Контактная стыковая сварка арматуры

Контактная стыковая сварка является эффективным способом соединения стержней, так как не требует для своего осуществления металла плавящихся электродов; обеспечивает высокую производительность труда, а также позволяет механизировать и автоматизировать рабочий процесс.

Недостатком контактной стыковой сварки является возможность ее использования только в стационарных условиях из-за значительной массы сварочного оборудования и большого потребления электрической энергии.

Сущность процесса контактной стыковой сварки состоит в следующем. Электрический ток подключают к свариваемым стержням и, приводя последние в соприкосновение, образуют замкнутую электрическую цепь (рис. 1).

Рисунок 1. Электрическая цепь при стыковой контактной сварке

1 — свариваемые стержни; 2 — зажимные губки; 3 — вторичный виток сварочного трансформатора; 4 — первичная обмотка сварочного трансформатора; Rм — сопротивление свариваемых стержней; Rк — контактное сопротивление

В этой цепи наибольшее сопротивление протеканию тока имеет стык стержней, следовательно, в этом месте будет наиболее интенсивно выделяться тепло, которое разогреет концы стержней до пластического, и частично до жидкостного состояния.

Различают два способа контактной сварки:

стыковая контактная сварка непрерывным оплавлением
стыковая контактная сварка прерывистым оплавлением с предварительным подогревом.

Контактную стыковую сварку стержней горячекатаной арматуры из стали классов A-2...A-4 (в любых сочетаниях) следует выполнять способом прерывистого оплавления с подогревом. Арматуру из стали класса A-1 необходимо сваривать способом непрерывного оплавления; при недостаточной мощности машины их можно сваривать также способом оплавления с подогревом.

Для образования начального электрического тока на торцах арматуры необходимо удалить с них краску или ржавчину. Если арматурные стержни были обрезаны газовым пламенем, то их торцы предварительно очищают от шлаковой корки зубилом или молотком. На качество сварных стыковых соединений оказывает влияние чистота поверхности касания стержней с зажимными губками машины.

Режим контактной стыковой сварки должен обеспечивать получение равнопрочных стержней сварных соединений при минимальном расходе электроэнергии и времени.

Основными параметрами режима сварки являются: сила тока или его плотность, длительность протекания тока, давление осадки, а также установочная длина, т. е. размеры концов стержней, выступающих из электродов.

В зависимости от плотности тока (ток на мм² поверхности) различают два режима стыковой контактной сварки:

жесткий режим, характеризующийся большой плотностью тока п течение малого промежутка времени (для стержней небольших диаметров),
мягкий режим с малой плотностью тока в течение длительного периода (для стержней больших диаметров).

Плотность тока при сварке непрерывным оплавлением —10...50 А/мм². Длительность протекания тока колеблется от 1 до 20 с в зависимости от диаметров арматурных стержней; с увеличением диаметра длительность протекания тока увеличивается.

Для качества сварного стыкового соединения имеет также значение удельное давление осадки на торец стержня (кг/мм²); выбирается оно в зависимости от класса стали. Удельное давление осадки для стали класса A-1 принимают 30...50 МПа, классов А-2 и А-3 — 60...80 МПа. Усилие сжатия арматурных стержней во время подогрева должно составлять 10... 12 % давления осадки. Продолжительность замыканий и размыканий дуги при подготовке стержня к сварке выбирают в пределах 0,3-0,8 с.

Рисунок 2. Внешний вид стыковых соединений арматуры, выполненных контактной электросваркой при правильном (а) и неправильном (б) режимах сварки

От правильности выбора режима сварки приближенно судят по внешнему виду сварных соединений (рис. 2). При правильном режиме стыковой контактной сварки концы арматурных стержней достаточно прогреваются и при взаимном сжатии приобретают форму, показанную на рисунке. Подтверждение правильности выбранного режима можно получить только после лабораторных испытаний сварных соединений на прочность.

В процессе работы сварщик должен наблюдать за состоянием контактных губок и периодически очищать их от появляющегося нагара. Необходимо иметь комплект губок различной формы и размеров во избежание возможных перерывов в работе при изменении диаметров свариваемой арматуры.

Рисунок 3. Шаблон для проверки смешения осей стержней в стыках, выполненных контактной сваркой

Сваренные стержни должны быть прямолинейными. Смещение осей стержней в стыках допускают не более 0,1 их диаметра. Длину стержня измеряют с точностью до 1 мм. Смещение а осей в месте стыка определяют специальным шаблоном (рис. 3). Помимо внешнего осмотра место соединения арматуры простукивают молотком массой 1 кг; при этом не должен возникать дребезжащий звук.

Количество выделяемой теплоты Q, Дж определяется законом Джоуля-Ленца:

Q = I²Rt

где I - сварочный ток, A;

R - сопротивление контакта, Ом;

t - время протекания тока, с.

Анализ этой формулы показывает, что эффективный нагрев места сварки может быть получен при больших значениях сварочного тока, так как оно входит в выражение во второй степени. Сварочный ток при контактной сварке может достигать тысяч и даже десятков тысяч ампер.

Нагрев металла приводит к повышению его пластичности . В результате под действием осевой силы происходит пластическая деформация. Микронеровности поверхности сминаются, пленки разрушаются, поверхностные атомы сближаются до расстояний, соизмеримых с параметром кристаллической решетки, что обеспечивает возможность образования межатомных связей.

Контактная сварка осуществляется без расплавления и с расплавлением металла. Стыковую сварку с разогревом стыка до пластического состояния называют сваркой сопротивлением, стыковую сварку с разогревом стыка до оплавления - сваркой оплавлением. Различие этих способов может быть объяснено с использованием циклограмм процессов, которые представляют собой графическое изображение изменения во времени параметров процесса сварки.

Существуют два вида стыковой контактной сварки

сварка сопротивлением;
сварка оплавлением.

При сварке сопротивлением (рисунок 4,а) заготовки сначала сжимают усилием, обеспечивающим образование физического контакта свариваемых поверхностей, а затем пропускают сварочный ток. После разогрева места сварки происходит осадка и образуется соединение в твердой фазе. Для обеспечения равномерного нагрева по всему сечению поверхности заготовок тщательно готовят. Необходимость обеспечения равномерного нагрева ограничивает возможность применения сварки сопротивлением только для деталей небольшого (площадью до 200 мм²) и простого сечения (круг, квадрат).

I - сварочный ток; Р - усилие сжатия; S - перемещение подвижной плиты; t - время сварки; а - сопротивлением; б - оплавлением;

Рисунок 4. Циклограммы контактной стыковой сварки

Сущность сварки оплавлением (рисунок 4,б) заключается в том, что свариваемые заготовки сближают при включенном сварочном трансформаторе. Касание поверхностей происходит по отдельным выступам. Ввиду того, что площадь образовавшихся контактов очень небольшая, плотность тока, протекающего через эти контакты, настолько велика, что происходит мгновенное оплавление металла с образованием жидких перемычек, которые под действием паров металла разрушаются. Часть металла в виде искр выбрасывается из стыка. Вместе с жидким металлом выбрасываются загрязнения, которые присутствуют на поверхности заготовок. Продолжающееся сближение заготовок приводит к образованию новых перемычек и их оплавлению. Непрерывное образование и разрушение контактов-перемычек между торцами приводит к образованию на торцах слоя жидкого металла. После оплавления торцов по всей поверхности осуществляют осадку. При осадке жидкий металл из стыка выдавливается наружу и, затвердевая, образует грат. Обычно грат удаляют в горячем состоянии. Сварка оплавлением может быть прерывистая и непрерывная. При прерывистом оплавлении заготовки под током приводят в соприкосновение и вновь разводят. Образующийся при разведении электрический разряд между торцами заготовок оплавляет торцы. После нескольких повторных замыканий на торцах образуется слой жидкого металла. При включении механизма осадки жидкий металл выдавливается из стыка, торцы приходят в соприкосновение и образуется сварное соединение.

Сварка оплавлением имеет преимущества перед сваркой сопротивлением: торцы заготовок перед сваркой не требуют тщательной подготовки, можно сваривать заготовки с сечением сложной формы и большой площадью, а также разнородные металлы. Стыковую сварку оплавлением применяют для соединения заготовок сечением до 100 000 мм². Типичными изделиями являются элементы трубчатых конструкций, колеса, кольца, рельсы, железобетонная арматура, листы, трубы.