Kontaktsvetsning

Kontaktsvetsning är processen att bilda en integrerad svetsfog genom att värma metallen med en elektrisk ström som passerar genom den och plastisk deformation av fogzonen under inverkan av en tryckkraft.

Motståndssvetsning används främst vid industriell mass- eller serieproduktion av samma typ av produkter [1] . Det tillämpas på företag inom maskinteknik, inom flygindustrin.

Historik

1856 var den engelske fysikern William Thomson (Lord Kelvin) pionjär med stumsvetsning. År 1877 utvecklade den amerikanske forskaren Elihu Thomson självständigt stumsvetsning och introducerade den för industrin. Samma 1877 föreslog den ryske uppfinnaren Nikolai Nikolaevich Benardos metoder för motståndsfläck- och sömsvetsning [ 2] .

För att utföra processerna för motståndspunktsvetsning användes speciella tång med kolelektroder, till vilka en elektrisk ström tillfördes. Sedan klämdes två stålplåtar staplade på varandra med tång, och strömmen som tillfördes kolelektroderna, som passerade genom metallen, gav en tillräcklig mängd värme för att bilda en svetspunkt.

År 1886 ansökte Elihu Thomson, en forskare och utvecklare av motståndssvetsning, om ett patent som skyddar en fundamentalt ny metod för elektrisk svetsning, beskriven på följande sätt: "Föremålen som ska svetsas bringas i kontakt vid de punkter som ska svetsas, och en enorm ström passerar genom dem krafter - upp till 200 000 ampere vid låg spänning - 1-2 volt . Kontaktpunkten kommer att ge det största motståndet mot strömmen och blir därför mycket varm. Om vi i detta ögonblick börjar komprimera delarna som ska svetsas och smida svetsplatsen, så kommer föremålen att svetsas väl efter kylning” [2] . Svetsmetoden kallades för "elektrisk smide", eller "flamlös svetsmetod".

I slutet av 1800-talet användes stumsvetsning för att koppla ihop telegraftrådar . I sin fortsatta forskning började Elihu Thomson kombinera uppvärmning med elektrisk ström med plastiska deformationer, möjliga genom användning av hydrauliska kompressionssystem. I början av 1900-talet fanns det rapporter om användningen av motståndssvetsning av Fiat för tillverkning av flygplansmotorer.

År 1928 använde Stout Metal Airplane Company (en division av Ford Motor Company ) motståndssvetsning på linjer för tillverkning av strukturer från duralumin . I början av 1930-talet testades motståndssvetsning av lågsmältande metaller och deras legeringar i USA. Under forskningen utvecklades teknologier och utrustning som började användas i produktionen av Douglas, Boeing och Sikorsky Aircraft [2] .

Teori

Huvudparametrarna för läget för alla kontaktsvetsmetoder är styrkan hos svetsströmmen , varaktigheten av dess puls och delarnas kompressionskraft. Värme i metallen som svetsas frigörs när en strömpuls passerar genom den med en varaktighet i enlighet med Joule-Lenz-lagen : $F$ $I_{c}$ $t$

Q=I_{c}^{2}R_{c}t

Värdet tas som motståndet för metallpelaren mellan elektroderna . Vid beräkning av svetsströmmen och pulstiden för svetstransformatorn är det den initiala parametern, eftersom den är lätt att beräkna, att känna till materialet i delen, dess tjocklek och den erforderliga svetstemperaturen. I detta fall försummas resistanserna i kontakterna mellan delarna och mellan elektroderna och delarna. $R_{c}$ $R_{c}$

Enligt Joule-Lenz-lagen bör en ökning öka mängden värme som frigörs . Men enligt Ohms lag ökar inte alltid en ökning mängden värme som frigörs under svetsning , mycket beror på förhållandet och impedansen hos svetstransformatorns sekundära krets. $R_{c}$ $F$ $R_{c}$ $F$ $R_{c}$

I_{c}={\frac {U_{2}}{Z}}

Var är spänningen på svetsmaskinens sekundärkrets, a är impedansen för sekundärkretsen, som inkluderar . Med en ökning av motståndet kommer styrkan på svetsströmmen att minska , vilket beaktas i Joule-Lenz-lagen i kvadrat. Flera praktiska konsekvenser följer av detta. Med en ökning av sekundärkretsens totala resistans från 50 till 500 μΩ, minskar värmeavgivningen i svetszonen cirka 10 gånger när den faller. Bristen på värme kompenseras genom att öka spänningen ( ) eller svetstiden. Svetsprocessen på kontaktmaskiner med låg resistans i sekundärkretsen (~ 50 μOhm) åtföljs av en intensiv ökning av uppvärmningen när den faller i processen att öka svetskärnan. När jämlikhet uppnås når uppvärmningen ett maximum, och sedan, när den minskar ännu mer (när den har uppnått den erforderliga kärnstorleken), minskar den. Således åtföljs svetsning på kontaktmaskiner med lågt motstånd av sekundärkretsen (och de flesta av dem [3] ) av icke-stationär uppvärmning och instabil kvalitet på lederna. Denna nackdel kan reduceras genom att tillförlitligt komprimera de rengjorda delarna, säkerställa att den hålls på en miniminivå, eller genom att bibehålla en hög nivå på grund av svag komprimering av delarna och dela upp svetsströmpulsen i flera kortare pulser. Det senare sparar också energi och ger en exakt anslutning med en restdeformation på 2 ... 5 %. $U_{2}$ $Z$ $R_{c}$ $R_{c}$ $I_{c}$ $R_{c}$ $U_{2}$ $R_{c}$ $R_{c}=Z$ $R_{c}$ $R_{c}$ $R_{c}$

Vid svetsning på maskiner med högt motstånd i sekundärkretsen (> 500 µOhm) påverkar minskningen av svetsprocessen praktiskt taget inte värmeavgivningen, uppvärmningen förblir stationär, vilket är typiskt för svetsning på hängande maskiner med en lång kabel i den sekundära kretsen. Fogarna som svetsas på dem har en stabilare kvalitet [3] . $R_{c}$

Teknik

Förberedelse av ytor för kontaktsvetsning

Ytbehandlingsmetoderna är olika. I sin mest kompletta form inkluderar de flera på varandra följande operationer: avfettning, avlägsnande av initial, huvudsakligen oxid, filmer, passivering, neutralisering, tvättning, torkning, kontroll

Grundläggande krav för ytbehandling för kontaktsvetsning:

säkerställa det minsta motståndet hos elektroddelkretsen;
i deldelkretsen måste motståndet vara detsamma över hela kontaktytan;
ytorna på de delar som passar ihop för svetsning måste vara jämna med sammanfallande plan [4] .

Kontakta svetsmaskiner

Kontaktsvetsning utförs på kontaktsvetsmaskiner, som är stationära, mobila och upphängda, universella och specialiserade. På grund av strömmen i svetskretsen kan det finnas växelströms- eller likströmsmaskiner från en strömpuls likriktad i svetstransformatorns primärkrets eller från en kondensatorurladdning . Enligt svetsmetoden särskiljs maskiner för punkt- , relief- , söm- och stumsvetsning [3] . Maskinens svetstransformator sänker nätspänningen till 1-15 volt . Elektroder gjorda av kopparlegeringar används för att komprimera delar och mata ström med en effekt på 1–200 kA . Maskineffekt 0,5-500 kVA . En kompressionskraft på 0,01–100 kN (1–10 000 kgf ) skapas av en pneumohydraulisk drivning eller en hävstångsfjädermekanism. Aktuell varaktighet från 0,01 till 10 sekunder slås på av elektroniskt styrda kontaktorer [5] .

Varje motståndssvetsmaskin består av elektriska och mekaniska delar, pneumatiska eller hydrauliska system och vattenkylningssystem. Den elektriska delen består i sin tur av en svetstransformator, en primär strömbrytare för svetstransformatorn och en svetscykelregulator som ger en given sekvens av cykeloperationer och justering av svetslägesparametrarna. Den mekaniska delen består av en kompressionsdrivning (spetsmaskiner), en kompressionsdrivning och en rullrotationsdrivning (sömmaskiner) eller drivningar för att klämma och rubba delar (stummaskiner). Det pneumatisk-hydrauliska systemet består av förberedelseutrustning ( filter , smörjapparater som smörjer rörliga delar), reglering ( växellådor , tryckmätare , strypventiler) och lufttillförsel till kompressionsdriften (elektropneumatiska ventiler, avstängningsventiler, kranar, beslag ). Vattenkylningssystemet innehåller beslag för fördelnings- och mottagningskammarna, vattenkylda hålrum i transformatorn och sekundärkretsen, fördelningsslangar, avstängningsventiler och hydrauliska reläer som stänger av maskinen om det inte finns något eller lite vatten. Punkt- och sömmaskiner slås på med en fotpedal med kontakter, rumpmaskiner - med en uppsättning knappar. Kommandon tas emot från kontrollerna för att komprimera elektroderna eller klämdelarna, för att slå på och av svetsströmmen, för att rotera rullarna, för att slå på svetscykelregulatorn. [3] .

Kontaktsvetselektroder

Genom motståndssvetselektroderna är den sekundära svetskretsen sluten. Elektrodrullar under motståndssömsvetsning flyttar de delar som ska svetsas. De håller också delarna på plats under uppvärmningen och störningen.

Eftersom elektroderna snabbt slits ut vid motståndssvetsning, ställs de krav på stabiliteten i formbehållningen vid uppvärmning upp till 600 grader och stötkompressionskrafter upp till 5 kg/mm2.

Elektroderna är gjorda av koppar och brons (krom-zirkoniumbrons BrKhTsrA; kadmiumbrons BrKd1; krombrons BrKh, etc.).

Elektroder för lättnadssvetsning är gjorda nära i form av produkten, för sömmaskiner - i form av skivor.

Motståndssvetselektroder från CrZrCu-legering
Kontaktsvetselektroder
Kontaktsvetselektroder

Svetsfel och kvalitetskontroll

Kvaliteten på svetsfogar gjorda av motståndssvetsning beror på korrekt förberedelse av delarnas yta och valet av svetslägen. Huvudindikatorerna för kvaliteten på punkt- och sömsvetsning inkluderar storleken på svetspunktskärnan, som ska vara lika med tre tjocklekar S av det tunnaste arket som ska svetsas. Inträngningsdjupet bör vara inom 20 ... 80 % S. Att överskrida dessa gränser leder till bristande penetration eller stänk av metallen.

Svetsfel kontrolleras både genom inspektion och med alla tillgängliga oförstörande provningsmetoder. En egenskap hos fogkontrollen under motståndssvetsning är svårigheten att upptäcka brist på smältning, som inte detekteras på grund av att kontakterna pressas mot varandra. Vid kontaktpunkten reflekteras eller dämpas inte elektromagnetisk strålning och ultraljud. Ett sätt att upptäcka en defekt är att förstöra kontrollprover. I frånvaro av brist på penetration passerar förstörelsen genom hela metallen i en av delarna. I detta fall mäts diametern på den gjutna kärnan, gjord genom punkt- eller sömsvetsning.

Varianter av kontaktsvetsning

Punktsvetsning

Punktsvetsning är en svetsprocess där delar sammanfogas på en eller flera punkter samtidigt. Styrkan på fogen bestäms av svetspunktens storlek och struktur, som beror på formen och storleken på elektrodernas kontaktyta, styrkan hos svetsströmmen , tiden den flyter genom arbetsstycket, kompressionskraften och tillståndet för ytorna på delarna som ska svetsas. Med hjälp av punktsvetsning kan du skapa upp till 600 fogar på 1 minut [5] . Den används för att ansluta de tunnaste delarna (upp till 0,02 mikron ) av elektroniska enheter, för svetsning av stålkonstruktioner från plåtar upp till 20 mm tjocka i bil- , flyg- och varvsindustrin , inom jordbruksteknik och andra industrier [5] .

Projektionssvetsning

Avlastningssvetsning är en svetsprocess där delar är sammankopplade på en eller flera punkter samtidigt, med speciellt förberedda utsprång-reliefer. Denna metod liknar punktsvetsning. Huvudskillnaden: kontakten mellan delarna bestäms av formen på deras yta vid korsningen och inte av formen på elektrodernas arbetsdel, som vid punktsvetsning. Reliefprojektionerna är förberedda i förväg genom stämpling eller på annat sätt och kan finnas på den ena eller båda delarna som ska svetsas.

Avlastningssvetsning används inom bilindustrin för att fästa konsoler på plåtdelar (till exempel för att fästa konsoler på en bilhuv , för att fästa gångjärn för att hänga dörrar till en hytt); för anslutning av fästelement - bultar , muttrar och bultar . Inom radioelektronik används den för att fästa tråd till tunna delar [6] .

Sömmotståndssvetsning

Sömsvetsning är en svetsprocess där delar är förbundna med en söm bestående av ett antal separata svetspunkter (gjutzoner), som delvis överlappar eller inte överlappar varandra. I det första fallet kommer sömmen att förseglas. I det andra fallet kommer sömsvetsning utförd av enskilda punkter utan överlappning praktiskt taget inte att skilja sig från ett antal punkter som erhålls genom punktsvetsning . Processen med sömsvetsning utförs på speciella svetsmaskiner med två (eller en [7] ) roterande skivrullar-elektroder, som tätt komprimerar, rullar och svetsar de delar som ska sammanfogas. Tjockleken på de svetsade plåtarna sträcker sig från 0,2-3 mm [7] [8] . Den används vid tillverkning av olika behållare där förseglade sömmar krävs - gastankar , rör, tunnor, bälgar etc.

Stumsvetsning

Stumsvetsning är en svetsprocess där delar är anslutna längs hela kontaktplanet, som ett resultat av uppvärmning. Beroende på metallkvalitet, tvärsnittsarean för delarna som ska sammanfogas och kraven på fogens kvalitet, kan stumsvetsning utföras på flera sätt: motstånd, kontinuerlig blinkning och uppvärmd beslag.

Motståndssvetsning används för att ansluta delar med en tvärsnittsarea upp till 200 mm² [9] . Den används främst för att svetsa tråd, stänger och rör av lågkolhaltigt stål av relativt små sektioner [6] .

Fusionssvetsning används för att ansluta delar med en tvärsnittsarea upp till 100 000 mm² [9] , såsom rörledningar, armering av armerade betongprodukter, stumfogar av profilstål, bandsågar . Den används för sammanfogning av järnvägsskenor på skarvfria spår, för tillverkning av långa ämnen av stål, legeringar och icke-järnmetaller. Inom skeppsbyggnad används det för tillverkning av ankarkedjor, kylslingor för kylfartyg. Snabbsvetsning används också vid tillverkning av skärverktyg (till exempel för att svetsa arbetsdelen av en borr av verktygsstål med en bakdel av vanligt stål) [6] [9] .

Andra motståndssvetsprocesser

En av varianterna av kontaktsvetsning är pulssvetsning , där bågen brinner även i pauserna mellan de applicerade strömpulserna, utan att nämnvärt påverka metallsmältningsdjupet. Ytterligare strömpulser överlagras på huvudsvetsströmmen med en frekvens på flera tiotals hertz. En dubbelpulsteknik med strömpulsmodulering har också utvecklats. Modulering gör att du kan ändra formen på pulsen, lutningsvinkeln för deras vågfront, vilket gör att du kan styra överföringen av små droppar av metall under svetsning [10] .

Fördelarna med pulssvetsning är stabil bågbränning, kratrar från svetspunkter elimineras, överlappande områden i svetsen reduceras.

Pulsvetsning används för svetsning av både olika stålkvaliteter och aluminium, koppar, nickellegeringar och titan med arbetsstyckestjocklekar från 1 till 50 mm [11] .

Anteckningar

↑ Kontaktsvetsning, principen för motståndssvetsning . Tillträdesdatum: 24 oktober 2009. Arkiverad från originalet den 3 januari 2012. (obestämd)
↑ 1 2 3 Utveckling av den elektriska motståndssvetsprocessen (otillgänglig länk) . Hämtad 24 oktober 2009. Arkiverad från originalet 5 april 2012. (obestämd)
↑ 1 2 3 4 Kontaktsvetsning (otillgänglig länk) . Hämtad 24 oktober 2009. Arkiverad från originalet 4 april 2012. (obestämd)
↑ Kontaktsvetsning (otillgänglig länk) . Hämtad 4 december 2009. Arkiverad från originalet 18 januari 2010. (obestämd)
↑ 1 2 3 [bse.sci-lib.com/article064083.html Kontaktelektrisk svetsning] . Hämtad 24 oktober 2012. Arkiverad från originalet 25 oktober 2012. (obestämd)
↑ 1 2 3 Kontaktsvetsning . Hämtad 24 oktober 2009. Arkiverad från originalet 2 mars 2013. (obestämd)
↑ 1 2 Sömsvetsning (otillgänglig länk) . Hämtad 24 oktober 2009. Arkiverad från originalet 6 mars 2012. (obestämd)
↑ Rullsvetsning (sömmar) (otillgänglig länk) . Tillträdesdatum: 24 oktober 2009. Arkiverad från originalet den 9 januari 2013. (obestämd)
↑ 1 2 3 Stumsvetsning (otillgänglig länk) . Hämtad 24 oktober 2009. Arkiverad från originalet 6 mars 2012. (obestämd)
↑ Pulsvetsning: fördelar och möjligheter . Hämtad 29 april 2020. Arkiverad från originalet 7 augusti 2020. (obestämd)
↑ Pulserande bågsvetsning i skyddsgaser . Hämtad 4 augusti 2016. Arkiverad från originalet 22 juli 2016. (obestämd)

Litteratur

M.D. Banov, Yu.V. Kazakov, M.G. Kozulin och andra; ed. Yu. V. Kazakova. Svets- och skärmaterial: Handledning. — Upplaga 2, stereotyp. - Publishing Center "Academy", 2002. - 400 sid. — ISBN 5-7695-0695-4 .

Länkar

Ordböcker och uppslagsverk	Britannica (online)

Svetsning
Terminologi	Elektrisk ljusbåge Svetsbarhet svetsflöde Svetsad anslutning Ytläggning heta sprickor kalla sprickor
Elektrisk ljusbåge	Manuell båge Båge i skyddsgaser Automatisk båge nedsänkt båge
trycksvetsning	Smide svetsning Ultraljuds friktion gaspress Kall Explosion Magnetisk puls Diffusion
kontaktsvetsning	prickad präglade sutur Stånga Återflöde
Andra typer av svetsning	Gas Elektroslag Termit Plasma elektronstråle laser röntgen
Metallsvetsning	aluminiumsvetsning berylliumsvetsning Kopparsvetsning Silversvetsning Stålsvetsning Titan svetsning Gjutjärnssvetsning
Svetsning av icke-metaller	Plastsvetsning Skarvning av optisk fiber
Utrustning och utrustning	svetselektrod Svetsdräkt svetstransformator Svetsare svetsomvandlare Svetsväxelriktare
Professionella organisationer	Institutet för elektrisk svetsning uppkallad efter E. O. Paton American Welding Society
Professionella utgåvor	Defektoskopi (tidning)
Yrkessjukdomar	Elektroftalmi manganförgiftning