Стыковая контактная сварка

Сварные технологии применяются в производстве металлоконструкций для соединения различные элементы в единое, цельное сооружение, прибор, машину. Сварочные технологии многообразны, выбор конкретной зависит от размеров деталей, используемого материала и преследуемой цели. Стыковая контактная сварка применяется в работе с труднообрабатываемыми изделиями. Она заключается в сваривании металлокомпонентов посредством равномерного прогревания всей области стыка. После этого изделия с максимальной силой стыкуют между собой, что способствует получению прочного неразъемного шва.

За счет быстрого получения сварного соединения сварка встык отличается высокой производительностью. Получить необходимый шов в максимально сжатые сроки удается благодаря быстрому и равномерному расплавлению металла.

В рамках данной технологии нет необходимости предварительно подготавливать кромки. Это позволяет существенно сократить финансовые и временные затраты. Сравнительно с остальными частями свариваемого изделия стыковочный шов получается равнопрочным. Это означает, что монтаж может выполняться проще, легче, а образующаяся при этом конструкция будет максимально надежной, безопасной и долговечной.

Для стыковой сварки характерно отсутствие необходимости пользоваться током большой силы. Это объясняется способностью расходного материала обеспечивать стабильную дугу. А за счет только локального нагрева поверхности удается значительно повышать эффективность процесса и снижать затраты на электричество.

Где используют стыковую сварку

Если возникает необходимость, данную технологию автоматизируют и встраивают в конвейерный процесс. В связи с этим стыковая сварка пользуется популярностью на серийном производстве по свариванию труб и других аналогичных изделий. За счет длительной службы сварочных швов данная технология востребована в автомобиле-, авиастроении, производстве нефтепроводов. Другие сферы применения сварки данного типа:

• производство монолитных конструкций в строительстве;
• получение сплошной высококачественной поверхности при сваривании листового и проволочного проката в металлургии;
• создание бесшовных рельсов в железнодорожной сфере (обеспечивается возможность развития ж/д транспортом высокой скорости);
• получение режущего края из легированной стали (такая сварка предотвращает зацепление режущей кромки за обрабатываемую поверхность);
• с помощью специального инструмента удается соединять стальные и пластиковые трубы (шов получается равномерным и прочным).

Контактной стыковой сваркой часто заменяют технологию, предусматривающую подачу тока высокого напряжения на обрабатываемое изделие. При этом удается защитить металл от расплавления и обеспечить сохранность его основных эксплуатационных свойств.

Какое используется оборудование

Поскольку сварка встык является подвидом контактной электросварки, используемое оборудование для этих двух процессов имеет много общего. При автоматизации данной сварочной технологии самым важным становится лишь правильное размещение заготовок, инструментов и нажатие одной клавиши.

Основным сварочным элементом является аппарат стыковой сварки, состоящий из стыковой машины и сварочного трансформатора. Стыковая машина позволяет создать необходимое осевое давление в зоне сварки и состоит из:

• станины (корпус с опорной поверхностью);
• плит и направляющих, с помощью которых обеспечивается соосность заготовок;
• фиксаторов (удерживают заготовки);
• механического или электромеханического привода, который позволяет создать необходимое давление и передать его фиксаторам.

Сварочный трансформатор оснащается блоком электродвигателя, редуктором, насосом, пневмо-, гидроблоком. Всем рабочим процессом управляет специальная система.

Основными элементами ручного инструмента для сварки выступает нагревательный элемент и центрирующее устройство. Для сжатия разогретых деталей оператор задействует свою силу через систему рычагов и толкателей. В случае применения ручного оборудования за мастером сохраняется функция визуального контроля процесса (иногда, отсутствие достаточного опыта становится причиной ухудшения качества сварочных швов).

О плюсах и минусах стыковой сварки

Описываемая технология обладает множеством преимуществ:

• не приходится предварительно подготавливать обрабатываемые кромки (речь идет об очистке, термообработке);
• ровные, качественные соединения могут прослужить несколько десятилетий (не в последнюю очередь за счет сохранения высокой химической однородности металла);
• простота выполнения (обеспечивается возможностью полного автоматизирования процесса);
• экономия электроэнергии;
• быстрое создание швов (не больше 2-40 секунд);
• возможность соединять разнородные материалы, например, металл с пластиком.

Стыковая сварка подходит для работы с пластиковыми трубами. При этом используют специальное оборудование с контактным нагревателем, поскольку пластик не пропускает ток. Для равномерного разогрева поверхности используют насадку, повторяющую форму трубы.

Очередным важным преимуществом стыковой сварки можно назвать отсутствие разрушенной оксидной пленки на швах в случае сваривания металлов, склонных к коррозии.

Недостатки сварки встык не многочисленны и сводятся к следующему:

• сложность, дороговизна оборудования;
• большая потеря металла на вытеснение и/или разбрызгивание (данный фактор отображается на суммарной длине свариваемого изделия);
• параметры изделий, которые необходимо соединить, должны точно отвечать существующим требованиям.

Технология стыковой сварки оплавлением

Данный способ стал наиболее популярным ввиду гарантированного получения высококачественного стыка. Чтобы применить технологию оплавления, не нужно тщательно подготавливать поверхности. При этом можно использовать практически не ограниченный ассортимент материалов заготовок и площади сечения.

Сварка оплавлением действует по следующему принципу: в область обмотки трансформатора подается необходимый объем напряжения. Как только происходит соприкосновение двух свариваемых изделий, подача тока прекращается (как раз на пике напряжения). Этого оказывается вполне достаточно для получения тепловой энергии, которая сможет расплавить металлическую основу.

Поверхность стыков двух элементов содержит небольшие неровности, которые отвечают за хорошее сцепление. Однако для получения наилучшего результата рекомендуется торцевые части полностью сдавить и выровнять (приложить усилие или оказать давление нужно в момент незначительного расплавления свариваемых поверхностей). Благодаря этому металл сможет быстро разогреться и расплавиться.

Во время сварки оплавлением возможно возникновение дополнительных неровностей, заполненных паровыми смесями от расплавленного металла. Однако беспокоиться не стоит, поскольку сварочный процесс от этого только выигрывает: пары обеспечивают защиту сварочной зоны от негативного влияния кислорода.

Важные нюансы:

• соединение поверхностей происходит при выходе излишков жидкого металла в ходе сжатия деталей;
• вместе с выходящей металлической массой вымываются продукты распада и оксидная пленка;
• возможны допуски в пределах 8-15%, что зависит от типа используемых заготовок;
• чаще сварке оплавлением отдают предпочтение при монтаже отвесных конструкций, ж/д рельсов и магистральных трубопроводов.

Что собой представляет стыковая сварка методом сопротивления

В отличие от предыдущего метода в данном случае прижатие изделий к электродам осуществляется с помощью губок. Они отвечают за получение хорошего контакта, отлично удерживая изделия, помогая избежать их скольжения.

Когда элементы прижимаются друг к другу с помощью усилия, выполняется подача тока. Он постепенно разогревает структуру металла, до наступления стадии его пластичности. Оказываемое при этом сильное воздействие заставляет расплавленные изделия соединиться между собой. Как и в предыдущем способе, излишки металлической массы вытекают вместе с содержащейся в них оксидной пленкой. Во избежание сильного наплава прикладывают осадок, а затем снова подают ток максимальной силы.

Главной особенностью сварки сопротивлением является оказание постоянного давления в процессе, до того момента, пока металлическая поверхность полностью не застынет. Только в таком случае удастся получить ровный шов без дефектов и изъянов.

Стыковая сварка сопротивлением может пройти успешно лишь в случае предварительной подготовки свариваемых поверхностей. При этом важно учитывать, что швы, полученные в ходе применения данного способа менее устойчивы перед окислением. Применяют сварку сопротивлением только для соединения элементов с небольшим сечением (толщина поперечного сечения не должна превышать 40 мм).

Особенности ручной стыковой сварки

Сваривание стальных труб небольшого диаметра или любых других металлических изделий ручным способом требует от мастера достаточного опыта в проведении подобных работ. Качество швов будет зависеть от скорости его реакции и четкости выполнения технологических действий. Этапы ручной стыковой сварки:

• подготовка рабочего пространства (все необходимое располагается таким образом, чтобы в процессе сваривания не возникало помех);
• фиксация заготовок для сварки специальными зажимами;
• очистка поверхности деталей, которые предстоит сваривать;
• подведение заготовок друг к другу с помощью привода;
• нагревание кромки с параллельно оказываемым давлением в место стыка;
• охлаждение сварочного шва.

Контактную стыковую сварку осуществляют с применением сварочной проволоки, которая бывает нескольких видов:

• медная, подходит для низкоуглеродистой стали;
• алюминиевая — для сулиминов, дюралюминов;
• нержавеющая стальная — используется при сваривании стальных элементов, легированных никелем и хромом.

Важно, чтобы проволока не отличалась от основных свойств скрепляемого материала.

Чтобы контактная стыковая сварка позволила создать максимально прочный шов, следует ее выполнять в нижнем положении. Детали при этом должны постоянно поворачиваться. Если необходимо соединить между собой трубы, в качестве фиксирующего элемента можно использовать муфты — в таком случае нельзя забывать об уменьшении площади сечения внутренней части изделий. Если диаметр труб большой, рекомендуется выполнять сварку с помощниками, обеспечивая при этом одновременное соединение деталей.

Возможные дефекты при стыковой сварке

Дефекты сварного шва могут появляться по многим причинам:

• использование некачественных расходных материалов;
• несоблюдение технологии выполнения сварочных работ;
• изделия, предназначенные для сварки, изготовлены из металла низкого качества;
• оборудование неисправно;
• режим сварки подобран неправильно;
• допущение технологических ошибок низко квалифицированным специалистом.

Чаще всего возможно появление:

• Трещин (продольных, поперечных, радиальных) — самый опасный дефект сварки, из-за которого возможно быстрое разрушение всей конструкции. Могут появляться из-за неправильного расположения стыков, резкого охлаждения места сварки или кристаллизации металла при воздействии слишком высокой температуры.
• Подрезов — дефект в виде продольного углубления снаружи шва. Подрезы вызывают сечение стыка, вызывая внутренне напряжение внутри него. Чаще всего возникают на горизонтальных соединениях.
• Наплывов — представляют собой ложный валик, который появляется из-за натекания избыточного расплава на поверхность заготовки.
• Прожогов — сквозных отверстий, образующихся вследствие вытекания металла во время сварки. Может возникнуть в результате слишком медленного перемещения электрода по линии стыка, применения тока большой силы, наличия большого шва между деталями.
• Непроваров — дефект распознается по несплавленным участкам между стыковым соединением и основным металлом. Также он образуется, когда металл не успевает как следует разогреться. Из-за такого дефекта сварки прочностные характеристики всей конструкции значительно снижаются. Чтобы избежать появления непроваров, следует перемещать электрод с достаточной скоростью, не забывать избавлять кромки от окалины, ржавчины и прочих загрязнений.
• Рыхлостей— дефект, обычно возникающий в глубоких кратерах и на участках, покрытых металлом. При кристаллизации металлической массы во время сварки появляются усадочные дефекты.

Во избежание рисков разрушения конструкции важно во время контактной сварки проверять работу оборудования, осматривать и измерять швы. При обнаружении отклонений от стандартов нужно сразу устранять дефекты. После окончания сварки стык также визуально осматриваются, при необходимости проверяется на герметичность. На высокопроизводительных линях для этих целей могут пользоваться специальным оборудованием.