Кантактная зварка (RW) ахоплівае шэраг метадаў плаўлення, якія дасягаюць зліцця за кошт спалучэння цяпла і ціску. Цяпло выпрацоўваецца ў месцы зваркі з дапамогай электрычнага супраціўлення току. Асноўныя элементы кантактнай зваркі паказаны на малюнку ніжэй для найбольш папулярнага метаду ў групе — аперацыі кантактнай кропкавай зваркі. Кампаненты — гэта дэталі, якія падлягаюць зварцы (часта дэталі з ліставога металу), два процілеглыя электроды, спосаб прыціскання дэталяў паміж электродамі і крыніца пераменнага току, якая можа падаваць кантраляваны ток. Пры кропкавай зварцы працэс стварае сплаўленую зону паміж двума кампанентамі, вядомую як зварны кавалак.
Для кантактнай зваркі не патрэбныя ахоўныя газы, флюс або прысадачны метал, як для дугавой зваркі, а электроды, якія перадаюць электрычную энергію, не плавяцца. Зварка рэзістыруючым метадам класіфікуецца як зварка плаўленнем, паколькі кантактныя паверхні практычна заўсёды плавяцца пры награванні. Аднак ёсць і выключэнні. Каб прадухіліць плаўленне, некаторыя метады зваркі на аснове кантактнага награвання выкарыстоўваюць тэмпературы ніжэйшыя за тэмпературы плаўлення асноўных металаў.
Працэс кантактнай зваркі ўключае ў сябе некалькі ключавых зменных, такіх як уласцівасці электрода, сіла току зваркі, сіла току на электродзе і працягласць току. Кантактная зварка — гэта эфектыўны і хуткі працэс зваркі, паколькі яна патрабуе току, які можа быць у дзесяць-сто разоў большы, чым пры дугавой зварцы, хоць фактычны час зваркі звычайна меншы за секунду.
Крыніца энергіі і выпрацоўка цяпла ў RAW
Пры кантактнай зварцы (RW) супраціўленне ланцуга, сіла току і працягласць яго падачы ўплываюць на цеплавую энергію, неабходную для зваркі. Наступны матэматычны выраз адлюстроўвае гэтую залежнасць:
H = I2 Rt
дзе �� — цепла, якое выпрацоўваецца ў джоўлях (каб пераўтварыць у Btu, падзяліць на 1055); �� — сіла току ў амперах; �� — электрычнае супраціўленне ў омах; і �� — час у секундах.
Працэсы кантактнай зваркі часта ўключаюць вельмі высокія токі (ад 5000 да 20 000 А) пры адносна нізкім напружанні (звычайна ніжэй за 10 В). У большасці працэдур працягласць току (t) невялікая; напрыклад, пры стандартнай кропкавай зварцы яна можа доўжыцца ад 0.1 да 0.4 секунды. Паколькі супраціўленне ў RW вельмі нізкае (каля 0.0001 В), а квадратная частка ў прыведзеным вышэй ураўненні павялічвае ўплыў току, выкарыстоўваецца вялікі ток. Камбінацыя супраціўленняў дэталяў, электродаў, кантактнага супраціўлення паміж электродамі і дэталямі, а таксама кантактнага супраціўлення паверхняў, якія падводзяць зварку, прыводзіць да супраціўлення ў зварачным ланцугу. Такім чынам, цяпло выпрацоўваецца ў кожнай з гэтых зон электрычнага супраціўлення. Паколькі пераважнае месца зваркі знаходзіцца на кантактных паверхнях, аптымальна, каб яны мелі найбольшы супраціў у суме. Выкарыстанне такіх металаў, як медзь, якія маюць надзвычай нізкае супраціўленне, зніжае супраціўленне электродаў. Каб рассейваць цяпло, якое там выпрацоўваецца, электроды часта астуджаюць вадой. Супраціўленне дэталяў вызначаецца таўшчынёй дэталі і ўдзельным супраціўленнем асноўных металаў. Памер, форма і плошча кантакту электрода, а таксама стан паверхні (напрыклад, акаліна электрода і чысціня апрацоўваемых паверхняў) вызначаюць супраціўленне кантактаў паміж электродамі і дэталямі.
У рэшце рэшт, аздабленне паверхні, гігіенічныя ўмовы, плошча кантакту і ціск уплываюць на супраціўленне кантактных паверхняў. Не павінна быць ніякіх прымешак, такіх як фарба, алей або бруд, якія б раздзялялі кантактныя паверхні.
Ціск гэтак жа важны для поспеху кантактнай зваркі, як і нагрэў. Пры кантактнай зварцы (RW) асноўная мэта ціску — прыціснуць паверхні, якія злучаюцца, разам для дасягнення зліцця пасля дасягнення патрэбнай тэмпературы зваркі, а таксама забяспечыць кантакт паміж дзвюма апрацоўваемымі паверхнямі і электродамі перад падачай току.
Перавагі і недахопы кантактнай зваркі
Кантактная зварка з'яўляецца распаўсюджаным варыянтам для прамысловага прымянення дзякуючы сваім шматлікім перавагам. Яе эфектыўнасць і хуткасць, якія дазваляюць дасягнуць вялікіх вытворчых аб'ёмаў, з'яўляюцца двума асноўнымі перавагамі. Для працэсу не патрэбныя прысадныя металы, а паколькі цяпло лакалізаванае, меншая верагоднасць выгібу суседніх кампанентаў. Кантактная зварка таксама выдатна падыходзіць для аўтаматызацыі, што робіць яе ідэальнай для буйнамаштабнай вытворчасці. Паколькі цяпло можна дакладна рэгуляваць, атрыманыя зварныя швы трывалыя, дакладныя і акуратныя. Гэты падыход таксама больш эканамічна эфектыўны, бо патрабуе менш аздаблення і менш энергіі, чым многія іншыя, і ён больш бяспечны, бо не вылучае дыму або іскраў.
Аднак кантактная зварка мае некалькі недахопаў. Некаторым прадпрыемствам можа быць цяжка атрымаць неабходнае абсталяванне, бо яно часта дарагое і спецыялізаванае. Яна абмяжоўвае віды металаў, якія можна зварваць, працуючы толькі з матэрыяламі з высокім электрычным супраціўленнем. З-за абмежаванага цяпла вялікія дэталі цяжка зварваць, і дакладнае выраўноўванне кампанентаў мае важнае значэнне для прадухілення слабых злучэнняў. Нераўнамернае пашырэнне або сцісканне матэрыялаў, выкліканае цяплом, можа прывесці да дэфармацыі, што патэнцыйна можа стаць праблемай. Нягледзячы на гэтыя цяжкасці, кантактная зварка па-ранейшаму з'яўляецца карыснай тэхналогіяй у многіх вытворчых умовах.
Асноўныя працэсы кантактнай зваркі
Тры асноўныя працэсы кантактнай зваркі, якія маюць камерцыйнае значэнне, - гэта кантактная кропкавая зварка (RSW), кантактная швовая зварка (RSEW) і рэекцыйная зварка (RPW).
Супрацівная кропкавая зварка (RSW)
Кропкавая зварка кантактным спосабам (RSW) з'яўляецца найбольш распаўсюджаным метадам у сваім класе і шырока выкарыстоўваецца ў масавай вытворчасці бытавой тэхнікі, аўтамабіляў, металічнай мэблі і іншых вырабаў з ліставога металу. Эканамічная значнасць кропкавай зваркі кантактным спосабам становіцца зразумелай, калі ўлічыць, што ў сярэднім на кузаве аўтамабіля маецца прыблізна 10 000 кропкавых зварных швоў, а штогадовая вытворчасць аўтамабіляў па ўсім свеце дасягае дзясяткаў мільёнаў.
Кропкавая зварка кантактным спосабам (RSW) — гэта метад зваркі кантактным спосабам, пры якім процілеглыя электроды зварваюць паверхні злучэння ўнахлест у адным месцы. Гэты метад ужываецца да кампанентаў з ліставога металу таўшчынёй 3 мм (0.125 цалі) або менш, калі не патрабуецца герметычная зборка. Для злучэння кампанентаў выкарыстоўваецца паслядоўнасць кропкавых зварных швоў. Нягледзячы на тое, што круглыя электроды з'яўляюцца найбольш распаўсюджанай формай электродаў, могуць выкарыстоўвацца таксама квадратныя, шасцігранныя і іншыя формы, прычым кончык электрода вызначае памер і форму плямы зваркі.
Атрыманы зварны кавалак звычайна мае дыяметр ад 5 да 10 мм (ад 0.2 да 0.4 цалі), а асноўныя металы знаходзяцца крыху далей за кавалак, дзе распасціраецца зона цеплавога ўздзеяння. Пры правільным выкананні зваркі трываласць зварнога шва павінна быць параўнальнай з трываласцю навакольнага металу. На наступным малюнку паказаны этапы цыклу кропкавай зваркі.
Для вырабу электродаў RSW выкарыстоўваюцца дзве асноўныя катэгорыі матэрыялаў: сплавы на аснове медзі і кампазіцыі тугаплаўкіх металаў, такіх як медзь і вальфрам. Большая зносаўстойлівасць другой групы добра вядомая. Пры кропкавай зварцы, як і ў большасці вытворчых працэсаў, інструменты паступова старэюць з выкарыстаннем. Электроды па магчымасці вырабляюцца з унутранымі каналамі для вадзянога астуджэння. Кропкавая зварка можа выконвацца з выкарыстаннем розных інструментаў і метадаў з-за яе шырокага прамысловага выкарыстання. Апарат складаецца з партатыўных зварачных гармат, а таксама зварачных апаратаў тыпу прэс і качалок. Кропкавыя зваршчыкі з качалкам маюць верхні электрод, які з'яўляецца рухомым і можа падымацца і апускацца для палягчэння пагрузкі і разгрузкі. Ніжні электрод застаецца нерухомым. Верхні электрод замацаваны на качалку — адсюль і назва — рух якога кіруецца нажной педаллю рабочага.
Сілу і ток на працягу ўсяго цыклу зваркі можна кантраляваць з дапамогай праграмавання на сучасным абсталяванні. Кропкавыя зваршчыкі з прэсамі прызначаны для больш цяжкіх работ. Вертыкальны прэс, які прыводзіцца ў рух гідраўлічнай або пнеўматычнай сілай, стварае прамалінейны рух верхняга электрода. Дзякуючы ціску можна выкарыстоўваць большыя сілы, а складаныя цыклы зваркі звычайна можна праграмаваць з дапамогай элементаў кіравання. Задача даецца двум папярэднім тыпам машын, якія з'яўляюцца стацыянарнымі кропкавымі зваршчыкамі. Перанесці і размясціць дэталь у стацыянарным абсталяванні для масіўных, цяжкіх работ складана. Партатыўныя зварачныя гарматы бываюць розных памераў і камбінацый, каб задаволіць гэтыя сітуацыі. Гэтыя прылады складаюцца з двух супрацьлеглых электродаў, якія ўтрымліваюцца ўнутры шчыпцовага механізму. Паколькі кожны элемент лёгкі, яго можа захапіць і кіраваць ім альбо прамысловы робат, альбо чалавек. Для падключэння гарматы да ўласнай крыніцы харчавання і кіравання выкарыстоўваюцца гнуткія электрычныя кабелі і паветраныя шлангі. Пры неабходнасці для падачы вады для астуджэння электродаў таксама можна выкарыстоўваць вадзяны шланг. Кропкавая зварка кузаваў аўтамабіляў - распаўсюджаная задача для мабільных зварачных гармат на заводах па зборцы аўтамабіляў. Нягледзячы на тое, што людзі ўсё яшчэ кіруюць некаторымі з гэтых гармат, прамысловыя робаты цяпер з'яўляюцца пераважнай тэхналогіяй.
Супрацівная швавая зварка (RSEW)
Швова-рэзістэнтная зварка (RSEW) — гэта тэхніка, пры якой ствараюцца паслядоўныя перакрываючыяся кропкавыя зваркі ўздоўж злучэння ўнахлест з выкарыстаннем круцельных колаў, а не стрыжнепадобных электродаў, як пры кропкавай зварцы. Гэтая працэдура, паказаная на малюнку ніжэй, часта выкарыстоўваецца ў вытворчасці кантэйнераў з ліставога металу, аўтамабільных глушыцеляў і бензабакаў, паколькі яна стварае герметычныя злучэнні. Нягледзячы на тое, што кропкавая зварка і RSEW па сутнасці ідэнтычныя, RSEW мае дадатковую складанасць з-за колавых электродаў і бесперапыннага аспекту аперацыі.
Бесперапынная праца ў RSEW азначае, што швы павінны быць уздоўж прамой або раўнамерна выгнутай лініі, бо вострыя куты і разрывы могуць ствараць праблемы. Акрамя таго, большую праблему выклікае дэфармацыя дэталяў, што патрабуе прыстасаванняў для ўтрымання дэталяў на месцы і мінімізацыі дэфармацыі.
Прыкладанне зварачнага току і рух электродных колаў пры зварцы з рэзкім зварваннем (RSEW) вызначаюць адлегласць паміж зварачнымі загатоўкамі. У найбольш папулярнай тэхніцы, якая называецца зваркай бесперапынным рухам, адпаведная адлегласць паміж кропкавымі зваркамі дасягаецца шляхам перыядычнага пульсавання току пры кручэнні колаў з пастаяннай хуткасцю. Вынікам такой канфігурацыі звычайна з'яўляюцца перакрываючыяся зоны зваркі. З іншага боку, працэс, вядомы як кропкавая зварка ролікам, дазваляе з'яўляцца зазорам паміж кропкамі зваркі, калі частату току зніжаць. Акрамя таго, бесперапынны зварачны шво можна дасягнуць, падтрымліваючы пастаянны зварачны ток. На малюнку ніжэй паказаны гэтыя варыяцыі.
Яшчэ адзін варыянт зваркі з перарывістым рухам — гэта зварка з перарывістым рухам, пры якой кожны кропкавы зварны шов атрымліваецца шляхам рэгулярнага спынення электроднага кола. Адлегласць паміж зонамі зваркі вызначаецца рухам кола паміж прыпынкамі, у выніку чаго ўтвараюцца ўзоры, падобныя на тыя, што паказаны на малюнках (а) і (б) вышэй.
Хоць электродныя колы выкарыстоўваюцца замест стрыжневых электродаў, машыны для шоўнай зваркі падобныя да прэсавых кропкавых зварачных апаратаў. Падчас зваркі з выкарыстаннем электрычнага зварвання (RSEW) часта патрабуецца астуджэнне як апрацоўванай дэталі, так і электродных колаў. Для гэтага астуджэння вада звычайна накіроўваецца на верхнюю і ніжнюю паверхні апрацоўванай дэталі паблізу электродных колаў.
Рэактыўныя зваркі супрацівам (RPW)
Рэактыўныя зваркі кантактным спосабам (RPW) — гэта працэс кантактнай зваркі, пры якім зліццё адбываецца ў невялікіх, загадзя вызначаных кропках кантакту на злучаных дэталях. Гэтыя кропкі кантакту могуць быць выступамі, цісненнямі або лакалізаванымі злучэннямі, убудаванымі ў самі дэталі. Напрыклад, пры злучэнні двух кампанентаў з ліставога металу верхні кампанент можа быць выраблены з паглыбленымі краямі, якія першымі кантактуюць з ніжнім кампанентам, як паказана на малюнку ніжэй. Зніжэнне выдаткаў ад зваркі можа кампенсаваць працэдуру ціснення, нягледзячы на тое, што яна ўяўляецца павелічэннем кошту дэталі.
Рэактыўныя зваркі кантактным спосабам бываюць двух варыянтаў, якія паказаны на малюнку ніжэй. Адзін з варыянтаў дазваляе тэхналогіі RPW назаўсёды злучаць крапежныя элементы з фігурнымі або апрацаванымі выступамі з лістом або плітой, што спрашчае наступныя працэдуры зборкі. Для вырабу звараных дроцяных вырабаў, такіх як кошыкі для пакупак, грылі на плітах і дроцяныя агароджы, выкарыстоўваецца іншы варыянт, вядомы як крыжавая зварка. Паверхні круглых дротаў, якія датыкаюцца адзін з адным, выступаюць у гэтым працэсе, дапамагаючы лакалізаваць неабходнае для зваркі цяпло супраціўлення.
Іншыя аперацыі кантактнай зваркі
Акрамя асноўных метадаў кантактнай зваркі, якія былі разгледжаны раней, да гэтай катэгорыі адносяцца наступныя альтэрнатыўныя метады, якія таксама варта адзначыць: аплавленая зварка (FW), зварка з высадкай (UW), ударная зварка (PEW) і высокачашчынная кантактная зварка (HFRW).
Зварка апярэннем (FW)
Зварка апярэннем (FW) пераважна выкарыстоўваецца для стыкавых злучэнняў. Працэс прадугледжвае збліжэнне паверхняў, якія трэба зварыцца, і награванне іх да кропкі плаўлення з дапамогай электрычнага току. У залежнасці ад ступені кантакту паверхняў, гэты працэс уключае дугавое гашэнне, якое часам называюць апярэннем. Таму FW часам уключаюць у групу дугавой зваркі. Паверхні пасля награвання злучаюцца разам для стварэння зварнога шва, што часта патрабуе дадатковай апрацоўкі для забеспячэння аднолькавых памераў злучэння. FW выкарыстоўваецца ў хуткасных, эканамічных працэсах, у тым ліку для злучэння рэшт дроту пры валачэнні дроту і стыкавай зваркі сталёвых палос у пракатных станах.
Зварка з высадкай (UW)
Падобна да зваркі з высадкай, зварка з высадкай (UW) спалучае фазы награвання і прэсавання ў адзін тэхналагічны цыкл. У адрозненне ад FW, UW награвае толькі за кошт электрычнага супраціву на кантактных паверхнях — дуга не ўлічваецца. Пры дасягненні тэмпературы ніжэй за кропку плаўлення кантактныя паверхні зліваюцца пад павышаным ціскам, што прыводзіць да парушэння матэрыялаў у зоне кантакту. Хоць UW мае некалькі агульных ужыванняў з FW, такіх як злучэнне дроту, труб і трубак, яна не з'яўляецца тэхнікай зваркі плаўленнем, як некаторыя іншыя згаданыя.
Ударная зварка (PEW)
Падобна да FW, ударная зварка (PEW) выкарыстоўвае неверагодна кароткія цыклы зваркі — ад адной да дзесяці мілісекунд. Калі электрычная энергія рэзка вызваляецца паміж паверхнямі, якія трэба злучыць, адбываецца хуткі нагрэў. Затым кампаненты зварваюцца разам з дапамогай ударнай сілы. Для электронных прылад, дзе важныя кампактныя памеры і суседнія кампаненты, адчувальныя да цяпла, лакалізаваны нагрэў PEW ідэальна падыходзіць.
Высокачастотная супраціўная зварка (HFRW)
Высокачастотны пераменны ток выкарыстоўваецца ў высокачастотнай кантактнай зварцы (HFRW) для нагрэву металічных паверхняў перад тым, як прыкласці сілу абціскання для завяршэння зваркі. Гэтая тэхніка, якая працуе на частотах ад 10 да 500 кГц, гарантуе, што скін-эфект высокачастотнага току канцэнтруе цяпло ў месцы зваркі. У параўнальнай працэдуры, якая называецца высокачастотнай індукцыйнай зваркай (HFIW), для стварэння току выкарыстоўваецца індукцыйная шпулька замест прамога электрычнага кантакту. Для бесперапынных зварачных задач, такіх як злучэнне падоўжных швоў металічных труб, падыходзяць HFRW і HFIW. Гэтыя тэхналогіі карысныя для розных прамысловых працэсаў дзякуючы іх здольнасці ствараць стабільныя, высакаякасныя зварныя швы ў высакахуткасных вытворчых умовах.
Спасылкі
Грувер, М.П., 2010. Асновы сучаснай вытворчасці: матэрыялы, працэсы і сістэмы. 4-е выд. Хобокен, Нью-Джэрсі: John Wiley & Sons, Inc.
