Разновидности и преимущества контактной рельефной сварки
В терминологии неразъемного соединения металлов рельефной сваркой называется разновидность контактного метода по ограниченным поверхностям касания. Это ограничение может иметь естественный или искусственный характер, форма свариваемых участков определяет расположение сварочных контактов. Более того, распределение токов нагрузки и тепловыделение в рабочей зоне при рельефной сварке также во многом зависят от площади контактов между деталями и самой формы этой площади.
Основными разновидностями контактной сварки «по рельефу» являются:
Обычно рельеф на металлических листах образуется методом холодной штамповки, при этом на обратной стороне листа формируется выемка от удара штампа. Соединение листов с такими «выемками» наиболее экономично и отличается технологической простотой. Для ответственных конструкций целесообразно использовать рельефные листы без лунок. Их производство возможно благодаря методам контактного нагрева или холодной высадки в металлопрокате. Жесткость безлуночных листов весьма велика, их применяют при сварочных работах по изделиям малой толщины и/или большой пластичности материала.
Высокое качество соединений получается при образовании листового рельефа непосредственно при сварке. Это достигается использованием концентраторов – промежуточных вставок необходимой формы. Концентраторы используются при сварочных работах по листам большой толщины и в других случаях, когда образование рельефности обычными методами высадки и штамповки затруднительно. Очевидным достоинством использования таких вставок является возможность локального легирования зоны термической активности. Для концентраторов существует широкая номенклатура сплавов различного состава, использующий их сварочный аппарат - доступная цена легирования сварных соединений.
Крестовая сварка проволок, стержней и труб. Рельефность сварочной поверхности в данном случае образуется естественным образом. В среде специалистов нет однозначного мнения, относится ли данный работ вид к точечной или рельефной сварке. Однако форма свариваемых поверхностей при «сварке вкрест» имеет определяющее значение на расположение и сам вид сварочных швов, что характерно именно для контактного метода. При точечном способе форму и площадь контакта лимитируют электроды, так что крестовую сварку разумнее отнести к контактно-рельефному виду.
Для рельефной сварки по самому принципу работы характерен высокий уровень пластической деформации металла в термически-активной зоне. Это благотворно сказывается на надежности и долговечности соединений. Однако ввиду геометрических особенностей свариваемых изделий не всегда удается сформировать литое ядро в ЗТВ. Поэтому следует четко различать:
- Нахлесточное соединение посредством сферических рельефов образуется при сжатии расплавляемого металла со всех сторон и наиболее надежно – формируется литая зона.
- Сварочные работы «вкрест», тавровые и нахлесточные соединения с кольцевыми и вытянутыми рельефами обычно не могут обеспечить всесторонне сжатие. Соединение получается в твердой фазе, без образования литого ядра.
Областью применения контактной рельефной сварки являются изделия из разнообразных сортов стали, с различными степенями легирования и содержания углерода. По деталям из цветных металлов метод используется гораздо реже и с большими ограничениями – жесткость рельефов алюминия, меди и т.п. имеет низкие показатели и негативно сказывается на качестве соединений.
При работе же по стальным изделиям метод рельефной контактной сварки отличается значительным преимуществами:
- Маневренность и гибкость технологического процесса. Наладка рельефных сварочных машин при изменении расположения и количества обрабатываемых точек существенно проще, если сравнивать с точечными сварочными аппаратами. Доступная цена таких соединений возможно при их массированном использовании.
- Сравнительно небольшой износ электродов. Размеры литого ядра обычно меньше, чем плоскость рабочих торцов электродов, сами торцы имеют рабочую поверхность плоского вида. Это ограничивает плотность сварочного тока – соответственно, расход электродов незначителен.
- Возможность одновременных стыков в различных местах детали. Современные машины могут варить до 20 рельефов одновременно (на тонких стальных листах). Механизация технологических цепочек упрощается, производительность работ достигает значений, сравнимых с многоэлектродным оборудованием точечной сварки.
- Геометрические преимущества – возможность плотного расположения соединений, минимальное расстояние от стыков до кромок деталей, работа по малогабаритным изделиям (в том числе с малой отбортовкой) и т.д.
- Малая зависимость качества стыков от состояния электродов – очевидное отличие метода от «чистой» точечной сварки, при которой эффективные размеры электродных торцов являются существенным параметром качества процесса.
- Высокая стабильность соединений. Процесс имеет характеристику устойчивого равновесия – даже при случайных отклонениях тока или усилия сжатия снижение прочности стыков невелико. На практике при рельефной сварке с полной потерей литой зоны значение прочности составляет 60-70 % от расчетного номинала. Это обеспечивается формированием соединений в твердой фазе за счет имеющихся жестких рельефов. Таким запасом прочности при нарушении технологии процесса обычные инверторные аппараты (сварочное оборудование brima и другие) «похвастаться», разумеется, не могут.
- Эффективная работа без предварительной подготовки по горячекатаной стали и стальным поверхностям, покрытым ржавчиной.
- Эстетические достоинства – отсутствие вмятин на поверхности, т.к. расположение сварных точек заранее определяется штамповкой рельефов
Рельефный контактный метод может с успехом заменить клепку, пайку, а в ряде случаев – и дуговую сварку, особенно при Т-образных стыках. Его использование ограничивается дополнительными расходами на формирование рельефной поверхности и сравнительно высокой стоимостью оборудования, электродов, приспособлений и оснастки. В первую очередь использование рельефной сварки рационально при выпуске однотипных деталей в условиях крупного производства.
