СПОСОБ КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ Российский патент 2002 года по МПК B23K11/10 

Изобретение относится к области контактной точечной сварки металлов и может быть использовано для получения неразъемных соединений деталей из сталей и сплавов, применяемых преимущественно в машино- и авиадвигателестроении.

Известен способ контактной точечной сварки, при котором усилие сжатия электродов в течение всего процесса сварки остается неизменным, либо увеличивается после окончания импульса тока на величину 30-150% от первоначального [1].

Способ обеспечивает высокое качество сварки целого ряда сталей и сплавов относительно небольшой толщины. Однако при сварке толщин 4 мм и более, а также разнотолщинных и многослойных соединений значительно возрастают необходимые для формирования литого ядра сварочный ток и усилие сжатия электродов, что в конечном итоге приводит к увеличению послесварочных деформаций и отражается на качестве сварочного соединения.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ контактной точечной сварки [2], при котором к свариваемым деталям прикладывают электродное и периферийное усилия сжатия, пропускают сварочный ток, с момента включения сварочного тока электродное усилие снижают и одновременно на такую же величину увеличивают периферийное усилие сжатия, затем сварочный ток выключают, после чего повышают до первоначального значения электродное усилие, а периферийное соответственно понижают.

Недостатком способа является его сложность в связи с тем, что необходимо в процессе сварки производить раздельное управление одновременно двумя процессами - изменением усилия на сварочных и обжимающих электродах. Недостатком способа является также и ограниченность его применения для сварки криволинейных поверхностей. Способ требует увеличения минимально допустимого размера нахлестки свариваемых деталей, что приводит к увеличению металлоемкости сварной конструкции.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в упрощении способа сварки при сохранении проплавляющей способности и высокого качества сварных соединений, расширение области его применения и снижение металлоемкости сварной конструкции за счет исключения периферийного усилия сжатия.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе контактной точечной сварки, при котором детали зажимают между электродами с созданием усилия сжатия, включают сварочный ток, осуществляют снижение усилия сжатия, отключают сварочный ток и снимают усилие сжатия, снижение усилия сжатия осуществляют через промежуток времени, составляющий не менее 0,1-50% от общей длительности импульса сварочного тока, и до величины, составляющей к моменту окончания импульса сварочного тока 10-50% от первоначального усилия сжатия.

Отличительные признаки от прототипа - снижение усилия сжатия через промежуток времени, составляющий не менее 0,1-50% от общей длительности импульса сварочного тока, и до величины, составляющей к моменту окончания импульса сварочного тока 10-50% от первоначального усилия сжатия - в совокупности с известными признаками обеспечивают изменение деформационного и температурного полей при сварке таким образом, что эффективность работы электрического тока, затрачиваемой на сопротивление силам всестороннего сжатия, имеющим место при контактной точечной сварке, снижается, а высвобождаемая при этом энергия начинает проявлять себя в качестве дополнительного источника нагрева, увеличивая проплавляющую способность. В условиях непрерывно уменьшающейся внешней нагрузки также существенно снижается давление жидкого металла литого ядра, которое интенсивно увеличиваясь в размерах, тем не менее проявляет незначительную склонность к образованию выплеска.

Предлагаемый способ предусматривает использование стандартных сварочных электродов с плоской или сферической поверхностью и не требует дополнительных обжимающих электродов. Исключение операции периферийного сжатия позволит упростить способ, исключить обжимающие электроды, что дает возможность максимально уменьшить площадь контакта электрода с деталью. Это в свою очередь позволит снизить металлоемкость конструкции и использовать предлагаемый способ при сварке криволинейных поверхностей, т.е. расширить область его применения.

На черетеже представлены временные диаграммы сварочного тока и усилия сжатия, где F_О - начальное усилие сжатия. F_ОСТ - остаточное усилие сжатия, F_Э - изменение усилия сжатия в процессе сварки, I_СВ - сварочный ток, t_СВ - время действия импульса тока, t_Н - время начала снижения усилия.

Способ сварки осуществляют в следующей последовательности.

Свариваемые детали размещают в необходимом положении на нижнем неподвижном электроде, сжимают с начальным усилием F_О, величину которого устанавливают в зависимости от толщины и материала свариваемых деталей. В случае сварки деталей неравной толщины величину начального усилия Fo выбирают по наиболее тонкой детали. Включают сварочный ток I_СВ и в момент времени, составляющий t_Н= 0,1-50% от общей длительности импульса тока t_СВ, производят снижение усилия сжатия до величины F_ОСТ, составляющей к моменту окончания импульса тока 10-50% от первоначального, после чего сварочный ток отключают. Периферийное усилие сжатия при этом не используется. Наиболее эффективная величина t_Н, F_ОСТ и F_Э зависит от физических и механических свойств свариваемых материалов, их толщины, жесткости режима сварки и устанавливается опытным путем.

При сварке на жестких режимах ввиду сокращения общего времени сварки t_СВ целесообразно величину t_Н задавать ближе к нулевому значению, а усилие сжатия F_Э снижать более интенсивно. Использование мягких режимов, наоборот, допускает плавное снижение усилия и увеличение времени t_Н.

Экспериментальное опробование способа проводилось на установке контактной точечной сварки МТП-100-1, оснащенной микропроцессорной системой управления, что позволило осуществлять программное управление как током, так и усилием. Использовали плоские электроды из сплава БрХ с диаметром рабочей поверхности 9 мм. Сварку проводили на образцах из листовой стали 12Х18Н10Т толщиной 2 мм, набранных в пакеты по 5 слоев. Процесс сварки осуществляли следующим образом.

Набранный пакет устанавливали на нижний неподвижный электрод сварочной машины и сжимали верхним электродом с усилием 950 кг. Включали сварочный ток I_СВ= 7,5 кА и по истечении промежутка времени t_Н=0,04 с от момента включения импульса тока осуществляли снижение усилия сжатия до величины, составляющей к моменту отключения тока сварки 15% от первоначального. Общее время сварки t_СВ составляло при этом 0,28 с.

Контроль параметров процесса осуществляли с помощью ПЭВМ, работающей в режиме осциллографа. Размеры и форму литого ядра оценивали по макрошлифам. Во всех случаях сварки выплески отсутствовали, литое ядро получалось плотным без рыхлот и раковин, проплавление крайних листов составляло 30-40% от толщины листа.

Аналогичные результаты получали при сварке стали 30ХГСА, титановых сплавов ОТ4 и ВТ6, сплава ВХ-4А (ЭП-648).

Предлагаемый способ снижения усилия сжатия электродов в момент протекания импульса тока обеспечивает высокое качество сварки сталей и сплавов за счет увеличения проплавления, снижения вероятности выплеска и зазоров между деталями без использования дополнительного периферийного усилия. Это позволяет существенно снизить металлоемкость свариваемой конструкции за счет уменьшения нахлестки, осуществлять сварку деталей с криволинейными поверхностями.

Источники информации
1. Технология и оборудование контактной сварки. /Под ред. Б.Д. Орлова. М.: Машиностроение, 1986.

2. Авторское свидетельство СССР 841859, кл. В 23 В 11/10.

Изобретение может быть использовано для получения неразъемных соединений деталей из сталей и сплавов, применяемых преимущественно в машино- и авиадвигателестроении. Свариваемые детали зажимают между электродами с созданием усилия сжатия. Включают сварочный ток и через промежуток времени, составляющий не менее 0,1-50% от общей длительности импульса сварочного тока, осуществляют снижение усилия сжатия. К моменту окончания импульса тока величина усилия сжатия составляет 10-50% от первоначальной. Способ предусматривает использование стандартных сварочных электродов с плоской или сферической поверхностью. За счет изменения деформационного и температурного полей при сварке появляется возможность упрощения способа сварки, увеличения проплавляющей способности и получения высокого качества сварных соединений. 1 ил.

Способ контактной точечной сварки, при котором детали зажимают между электродами с созданием усилия сжатия, включают сварочный ток, осуществляют снижение усилия сжатия, отключают сварочный ток и снимают усилие сжатия, отличающийся тем, что снижение усилия сжатия осуществляют через промежуток времени, составляющий не менее 0,1-50% от общей длительности импульса сварочного тока, и до величины, составляющей к моменту окончания импульса тока 10-50% от первоначального усилия сжатия.