Электросварка сопротивлением ( ЭРС ) — это процесс сварки , при котором металлические детали, находящиеся в контакте, постоянно соединяются путем нагрева их электрическим током, расплавляя металл в месте соединения. [1] Электросварка сопротивлением широко используется, например, в производстве стальных труб и при сборке кузовов автомобилей. [2] Электрический ток может подаваться на электроды, которые также оказывают зажимное давление, или может быть вызван внешним магнитным полем. Процесс электросварки сопротивлением можно дополнительно классифицировать по геометрии сварного шва и способу приложения давления к соединению: точечная сварка, шовная сварка, оплавление, рельефная сварка и т. д. Некоторые факторы, влияющие на температуру нагрева или сварки, — это пропорции заготовок, металлическое покрытие или отсутствие покрытия, материалы электродов, геометрия электродов, сила прижима электродов, электрический ток и продолжительность сварки. Небольшие ванны расплавленного металла образуются в точке наибольшего электрического сопротивления (соединительные или «стыкующиеся» поверхности) при пропускании через металл электрического тока (100–100 000 А ). В целом методы контактной сварки эффективны и не вызывают значительного загрязнения окружающей среды, однако их применение ограничено относительно тонкими материалами.
.jpg/1280px-Spot_welder_(Miller_12,000_amp_model).jpg)
Точечная сварка — это метод контактной сварки, используемый для соединения двух или более перекрывающихся металлических листов, шпилек, выступов, подвесок электропроводки, некоторых ребер теплообменника и некоторых труб. Обычно источники питания и сварочное оборудование подбираются под определенную толщину и свариваемый материал. Толщина ограничивается выходной мощностью источника сварочного тока и, следовательно, диапазоном оборудования из-за тока, необходимого для каждого применения. Необходимо следить за тем, чтобы между прилегающими поверхностями не было загрязнений. Обычно для зажима металлических листов вместе и пропускания тока через листы одновременно используются два медных электрода . Когда ток проходит через электроды к листам, выделяется тепло из-за более высокого электрического сопротивления в местах соприкосновения поверхностей. Поскольку электрическое сопротивление материала вызывает накопление тепла в заготовках между медными электродами, повышение температуры вызывает повышение сопротивления и приводит к образованию расплавленной ванны, которая большую часть времени находится между электродами. Поскольку тепло рассеивается по всей заготовке менее чем за секунду (время контактной сварки обычно программируется как количество циклов переменного тока или миллисекунд), расплавленное или пластичное состояние растет, чтобы встретиться со сварочными наконечниками. Когда ток прекращается, медные наконечники охлаждают точечный сварной шов, заставляя металл затвердевать под давлением. Медные электроды с водяным охлаждением быстро отводят поверхностное тепло, ускоряя затвердевание металла, поскольку медь является отличным проводником . Контактная точечная сварка обычно использует электрическую энергию в виде постоянного тока , переменного тока , среднечастотного полуволнового постоянного тока или высокочастотного полуволнового постоянного тока.
Если применяется избыточное тепло или применяется слишком быстро, или если сила между базовыми материалами слишком мала, или покрытие слишком толстое или слишком проводящее, то расплавленная область может распространиться на внешнюю часть обрабатываемых деталей, выйдя из-под сдерживающей силы электродов (часто до 30 000 фунтов на квадратный дюйм). Этот выброс расплавленного металла называется выбросом, и когда это происходит, металл будет тоньше и иметь меньшую прочность, чем сварной шов без выброса. Обычным методом проверки качества сварки является испытание на отслаивание. Альтернативным испытанием является испытание на растяжение с ограничением, которое гораздо сложнее выполнить и требует калиброванного оборудования. Поскольку оба испытания являются разрушающими по своей природе (что приводит к потере товарного материала), неразрушающие методы, такие как ультразвуковая оценка, находятся на различных стадиях раннего внедрения многими OEM-производителями.
Преимущества метода включают эффективное использование энергии , ограниченную деформацию заготовки , высокую производительность, легкую автоматизацию и отсутствие необходимости в присадочных материалах. Когда требуется высокая прочность на сдвиг , точечная сварка используется вместо более дорогостоящего механического крепления, такого как заклепка . Хотя прочность на сдвиг каждого сварного шва высока, тот факт, что точки сварки не образуют сплошной шов, означает, что общая прочность часто значительно ниже, чем при других методах сварки, что ограничивает полезность процесса. Он широко используется в автомобильной промышленности — автомобили могут иметь несколько тысяч точечных сварных швов. Специализированный процесс, называемый дробовой сваркой , может использоваться для точечной сварки нержавеющей стали .
Существует три основных типа соединений контактной сварки: твердое состояние, сплавление и пайка оплавлением. В твердом состоянии , также называемом термокомпрессионным соединением, разнородные материалы с разной структурой зерна, например, молибден с вольфрамом, соединяются с использованием очень короткого времени нагрева, высокой энергии сварки и большого усилия. Малое плавление и минимальный рост зерна, но определенная связь и граница зерен. Таким образом, материалы фактически соединяются, еще находясь в твердом состоянии. Связанные материалы обычно демонстрируют превосходную прочность на сдвиг и растяжение, но плохую прочность на отслаивание. В соединении сплавлением либо похожие, либо разнородные материалы с похожей структурой зерна нагреваются до точки плавления (жидкое состояние) обоих. Последующее охлаждение и объединение материалов образует сплав «ядра» двух материалов с большим ростом зерна. Обычно для создания соединений сплавлением используются высокие энергии сварки при коротком или большом времени сварки, в зависимости от физических характеристик. Связанные материалы обычно демонстрируют превосходную прочность на растяжение, отслаивание и сдвиг. В соединении пайкой оплавлением резистивный нагрев низкотемпературного припоя, такого как золото или припой, используется для соединения либо разнородных материалов, либо самых разных комбинаций толстых/тонких материалов. Припой должен «смачиваться» каждой частью и иметь более низкую температуру плавления, чем две заготовки. Полученное соединение имеет определенные интерфейсы с минимальным ростом зерна. Обычно процесс требует более длительного (от 2 до 100 мс) времени нагрева при низкой энергии сварки. Полученное соединение демонстрирует превосходную прочность на растяжение, но плохую прочность на отслаивание и сдвиг.
Сварка сопротивлением — это процесс, который производит сварку на прилегающих поверхностях двух похожих металлов. Шов может быть стыковым или нахлесточным и обычно является автоматизированным процессом. Он отличается от сварки оплавлением тем, что сварка оплавлением обычно сваривает весь стык сразу, а сварка швом формирует шов постепенно, начиная с одного конца. Как и точечная сварка, сварка швом основана на двух электродах, обычно изготовленных из меди, для приложения давления и тока. Электроды часто имеют форму диска и вращаются, когда материал проходит между ними. Это позволяет электродам оставаться в постоянном контакте с материалом для выполнения длинных непрерывных сварных швов. Электроды также могут перемещать или способствовать перемещению материала.
Трансформатор подает энергию на сварной шов в виде переменного тока низкого напряжения и высокого тока. Стык заготовки имеет высокое электрическое сопротивление относительно остальной части цепи и нагревается до точки плавления током. Полурасплавленные поверхности прижимаются друг к другу давлением сварки, что создает сплавное соединение, в результате чего получается равномерно сваренная структура. Большинство сварщиков швов используют водяное охлаждение через электрод, трансформатор и узлы контроллера из-за выделяемого тепла.
Сварка швов обеспечивает чрезвычайно прочный шов, поскольку соединение куется под воздействием тепла и давления. Правильно сваренное соединение, выполненное методом контактной сварки, может легко оказаться прочнее материала, из которого оно изготовлено.
Распространенное применение шовной сварки — при производстве круглых или прямоугольных стальных труб. Шовная сварка использовалась для производства стальных банок для напитков, но больше не применяется для этого, поскольку современные банки для напитков изготавливаются из бесшовного алюминия.
Существует два режима сварки швом: прерывистый и непрерывный. При сварке прерывистым швом колеса продвигаются в нужное положение и останавливаются для выполнения каждого шва. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет достигнута нужная длина шва. При непрерывной сварке швом колеса продолжают вращаться по мере выполнения каждого шва.
Низкочастотная электросварка сопротивлением (НЧ-ЭРС) — устаревший метод сварки швов на нефте- и газопроводах . Он был снят с производства в 1970-х годах, но по состоянию на 2015 год некоторые трубопроводы, построенные этим методом, оставались в эксплуатации. [3]
Труба, полученная методом электросварки сопротивлением (ERW), изготавливается путем холодной формовки стального листа в цилиндрическую форму. Затем ток пропускается между двумя краями стали, чтобы нагреть сталь до точки, в которой края сжимаются вместе, образуя соединение без использования сварочного присадочного материала. Первоначально этот производственный процесс использовал низкочастотный переменный ток для нагрева краев. Этот низкочастотный процесс использовался с 1920-х годов до 1970 года. В 1970 году низкочастотный процесс был заменен высокочастотным процессом ERW, который обеспечивал более высокое качество сварки.
Со временем было обнаружено, что сварные швы низкочастотной ERW-трубы подвержены селективной коррозии шва, трещинам крючков и недостаточному склеиванию швов, поэтому низкочастотная ERW-технология больше не используется для производства труб. Высокочастотный процесс по-прежнему используется для производства труб, используемых при строительстве новых трубопроводов. [4]
Другие методы ERW включают в себя контактную сварку , контактную рельефную сварку и сварку осадкой . [5]
Сварка оплавлением — это тип контактной сварки, при которой не используются присадочные металлы . Свариваемые части металла располагаются на заранее определенном расстоянии в зависимости от толщины материала, состава материала и желаемых свойств готового шва. К металлу подается ток , а зазор между двумя частями создает сопротивление и создает дугу , необходимую для расплавления металла. Как только части металла достигают нужной температуры, их прижимают друг к другу, эффективно кузнечная сварка. [6]
Рельефная сварка — это модификация точечной сварки, при которой сварной шов локализуется с помощью приподнятых секций или выступов на одной или обеих соединяемых заготовках. Тепло концентрируется на выступах, что позволяет сваривать более тяжелые секции или более близкое расположение сварных швов. Выступы также могут служить средством позиционирования заготовок. Рельефная сварка часто используется для приваривания шпилек , гаек и других резьбовых деталей машин к металлической пластине. Она также часто используется для соединения перекрестных проводов и стержней. Это еще один высокопроизводительный процесс, и несколько рельефных сварных швов могут быть организованы с помощью подходящего проектирования и установки. [7]
временем было обнаружено, что сварные швы труб, полученных методом низкочастотной сварки электросваркой, подвержены избирательной коррозии швов, образованию крючковых трещин и ненадлежащему склеиванию швов, поэтому метод низкочастотной сварки электросваркой больше не используется для производства труб.
