Сварка разнотолщинных деталей: как избежать смещения ядра
Два способа решения проблемы
Контактная сварка используется практически во всех отраслях: тяжелое машиностроение, авиастроение, автомобилестроение, приборостроение, производство бытовой техники, электроника и т. д. Поэтому правильно выбранный свариваемый материал, режимы сварки, оптимальный материал электрода и его конструкция должны обеспечивать высокое качество сварных соединений.
Вместе с тем существует ряд особых случаев контактной сварки, требующих специального профессионального решения вопроса.
При сварке изделий из материала различной толщины эффекта смещения сварного ядра можно избежать двумя способами. Всё просто.
Способ 1: Применение электрода с большим диаметром рабочей части со стороны более толстого листа. Этот метод работает, когда разница в толщинах невелика.
Способ 2: Применение различных электродных сплавов. Со стороны толстого листа используют сплавы с более высокой тепло- и электропроводностью, со стороны тонкого — сплавы с меньшими показателями.
Когда разница толщин более 2:1
При увеличении разницы толщин свариваемых деталей более 2:1 ситуация усложняется. Со стороны тонкой детали рекомендуется устанавливать электрод (ролик) с существенно меньшими размерами — на 25–30%.
При точечной сварке деталей неравной толщины есть ещё один приём. Между электродом и тонкой деталью устанавливают тепловой экран — прокладку толщиной 0,15–0,25 мм из того же материала.
Это серьёзно помогает выровнять тепловые потоки.
Разноименные металлы: решение проблемы смещения
Физика процесса смещения ядра
При точечной (шовной) сварке деталей, изготовленных из металлов и сплавов различного химического состава и разнящихся по физико-механическим свойствам, сварное ядро смещается в деталь с более низкой тепло- и электропроводностью.
Например, при сварке углеродистой стали с нержавеющей литая зона смещена в деталь из нержавеющей стали. Это факт.
Методы получения равномерного проплавления
Для получения более равномерного проплавления деталей соответствующим образом подбирают размеры рабочих поверхностей электродов. Кроме того, со стороны более теплопроводного материала применяют электрод, изготовленный из сплава с более низкой тепло- и электропроводностью.
При сварке лёгких сплавов ситуация проще. Варьируют только размеры рабочих поверхностей электродов и используют жёсткие режимы сварки на конденсаторных машинах.
| Материал детали | Теплопроводность | Тип электрода | Размер рабочей поверхности |
|---|---|---|---|
| Более теплопроводный | Высокая | С низкой теплопроводностью | Увеличенный |
| Менее теплопроводный | Низкая | Стандартный | Стандартный |
Конфигурация электродов: сферическая или плоская?
Что выбрать для точечной сварки
Наибольшее применение для точечной сварки находят электроды с плоской и сферической рабочими поверхностями, а для шовной — ролики с цилиндрической и сферической поверхностями.
Но есть нюансы.
Электроды со сферической поверхностью имеют большую стойкость и менее чувствительны к перекосам при их монтаже, чем электроды с плоской поверхностью. Это важно.
Когда сферическая поверхность обязательна
Электроды со сферической поверхностью рекомендуется также использовать:
- ✓ В машинах радиального типа
- ✓ В сварочных клещах
- ✓ При изготовлении фигурных электродов, работающих с большими прогибами
При сварке лёгких сплавов во избежание вмятин и подрезов на поверхности сварных точек и швов рекомендуются электроды и ролики только со сферической поверхностью.
Без вариантов.
| Тип поверхности | Преимущества | Недостатки | Применение |
|---|---|---|---|
| Сферическая | Большая стойкость, нечувствительна к перекосам | — | Универсальное, лёгкие сплавы |
| Плоская | Простота изготовления | Чувствительна к перекосам | Стандартные задачи |
| Цилиндрическая | Для шовной сварки | — | Шовная сварка |
Сварка оцинкованных деталей: борьба с загрязнениями
Основные проблемы при сварке с покрытиями
При сварке деталей с легкоплавкими покрытиями (цинкование, кадмирование) характерно сильное загрязнение рабочей поверхности электродов и роликов, а также расплавление и выдавливание металлопокрытия в зазор между деталями.
Чтобы избежать последнего, требуется увеличение сварочного тока и давления на детали. Сварку таких деталей выполняют на жёстких режимах с интенсивным охлаждением электродов и свариваемых деталей.
Специальные устройства для шовной сварки
При шовной сварке применяют специальное устройство для зачистки (фрезерования) рабочих поверхностей роликов в процессе сварки. Это необходимо.
Большое значение для осуществления высококачественной контактной сварки оцинкованных (кадмированных) деталей имеет:
- → Конструкция электрода
- → Качество покрытий
- → Равнотолщинность покрытий
Влияние качества материала
Также как и при сварке непокрытых листов, качество свариваемого материала имеет решающее влияние на результат. Даже в пределах одной партии материала результаты сварки могут быть весьма различны.
Особенно ярко варьирование качества соединения от хорошего до плохого проявляется при большой скорости сварки.
При шовной сварке влияние качества листов и слоя покрытия на результат сварки несколько иное, чем при точечной сварке. Благодаря опережению теплового воздействия при шовной сварке, цинк начинает плавиться непосредственно перед сварным соединением.
Поэтому оксидная пленка на листах играет меньшую роль, чем при точечной сварке. Листы, которые были не пригодны при точечной сварке, могут хорошо свариваться шовной сваркой.
На конечный результат сварки влияют также колебания, связанные с толщиной цинкового покрытия.
Классификация дефектов сварных соединений
Нарушения технологического процесса
Нарушения технологического процесса изготовления сварных узлов на любом его этапе могут приводить к образованию дефектов. Дефекты, возникающие при сварке, можно разделить на дефекты сварных узлов и сварных соединений.
К дефектам сварных узлов относятся:
- ★ Нарушения их размеров (формы)
Причины этих дефектов:
| Тип причины | Описание |
|---|---|
| Термомеханическое воздействие | Деформации узла, возникающие при сварке |
| Оборудование | Деформации, связанные с работой оборудования и приспособлений |
| Положение узла | Неправильное положение узла при сварке |
| Сварные соединения | Дефекты собственно сварных соединений |
| Сборка | Нарушения размеров при сборке деталей |
Три основные группы дефектов соединений
Дефекты сварных соединений разделяют на три основные группы:
- → Изменения заданных размеров литой зоны соединяемых деталей (для способов сварки с расплавлением металла)
- → Нарушения сплошности металла в зоне соединения (внутри и снаружи)
- → Изменения свойств металла в зоне соединения
Возможные дефекты сварных соединений, причины их образования и способы обнаружения приведены в таблице ниже.
Основные дефекты: таблица причин и методов обнаружения
Полный справочник дефектов
Ниже представлена подробная таблица основных дефектов точечной и шовной сварки с указанием причин образования и способов обнаружения.
| Дефект | Причины образования | Способы обнаружения |
|---|---|---|
| Непровар полный или частичный (недостаточные размеры литой зоны) |
• Сварочный ток мал • Усилие сжатия велико • Ковочное усилие прикладывается раньше выключения тока • Рабочая поверхность электродов изношена • Точка поставлена близко от соседней • Электрод коснулся вертикальной стенки • Большие зазоры между деталями • Сильный внутренний выплеск • Велика толщина плакирующего слоя |
• Образцы технологической пробы • Внешний осмотр • Контроль щупом • Местное приподнимание кромки пробником • Измерение диаметра отпечатка • Рентгеновское просвечивание • Приборы контроля параметров |
| Наружные трещины на сварной точке (шве) |
• Сварочный ток велик • Мало усилие сжатия • Мало ковочное усилие • Грязная поверхность деталей или электродов • Велико контактное сопротивление |
• Внешний осмотр невооружённым глазом • Осмотр через лупу • Рентгеновское просвечивание |
| Тёмная (окисленная) поверхность точки (шва) |
• Велик сварочный ток • Велика длительность импульса • Мало усилие сжатия • Грязная поверхность детали или электрода |
• Внешний осмотр невооружённым глазом |
| Разрыв и наружные трещины металла у кромок нахлёстка |
• Точки (шов) выполнены слишком близко от края • Мала нахлёстка |
• Внешний осмотр невооружённым глазом • Осмотр через лупу |
| Чрезмерные вмятины от электрода |
• Мал размер рабочей поверхности электродов • Велики размеры литой зоны • Сильный внутренний выплеск • Велико ковочное усилие • Неправильно установлены электроды |
• Внешний осмотр • Измерение глубины вмятины индикатором |
| Наружный или внутренний выплеск | • Мало усилие сжатия • Велик ток или длительность импульса • Грязная поверхность детали или электродов • Неправильно установлены электроды |
• Внешний осмотр • Рентгеновское просвечивание |
| Внутренние трещины и раковины | • Мало усилие сжатия • Мало ковочное усилие • Запаздывает включение ковочного усилия • Грязная поверхность • Велик ток или длительность импульса • Велико контактное сопротивление • Большие зазоры между деталями |
• Рентгеновское просвечивание • Внешний осмотр после разрушения |
| Большие зазоры между деталями |
• Большие зазоры при сборке • Велико усилие электродов • Неправильно выбраны электроды • Ковочное усилие прикладывается раньше выключения тока • Был внутренний выплеск |
• Внешний осмотр • Измерение зазоров щупом |
| Выдавливание металла на поверхности точек (швов) |
• Форсированный режим сварки • Неправильно установлены электроды |
• Внешний осмотр |
| Неправильная форма литой зоны в плоскости соединения |
• Плохая подготовка поверхности • Неправильно установлены электроды |
• Образцы технологической пробы |
| Прожог | • Мало или отсутствует усилие сжатия • Окислена или загрязнена поверхность • Большие зазоры при сборке |
• Внешний осмотр невооружённым глазом |
| Вырыв точек | • Большие натяги деталей при сварке из-за плохой сборки • Натяги в процессе правки |
• Внешний осмотр невооружённым глазом |
| Смещение точек шва от намеченной линии |
• Небрежная работа сварщика | • Внешний осмотр с применением мерительного инструмента |
Дефекты соединений, выполненных рельефной сваркой, в основном аналогичны дефектам точечных соединений.
Важно понимать: большинство дефектов можно предотвратить правильным выбором режимов сварки, качественной подготовкой поверхностей и своевременным контролем параметров процесса.
А. К. Николаев, профессор, д. т.н.
ЗАО «Астринсплав СК»
e-mail: 9511014@gmail.com
bl@assk.ru
Литература
- Николаев А. К., Костин С. А. Медь и жаропрочные медные сплавы. Энциклопедический терминологический словарь. Фундаментальный справочник.- М.: Издательство ДПК Пресс, 2012. — 720 стр.
