Электрическая контактная сварка ( ERW ) — это процесс сварки , при котором соприкасающиеся металлические части прочно соединяются путем нагревания их электрическим током, расплавляющего металл в месте соединения. [1] Электросварка широко применяется, например, при производстве стальных труб и при сборке кузовов автомобилей. [2] Электрический ток может подаваться на электроды, которые также прикладывают зажимное давление, или может индуцироваться внешним магнитным полем. Процесс контактной сварки можно дополнительно классифицировать по геометрии сварного шва и способу приложения давления к соединению: например, точечная сварка, шовная сварка, оплавление, выступающая сварка. Некоторыми факторами, влияющими на температуру нагрева или сварки, являются пропорции заготовок, металлическое покрытие или его отсутствие, материалы электродов, геометрия электрода, сила прижима электрода, электрический ток и продолжительность сварки. Небольшие лужи расплавленного металла образуются в точках наибольшего электрического сопротивления (соединяющиеся или «облицовочные» поверхности) при прохождении через металл электрического тока (100–100 000 А ). В целом методы контактной сварки эффективны и вызывают небольшое загрязнение, но 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 для электропроводки, некоторых ребер теплообменника и некоторых трубок. Обычно источники питания и сварочное оборудование подбираются с учетом конкретной толщины и свариваемого материала. Толщина ограничена мощностью источника сварочного тока и, следовательно, диапазоном оборудования в зависимости от тока, необходимого для каждого применения. Особое внимание уделяется устранению загрязнений между прилегающими поверхностями. Обычно для скрепления металлических листов и пропускания через них тока одновременно используются два медных электрода . Когда ток проходит через электроды к листам, выделяется тепло из-за более высокого электрического сопротивления там, где поверхности контактируют друг с другом. Поскольку электрическое сопротивление материала вызывает накопление тепла в заготовках между медными электродами, повышение температуры вызывает повышение сопротивления и приводит к образованию расплавленной ванны, находящейся большую часть времени между электродами. Поскольку тепло рассеивается по заготовке менее чем за секунду (время контактной сварки обычно программируется как количество циклов переменного тока или миллисекунд), расплавленное или пластическое состояние увеличивается до соответствия сварочным наконечникам. Когда ток прекращается, медные наконечники охлаждают точечную сварку, вызывая затвердевание металла под давлением. Медные электроды с водяным охлаждением быстро отводят тепло от поверхности, ускоряя затвердевание металла, поскольку медь является отличным проводником . При контактной точечной сварке обычно используется электрическая энергия в виде постоянного , переменного тока , полуволнового постоянного тока средней частоты или высокочастотного полуволнового постоянного тока.
Если применяется чрезмерное или слишком быстрое нагревание, или если сила между основными материалами слишком мала, или покрытие слишком толстое или слишком проводящее, то расплавленная область может распространиться на внешнюю поверхность обрабатываемых деталей, выходя за пределы удерживающей силы. электродов (часто до 30 000 фунтов на квадратный дюйм). Этот выброс расплавленного металла называется выбросом, и когда это происходит, металл становится тоньше и имеет меньшую прочность, чем сварной шов без выброса. Распространенным методом проверки качества сварного шва является испытание на отслаивание. Альтернативным испытанием является испытание на ограниченное растяжение, которое гораздо сложнее выполнить и требует калиброванного оборудования. Поскольку оба теста носят разрушительный характер (приводят 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, простоту автоматизации и отсутствие необходимых присадочных материалов. Когда необходима высокая прочность на сдвиг , вместо более дорогостоящего механического крепления, такого как клепка , используется точечная сварка . Хотя прочность на сдвиг каждого сварного шва высока, тот факт, что места 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. Для точечной сварки нержавеющей стали можно использовать специальный процесс, называемый дробовой сваркой .
Существует три основных типа соединений контактной сварки: в твердом состоянии, плавлением и пайка оплавлением. В твердотельной связи , также называемой термокомпрессионной связью, разнородные материалы с разной зернистой структурой, например, молибден и вольфрам, соединяются с использованием очень короткого времени нагрева, высокой энергии сварки и большого усилия. Плавление и минимальный рост зерен незначительны, но имеется определенная связь и граница раздела зерен. Таким образом, материалы фактически соединяются, находясь еще в твердом состоянии. Склеенные материалы обычно обладают превосходной прочностью на сдвиг и растяжение, но плохой прочностью на отслаивание. При сварке сходные или разнородные материалы со схожей зеренной структурой нагреваются до температуры плавления (жидкого состояния) обоих. Последующее охлаждение и объединение материалов образуют сплав двух материалов «самородок» с более крупным ростом зерен. Обычно для получения сварных соединений используются высокие энергии сварки при коротком или длительном времени сварки, в зависимости от физических характеристик. Склеенные материалы обычно обладают превосходной прочностью на растяжение, отслаивание и сдвиг. При пайке оплавлением резистивный нагрев низкотемпературного припоя, такого как золото или припой, используется для соединения либо разнородных материалов, либо самых разнообразных комбинаций толстых и тонких материалов. Припой должен «намочить» каждую деталь и иметь более низкую температуру плавления, чем обе детали. Полученная связь имеет четкие границы раздела с минимальным ростом зерен. Обычно этот процесс требует более длительного (от 2 до 100 мс) времени нагрева при низкой энергии сварки. Полученное соединение демонстрирует превосходную прочность на разрыв, но плохую прочность на отслаивание и сдвиг.
Контактная шовная сварка — это процесс, при котором сваривается сварной шов на прилегающих поверхностях двух одинаковых металлов. Шов может быть стыковым или внахлест, и обычно это автоматизированный процесс. Она отличается от сварки оплавлением тем, что сварка оплавлением обычно сваривает все соединение сразу, а шовная сварка формирует сварной шов постепенно, начиная с одного конца. Как и точечная сварка, шовная сварка предполагает использование двух электродов, обычно изготовленных из меди, для приложения давления и тока. Электроды часто имеют форму диска и вращаются при прохождении материала между ними. Это позволяет электродам оставаться в постоянном контакте с материалом и выполнять длинные непрерывные сварные швы. Электроды также могут перемещать или способствовать движению материала.
Трансформатор подает энергию к сварному соединению в виде переменного тока низкого напряжения и сильного тока. Соединение детали имеет высокое электрическое сопротивление относительно остальной части цепи и нагревается током до точки плавления. Полурасплавленные поверхности прижимаются друг к другу под давлением сварки, что создает плавление, в результате чего получается однородно сваренная конструкция. Большинство сварщиков шва используют водяное охлаждение через электроды, трансформаторы и блоки контроллера из-за выделяемого тепла.
Шовная сварка обеспечивает чрезвычайно прочный сварной шов, поскольку соединение проковывается под действием тепла и давления. Правильно сваренное соединение, полученное контактной сваркой, легко может оказаться прочнее материала, из которого оно выполнено.
Шовная сварка обычно используется при производстве круглых или прямоугольных стальных труб. Сварка швов использовалась для производства стальных банок для напитков, но больше не используется для этого, поскольку современные банки для напитков изготовлены из цельного алюминия.
Существует два режима шовной сварки: прерывистый и непрерывный. При прерывистой сварке швов колеса перемещаются в желаемое положение и останавливаются для выполнения каждого сварного шва. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет достигнута желаемая длина сварного шва. При сварке непрерывным швом колеса продолжают катиться при выполнении каждого сварного шва.
Низкочастотная электрическая контактная сварка (LF-ERW) — устаревший метод сварки швов нефте- и газопроводов . Его сняли с производства в 1970-х годах, но по состоянию на 2015 год некоторые трубопроводы, построенные этим методом, оставались в эксплуатации. [3]
Трубы, сваренные электрическим сопротивлением (ERW), изготавливаются путем холодной штамповки стального листа в цилиндрическую форму. Затем ток пропускают между двумя краями стали, чтобы нагреть сталь до точки, в которой края соединяются вместе, образуя соединение без использования сварочного присадочного материала. Первоначально в этом производственном процессе для нагрева кромок использовался переменный ток низкой частоты. Этот низкочастотный процесс использовался с 1920-х по 1970 год. В 1970 году низкочастотный процесс был заменен высокочастотным процессом ERW, который обеспечивал более высокое качество сварного шва.
Со временем выяснилось, что сварные швы низкочастотных труб ERW подвержены избирательной коррозии швов, крючковым трещинам и недостаточному соединению швов, поэтому низкочастотные ERW больше не используются для производства труб. Высокочастотный процесс до сих пор используется при производстве труб для строительства новых трубопроводов. [4]
Другие методы ВПВ включают контактную сварку , контактную сварку и высадочную сварку . [5]
Сварка оплавлением — это вид контактной сварки, при которой не используются присадочные металлы . Свариваемые куски металла располагаются на заранее определенном расстоянии в зависимости от толщины материала, состава материала и желаемых свойств готового сварного шва. К металлу подается ток , а зазор между двумя частями создает сопротивление и создает дугу , необходимую для плавления металла. Как только куски металла достигают нужной температуры, их сжимают вместе, эффективно сваривая их вместе. [6]
Выступающая сварка — это модификация точечной сварки, при которой сварной шов локализуют с помощью выступов или выступов на одной или обеих соединяемых заготовках. Тепло концентрируется на выступах, что позволяет сваривать более тяжелые секции или уменьшать расстояние между сварными швами. Выступы также могут служить средством позиционирования заготовок. Выступающая сварка часто используется для приваривания шпилек , гаек и других деталей машин с резьбой к металлической пластине. Его также часто используют для соединения перекрещенных проводов и стержней. Это еще один высокопроизводительный процесс, при котором можно выполнить несколько выступающих сварных швов путем соответствующего проектирования и сборки. [7]
Со временем выяснилось, что сварные швы низкочастотных труб ERW подвержены избирательной коррозии швов, крючковым трещинам и недостаточному соединению швов, поэтому низкочастотные ERW больше не используются для производства труб.
