесса (больших силах тока, их малой длительности и высокой скорости осадки). При сварке в среде аргона или гелия улучшается формирование пластичных сварных соединений, и титановые сплавы можно сваривать не только оплавлением, но и сопротивлением (малые сечения).

Медные сплавы (латуни, бронзы) характеризуются высокой электропроводимостью, теплопроводностью и низкой прочностью при нагреве. Поэтому для сварки медных сплавов используют большие Iсв при малой tсв. При ТС и ШС латуни Iсв в 3—3,5 раза больше, чем при сварке низкоуглеродистой стали, при практически таких же давлениях. При сварке бронзы сварочные токи несколько меньше в связи с ее более высоким ρ. Латунь и бронза хорошо свариваются ССО. Сварка чистой меди представляет определенные трудности и зависит от ее чистоты. Увеличение примесей в меди приводит к повышению хрупкости сварного соединения. Медь и ее сплавы можно сваривать ССС при большой установочной длине и специальной конструкции устройств, ограничивающих зону деформации при осадке.

Алюминиевые и магниевые сплавы при ТС и ШС требуют применения кратковременных импульсов Iсв большой величины (в 3,5—4 раза больше, чем для низкоуглеродистой стали). При сварке пластичных (неупрочненных) алюминиевых и магниевых сплавов давления практически такие же, как при сварке низкоуглеродистой стали. Сварку сплавов, упрочненных термической обработкой или деформацией, ведут с такими же давлениями, как при сварке коррозионно-стойких сталей. Высокопрочные алюминиевые сплавы при точечной сварке склонны к образованию дефектов усадочного характера (пор, раковин, трещин), поэтому их сваривают с использованием Fк.

Отличительной особенностью ТС и ШС алюминиевых и магниевых сплавов  является активный перенос свариваемого металла на рабочую поверхность  электродов (роликов) и обратно, что  вызывает их интенсивное загрязнение, особенно при сварке магниевых сплавов. При наличии значительных загрязнений  на поверхности точек и швов снижается  стойкость металла к коррозии, и литая зона может выходить на поверхность металла.

ССО алюминиевых сплавов выполняется  с большими скоростями и давлениями осадки (соответственно более 150 мм/с  и до 500 МПа). В целях предупреждения расслоений и рыхлот в стыке применяют специальные формирующие губки-электроды, что значительно повышает качество сварных соединений. Упрочненные алюминиевые сплавы сваривают с кратковременным нагревом при больших конечных скоростях оплавления. Два сварки неупрочненных (пластичных) сплавов можно использовать более мягкие режимы. ССО применяют для соединения алюминия с медью; ССС алюминиевых сплавов применяют для соединения проволоки и прутков диаметром до 10 мм.

2. Расчет режима точечной сварки  стали 09Г2С толщиной d = 0,5 мм.

09Г2С-сталь  конструкционная низколегированная

Решение:

Контактная  точечная сварка.

Параметрами режима точечной сварки являются:

- диаметр  рабочей поверхности электрода  d_э, мм,

- время  сварки t_св, с,

- усилие  на электродах Р_св, Н

- сварочный  ток I_св, А.

Диаметр электродов:

d_э = 2δ+3

dэ = 1+3=4мм (D=12мм по ГОСТ)

Время сварки для одноимпульсной сварки низколегированных сталей:

t_св=(0,2…0,4)* δ, с,   при δ=1мм.

t_св=0,4*1=0,4 с.

Сила сжатия свариваемых листов:

Для Стали 09Г2С Р_св=0,2…0,3 кН

Сварочный ток:

I_св=_{, А,} Iсв=

Где:

Q - общее количество теплоты (полезной + потери), затрачиваемое на одну сварную точку, Дж,

m - коэффициент, учитывающий изменения сопротивления заготовок в процессе сварки (для низкоуглеродистой стали m = 1,0 ... 1,10, для лёгких сплавов m - 1,2...1,4 , для аустенитных сталей и титана m = 1,1 .1,2,)

t_св - время включения тока, с,

R_h - среднее суммарное сопротивление нагретых заготовок, мкОм, (принимается равным сопротивлению заготовок под электродами к концу сварки, при этом R_св=R_H)

R_H=A₀*R_ц, мкОм, R_H=0,75*95=71,25 мкОм.

где:

R_ц. - сопротивление столбика металла под электродами высотой (δ₁ + δ₂) см и диаметром d_э, см.

При сварке двух листов одинаковой толщины:

R_ц==95 мкОм.

Для стали , = (120... 140), мкОм*см,

А₀ - коэффициент, учитывающий характер поля электрического тока в заготовках и зависящий от соотношения между диаметром электрода и толщиной заготовки

А₀=0,75 при d_э/δ=4

Q=

Q=14878,57 Дж.

Где: ^{d_э – диаметр электрода, см,}

δ – толщина  одной сварваемой заготовки, см,

- средняя теплоёмкость, Дж/гК, и плотность, г/см³, металла заготовок в диапозоне температур 0… Т_пл.

Т_пл – температура плавления металла заготовок, К,

К₁=0,8 – коэффициент учитывающий особенности распределения температур в кольце металла, окружающем ядро точки,

Х – ширина кольца нагретого металла, окружающего ядро, см

 

Где:a=λ/cγ – коэффициент учитывающий температуру металла, см/с,

для стали:

Х=1,2^=1,2=1,2*0,632=0,76

К₂ – коэффициент формы электродов

- для  цилиндрической формы электродов  К₂=1,

Х’ – длинна нагретого участка электродов, см, Х’ – 3,6

c’γ’ – теплоёмкость, Дж/гК, и плотность, г/см³, металла электрода (можно принять при температуре 20⁰ С)

Для мателла Сталь 09Г2С (низколегированная) даны характеристики:

Т_пл=1500⁰С;

Плотность (при 20⁰С) = 7,65;

Удельное электросопротивление при 20⁰С=25; средняя в интервале от 0 до Т_пл=60;

Теплоёмкость  при 20⁰С=0,46; средняя в интервале от 0 до Т_пл=0,67;

Теплопроводность  при 20⁰С=0,42; средняя в интервале от 0 до Т_пл=0,33;

Температуропроводность при 20⁰С=0,12; средняя в интервале от 0 до 20⁰С= =0,065

Общий сварочный  ток равен I₂=I_св+I_ш    I₂= 22848+6854,4=29702,4 А.

При сварке низколегированных сталей ток шунтирования (I_ш) можно принять равным 0,3 I_св.

Ответ:

Диаметр электродов d_э=4мм

Время сварки t_св=0,4 с

Усилие  на электродах Р_св=0,3 кН

Сварочный ток I_св=

Общий сварочный I₂=6854,4 А