Технология точечной контактной сварки и изучение конструкции

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
"ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
ЮРГИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
___________________________________________________
Утверждаю
Зам. директора по УР
___________ А.Б.Ефременков
“_____”____________ 2007 г.
ТЕХНОЛОГИЯ ТОЧЕЧНОЙ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ И
ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ТОЧЕЧНОЙ МАШИНЫ МТР-1701
Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу
«Технология сварочного производства» для студентов экономических специальностей ФЭиМ и ВЗФ и студентов специальности 150202 - «Оборудование и технология сварочного производства»
Издательство
Юргинского технологического института (филиала)
Томского политехнического университета
Юрга 2007
1
УДК 621.791.76
Технология точечной контактной сварки и изучение конструкции точечной машины МТР-1701: методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Технология сварочного производства» для студентов
экономических специальностей ФЭиМ и ВЗФ и студентов специальности
150202 - «Оборудование и технология сварочного производства» / Сост.
К.И. Томас. – Юрга: Изд-во Юргинского технологического института
(филиала) Томского политехнического университета, 2007. – 12 с.
Рецензент
к.т.н., доцент
О.Г. Брунов
Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию
методическим семинаром кафедры СП 13 сентября 2007 г.
Зав. кафедрой
доц., канд. техн. наук
Е.А. Зернин
2
Лабораторная работа
Технология точечной контактной сварки и изучение
конструкции точечной машины МТР-1701
Цель работы: ознакомиться с сущностью процесса точечной контактной сварки, изучить конструкцию точечной контактной машины
МТР-1701 и научиться настраивать ее на заданный режим работы, освоить технологию точечной контактной сварки.
1. Теоретическая часть
1.1.
Сущность процесса
Контактная сварка — сварка с применением давления, при которой нагрев производится теплотой, выделяемой при прохождении электрического тока через находящиеся в контакте соединяемые части. Контактная сварка — основной вид сварки давлением термомеханического
класса.
Место соединения при контактной сварке разогревается проходящим по металлу электрическим током. Количество выделяемой теплоты
Q (Дж) определяется законом Джоуля — Ленца:
Q = I2Rt,
где I — сварочный ток, А; R — полное сопротивление между электродами сварочной машины, Ом; t — время протекания тока, с.
Контактная сварка осуществляется без расплавления и с расплавлением металла. В первом случае соединение происходит при деформации металла
с созданием физического контакта между частицами соединяемых поверхностей и последующим образованием общей структуры за счет термопластической деформации, во втором случае возможно перемешивание расплава в замкнутом объеме (точечная сварка) и частичное его вытеснение (стыковая
сварка оплавлением) с последующей кристаллизацией расплава и пластической деформацией закристаллизовавшегося металла.
Большие скорости нагрева, пластической деформации и охлаждения
существенно влияют на структуру металла и свойства сварного соединения:
повышается твердость и прочность. Соединения с высокой твердостью и неблагоприятной структурой, не удовлетворяющие после сварки эксплуатационным
требованиям, подвергаются термообработке. Местная термообработка участка
сварки может осуществляться непосредственно в сварочной машине.
Благодаря высокой производительности, надежности соединений, высокому уровню механизации и автоматизации контактная сварка находит широкое применение в промышленности.
3
В зависимости от профиля свариваемых материалов (лист, профильный
прокат, труба), типа сварного соединения, толщины и марки металла применяют различные виды контактной сварки.
Основными видами контактной сварки являются стыковая, точечная и
шовная.
Рис. 1.1. Схема точечной контактной сварки
Точечная контактная сварка — контактная сварка, при которой соединение элементов происходит на участках, ограниченных площадью нагрева электродов, проводящих ток и передающих усилие сжатия (рис. 1.1).
Точечной контактной сваркой обычно соединяют листовые конструкции из однородных и разнородных черных и цветных металлов одинаковой и
разной толщины или листы с катаными, прессованными, коваными и обработанными резанием деталями. Точечную сварку используют при изготовлении деталей автомобилей и тракторов, узлов сельскохозяйственных машин,
холодильников, железнодорожных вагонов, деталей микроэлектроники,
предметов домашнего обихода и др.
По количеству одновременно свариваемых точек точечная сварка может быть одно-, двух- и многоточечной. При точечной сварке детали собирают внахлестку, зажимают между электродами, связанными со сварочным
трансформатором, при включении которого детали нагреваются кратковременным (0,01—0,5 с) импульсом тока до появления расплавленной зоны в месте
контакта деталей или ядра точки. Усилие после выключения тока сохраняется
некоторое время для того, чтобы кристаллизация расплавленного металла
точки проходила под давлением, что предотвращает усадочные дефекты —
трещины и рыхлоты. Точечная сварка в зависимости от расположения электродов по отношению к свариваемым деталям может быть двусторонней и односторонней. При двусторонней сварке (рис. 4.3, а) две или большее число
заготовок 1 и 2 сжимают между электродами точечной машины. При односторонней сварке (рис. 4.3, б) ток распределяется между верхним и нижним
листами 3 и 4, причем нагрев осуществляется током, протекающим через нижний лист. Для увеличения этого тока предусматривается токопроводящая
медная подкладка 5. Односторонней сваркой можно соединять детали одно4
временно двумя точками.
Подготовка деталей к сварке имеет большое значение для обеспечения стабильности процесса сварки и получения качественных соединений. Детали перед сваркой зачищают, правят, подгоняют и собирают
в приспособлении или прихватывают.
Рис. 1.2. Циклограмма точечной сварки:
I – сварочный ток, Р – усилие сжатия, t – время.
Параметрами режима точечной сварки являются: усилие сжатия,
плотность тока и время протекания тока. Одна из циклограмм точечной
сварки показана на рис. 1.2.
Весь цикл сварки состоит из следующих стадий:
- сжатия свариваемых деталей между электродами;
- включения тока и разогрева места контакта до температуры плавления с образованием литого ядра точки;
- включения тока и увеличения усилия сжатия для улучшения структуры сварной точки;
- снятия усилия с электродов.
Параметры режима выбирают с учетом имеющегося оборудования по
технологической карте, таблицам ориентировочных режимов, номограммам
или выполняют опытные работы.
Точечную сварку проводят на мягких и жестких режимах. Мягкий режим характеризуется относительно малой плотностью тока (70—160 А/мм2),
большой длительностью цикла (0,5—3 с) при сравнительно малом давлении
(15—40 МПа). Жесткий режим характеризуется большими плотностями тока
(160—400 А/мм2), большими давлениями (до 150 МПа) и малой длительностью цикла сварки (0,1—1,5 с). Мягкие режимы применяют преимущественно при сварке углеродистых и низколегированных сталей, жесткие — коррозионностойких сталей, алюминиевых и медных сплавов.
Ориентировочные значения мягких и жестких режимов сварки низкоуглеродистой стали составляют: плотность тока j=80160 и 200—400 А/мм2,
усилие сжатия Рс= ==(100200), где  — толщина свариваемых листов, диаметр электрода dэ=2+2,5 мм.
При точечной сварке деталей разной толщины образующееся несим5
метричное ядро смещается в сторону более толстой детали и при большом
различии в толщине не захватывает тонкой детали. Смещение усиливается
на мягких режимах, а на жестких усиливается опасность внутренних и наружных выплесков. Поэтому применяют различные технологические приемы, обеспечивающие смещение ядра к стыкуемым поверхностям, усиливают нагрев
тонкого листа за счет накладок, создают рельеф на тонком листе, применяют
более массивные электроды со стороны толстой детали и др.
Разноименные материалы сваривают на мягких режимах, что облегчает получение качественного соединения за счет регулирования параметров
режима. Для более симметричного расположения ядра усиливают нагрев и
уменьшают теплоотвод в теплопроводный материал за счет уменьшения диаметра и теплопроводности электродов.
Рис. 1.3. Схема рельефной сварки
Разновидностью точечной сварки является рельефная сварка (рис.
1.3), когда первоначальный контакт деталей происходит по заранее подготовленным выступам (рельефам). При рельефной сварке заготовки 2 и
4 зажимают между плоскими электродами 5 и 1. В начальный период
сварки наличие рельефа 3 дает возможность обеспечить концентрированный нагрев в месте контакта при больших плотностях тока. В дальнейшем рельефы постепенно деформируются, и на определенной стадии происходят плавление и образование ядра точки.
1.2. Точечная контактная машина МТР-1701
Машина контактной сварки МТР-1701 УХЛ4 предназначена для
электрической контактной точечной сварки деталей из листовой низкоуглеродистой стали при повторно-кратковременном режиме.
Основные технические характеристики
Толщина свариваемых деталей, мм
жесткий режим ..………………………………..……. (0,5+0,5)… (2,0+2,0)
мягкий режим ..………………………………………. (0,5+0,5)… (5,0+5,0)
Номинальная толщина свариваемых деталей, мм ………………..….. 2,0
6
Номинальное напряжение однофазной питающей сети, В …………. 380
Частота питающей сети, Гц ……………………………………………. 50
Наибольший вторичный ток короткого замыкания
на последней ступени, А …………………………………………… 17000
Номинальная ступень …………………………………………………….4
Номинальный длительный вторичный ток, А …………………….. 3200
Усилие сжатия электродов, Н
наименьшее …………………………………………………… < 1000
номинальное …………………………………………………….. 5000
наибольшее …………………………………………………….> 8000
Вылет электродов, мм
наименьший …………………………………………………… < 180
номинальный ………………………………………………….. > 400
наибольший (со сменными хоботами) ………………………. > 900
Раствор электродов, мм
наименьший …………………………………………………… < 150
номинальный ………………………………………………….. > 150
наибольший …………………………………………………… > 325
Номинальная потребляемая мощность, кВА ………………………… 75
Габаритные размеры, мм:
длина ……………………………………………………………. 1210
ширина ………………………………………………………….. 450
высота …………………………………………………………… 1255
Масса, кг ……………………………………………………………….. 325
Значения коэффициента трансформации в зависимости от ступени
регулирования и значения вторичных напряжений на каждой ступени
приведены в табл. 1.1.
Таблица 1.1
Значения коэффициента трансформации и вторичных напряжений
Номер Положение переключателя Коэффициент
ступени
трансформации
№1
№2
1
2
2
186
2
1
2
156
3
2
1
123
4
1
1
93
Вторичное
напряжение, В
1,96
2,34
2,97
3,92
Устройство машины
Корпус машины состоит из стойки 2 (рис. 1.4.) и съемного кожуха
12. Стойка – силовая часть корпуса. Для увеличения жесткости верти7
кальная часть соединяется с горизонтальными уголками двумя планками. Сварочный трансформатор 3 устанавливается на двух горизонтальных уголках. На этих же уголках крепится пневматический цилиндр 10
с осью, пневматическое устройство 9, секция 8 распределителей и монтажная плита 13.
Рис. 1.4. Внешний вид машины
К стойке крепятся кронштейн 4 с нижней электродной частью.
элементы системы охлаждения и электрического устройства, кожух.
Вал верхнего рычага устанавливается на шарикоподшипниках. На
кожух навешиваются двери. Левая дверь 11 снабжена замком, а правая
14 крепится двумя винтами. К левой двери крепится на скобы регулятор
7 контактной сварки. Автоматический выключатель крепится к монтажной плите. К кожуху крепится жгут монтажных проводов. Сжатие
деталей при сварке осуществляется верхним электродом, соединенным
посредством рычага 5 со штоком пневматического цилиндра 10.
Пневматический цилиндр нижней крышкой крепится на ось, которая изолирована от стойки. Шток верхнего поршня пневматического
цилиндра посредством резьбы соединен с втулкой 6, что дает возможность регулировать ход поршня. Втулка 6 посредством отверстия насаживается на изолированную от стойки ось, которая устанавливается на
рычаг. Крышки цилиндра уплотняются резиновыми кольцами.
Верхняя медная консоль (хобот) с электрододержателем крепится
к рычагу вместе с токоподводом двумя зажимами.
Гибкая медная шина соединяет токоподвод с вторичным витком
сварочного трансформатора. Износ электрода компенсируется перемещением электрододержателя.
Нижняя контактная часть состоит из тех же частей, что верхняя.
Кронштейн 4 крепится к передней стенке стойки прижимом и четырьмя
болтами.
8
Такое крепление обеспечивает возможность установки наиболее
целесообразного расстояния между хоботами машины.
Регулятор контактной сварки РКС-502
Регулятор контактной сварки предназначен для управления последовательностью действий однофазных сварочных машин для точечной контактной сварки с cos от 0,2 до 0,7, имеющих тиристорный контактор и клапан постоянного тока, регулирования времени позиций сварочного цикла и величины сварочного тока. Регуляторы снабжены системой автоматической настройки на коэффициент мощности цепи
нагрузки.
Управление регуляторами проводится путем замыкания и размыкания контактов педали сварочной машины, параметры сварочного
цикла задают с помощью расположенных на передней панели регулятора программных переключателей и тумблеров.
Регулятор обеспечивает цифровой отсчет длительности позиций
сварочного цикла. Длительность позиций сварочного цикла при таком
способе отсчета измеряется в периодах частоты питающей сети.
Рис. 1.5. Внешний вид передней панели регулятора РКС-502
Регулятор контактной сварки предназначен для управления последовательностью действий однофазных сварочных машин для точечной контактной сварки с cos от 0,2 до 0,7, имеющих тиристорный контактор и клапан постоянного тока, регулирования времени позиций сварочного цикла и величины сварочного тока. Регуляторы снабжены системой автоматической настройки на коэффициент мощности цепи
нагрузки.
Управление регуляторами проводится путем замыкания и размыкания контактов педали сварочной машины, параметры сварочного
9
цикла задают с помощью расположенных на передней панели регулятора программных переключателей и тумблеров.
Регулятор обеспечивает цифровой отсчет длительности позиций
сварочного цикла. Длительность позиций сварочного цикла при таком
способе отсчета измеряется в периодах частоты питающей сети.
Внешний вид передней панели регулятора показан на рис. 1.5.
Условное обозначение символов панели приведено в табл. 1.2
Таблица 1.2
Условное обозначение символов панели регулятора РКС-502
Значение символа
Сеть
Выключено
Предварительное
сжатие
Сжатие
Сварка
Проковка
Одиночная сварка
Символ
Значение символа
Серия сварок
Ток включен
Система компенсации
включена
Пауза
Символ
Аварийно стоп
Нагрев (фазовое регулирование)
Клапан
2. Оборудование и материалы
1)
2)
3)
4)
5)
Машина точечной контактной сварки МТР-1701.
Компрессор для подачи сжатого воздуха.
Линейка, штангенциркуль.
Набор слесарного инструмента.
Образцы из низкоуглеродистой стали толщиной 1…2 мм.
3. Порядок выполнения работы
1) Ознакомиться с сущностью процесса точечной контактной
сварки.
2) Изучить конструкцию, назначение и размещение основных узлов и элементов управления машины МТР-1701
3) Исследовать взаимодействие основных узлов и элементов машины на холостом ходу и в рабочем режиме.
4) Освоить технику выполнения точечной сварки и исследовать
влияние параметров режима на качество сварного соединения:
а) подготовить образцы под сварку;
б) подготовить машину к сварке;
10
в) настроить машину на ориентировочный режим в зависимости
от толщины свариваемых деталей;
г) произвести сварку на настроенном режиме;
д) откорректировать режим посредством сварки образцов и их испытания;
е) установить влияние давления на качество сварного соединения;
ж) исследовать влияние продолжительности включения тока на
качество сварного соединения;
з) установить влияние мощности (тока, напряжения) на качество
сварного соединения.
4. Порядок оформления отчета
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
1) формулировку цели работы;
2) описание сущности, оборудования, материалов и режимов точечной контактной сварки;
3) схемы и рисунки;
4) выводы.
5. Контрольные вопросы
1) Дайте определение контактной сварки. Перечислите основные
виды контактной сварки.
2) Опишите сущность точечной контактной сварки.
3) Параметры режима точечной контактной сварки.
4) Перечислите основные узлы и системы точечной машины
МТР-1701.
5) Объясните порядок настройки машины к работе.
6) Как осуществляется регулирование сварочного тока в точечных машинах?
7) Как влияют величина сварочного тока, длительность его протекания и усилие сжатия на качество сварного соединения?
6. Литература
1. Геворкян В.Г., Основы сварочного дела. – М.: Высш. шк., 1991.
– 240 с.
2. Китаев А.М., Китаев Я.А., Справочная книга сварщика. – М.:
Машиностроение, 1985. – 256 с.
3.Лабораторные работы по сварке, под редакцией Г.А. Николаева,
«Высшая школа», 1972. – 276 с.
11
4.Сварка в машиностроении – Справочник. В 4-х т. – М.: Машиностроение. 1978. т. 1. – 501 с., т. 4. – 504 с.
5. Гельман А.С. Технология и оборудование контактной сварки.
М., 1960. – 348 с.
5. Технология и оборудование контактной сварки / Под ред. Б.Д.
Орлова. М., 1975. – 459 с.
ТЕХНОЛОГИЯ ТОЧЕЧНОЙ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ И
ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ТОЧЕЧНОЙ МАШИНЫ МТР-1701
Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Технология сварочного производства» для студентов экономических специальностей
ФЭиМ и ВЗФ и студентов специальности 150202 - «Оборудование и технология сварочного производства»
Составитель Томас Константин Иосипович
Подписано к печати 19.09.2007
Формат 60х84/16. Бумага офсетная.
Плоская печать. Усл. печ. л. 0,7. Уч. – изд. л. 0,63.
Тираж 50 экз. Заказ 756. Цена свободная.
ИПЛ ЮТИ ТПУ Ризограф ЮТИ ТПУ.
652000, Юрга, ул. Московская, 17.
12