Сварка аккумулированной энергией

Сварка аккумулированной энергией — технологический процесс получения неразъемного соединения за счет выделения заранее накопленной энергии.

Различают шесть следующих способов сварки аккумулированной энергией: конденсаторная, или электростатическая; электромагнитная; аккумуляторная, или электрохимическая; кинетическая, или инерционная; сочетанием воздействия электромагнитного поля и потенциальной энергии упругого элемента; энергией импульсного электрического генератора с подвижным индуктором. В промышленности наибольшее распространение получила конденсаторная сварка (КС).

При КС аккумулирующей системой является батарея конденсаторов. При нахождении переключателя Q в положении I (рис. 7.1) батарея С конденсаторов заряжается от источника постоянного тока (выпрямитель, генератор, аккумулятор). При перемещении Q в положение 2 батарея конденсаторов разряжается или непосредственно на сварочный контур (бестрансформаторная схема), или на первичную обмотку сварочного трансформатора (трансформаторная схема). В зависимости от вида сварочного контура различают стыковую КС (сопротивлением, ударная КС оплавлением, сплавлением в шарик), точечную, роликовую и дуговую.

При стыковой КС сопротивлением (рис. 7.2, а, б) заготовки закрепляются в губках стыковой машины, сближаются до соприкосновения и сжимаются. При переключении Q в положение 2 осуществляется разряд конденсаторов.

При стыковой ударной КС оплавлением (рис. 7.2, в) разряд конденсаторов происходит в момент ударного контакта заготовок. Если.

Рис. 7.1. Принципиальные схемы конденсаторной сварки: а — бестрансформаторная; б — трансформаторная; /, 2 — положения переключателя; С — батарея конденсаторов; Q — переключатель; Т — трансформатор.

Рис. 7.2. Виды конденсаторной сварки:

а, б — стыковая сопротивлением; в — стыковая ударная оплавлением; г — точечная; д — роликовая; е — дуговая оплавлением; 1,2 — положения переключателя; 3 — защелка; 4 — пружина; 5, 6 — заготовки; 7— вольфрамовый электрод; С — батарея конденсаторов; G — генератор высокой частоты; Q, Q — переключатели; Q2 — ключ; Л — сетевой трансформатор; Т, Т2 — сварочные трансформаторы; VD1, VD2 — вентили освободить защелку J, то пружина 4 переместит заготовку 5 навстречу заготовке 6. Перед соударением заготовок возникает мощный дуговой разряд за счет энергии, накопленной батареей конденсаторов. Теплота разряда расплавляет торцы заготовок.

Роликовая КС (рис. 7.2, д) основана на периодической зарядкеразрядке батареи конденсаторов. Ее зарядка до амплитудного значения напряжения вторичной цепи сетевого трансформатора Л осуществляется через вентиль VD 1. Накопленная энергия через вентиль VD2 поступает на первичную обмотку сварочного трансформатора 72. Индуцированные во вторичной обмотке 72 кратковременные импульсы тока позволяют получить сварной шов.

При дуговой КС оплавлением (рис. 7.2, ё) заряд от батареи конденсаторов подается в сварочную цепь, содержащую заготовки 5 и вольфрамовый электрод 7. Включение генератора высокой частоты обеспечивает электрический пробой воздушного промежутка между заготовками и электродом. Дуговой разряд конденсатора позволяет сварить заготовки.

Нагрев металла при КС осуществляется с высокими скоростями (до 600 000 °С/с). Чрезвычайно малая продолжительность сварки (0,1… 1 мс) предопределяет наличие незначительных потерь теплоты на нагрев околошовной зоны. Возникающее температурное поле имеет резко выраженную неоднородность, связанную с эффектом Пельтье. Его суть состоит в следующем.

В различных металлических материалах средняя энергия электронов неодинакова. При нагреве изменение этой энергии зависит от количества примесей в материале. Кроме того, у металлов энергия электронов в расплавленном и твердом состояниях различна. Если пропустить электрический ток через контакт расплавленного и твердого однородного материала или через контакт разнородных материалов, то наблюдаются следующие явления. Если направление тока соответствует перемещению электронов от металла с большей средней энергией электронов, то происходит передача избытка энергии (энергии Пельтье). При изменении направления тока (перемещение электронов в металл с большей средней энергией электронов) происходит охлаждение металла.

Неравномерность нагрева сварочной зоны (по линии раздела жидкой и твердой фаз) позволяет нагреть околошовную зону до температур, при которых металл сохраняет прочность, достаточную для сопротивления сжимающим усилиям. Кроме того, явление неравномерного нагрева обеспечивает возможность сварки разнородных металлов и оказывает благоприятное влияние на формирование структуры металла при его охлаждении.

Энергия, Дж, накопленная конденсатором при зарядке, А = = 5 ~⁷CU². Поэтому при неизменных значениях емкости конденсатора С и напряжения зарядки U в нем накапливается определенное количество энергии. Это обусловливает высокую стабильность качества сварки. Возможность точного дозирования накапливаемой энергии и ее получения в малом количестве позволяет сваривать фольговые материалы. Большая плотность тока и малая продолжительность сварки обеспечивают высокую концентрацию энергии в необходимой зоне. Это позволяет получать малую зону термического влияния и сваривать материалы с высоким коэффициентом теплопередачи. При высокой скорости нагрева можно сваривать заготовки с соотношением толщин до 1: 10 000.

Конденсаторная сварка применяется для соединения цветных и черных металлов толщиной 0,001 …3 мм, заготовок малых сечений (площадью до 30 мм²) друг с другом или с заготовками произвольного профиля, а также получения прочноплотных нахлссточных соединений или соединений с отбортовкой.

Контрольные вопросы

• 1. Как осуществляется стыковая ударная конденсаторная сварка оплавлением?
• 2. В чем суть эффекта Пельтье?
• 3. Какие способы конденсаторной сварки вы знаете?
• 4. Каковы достоинства конденсаторной сварки?
• 5. Какое устройство обеспечивает замыкание блока конденсаторов на сварочную цепь?