Widerstandsschweißmaschinen und -geräte
Druckschweißen
Das Druckschweißen umfasst verschiedene Schweißverfahren, bei denen die zu verbindenden Teile durch mechanische Kraft zusammengedrückt werden, wodurch die Kontinuität und Festigkeit der Verbindung erreicht wird.
In den meisten Fällen erfolgt das Pressschweißen durch Erhitzen der zu verschweißenden Teile auf die eine oder andere Weise, nur in einigen Sonderfällen erfolgt das Schweißen ohne Erhitzen (z. B. Kaltschweißen, Explosionsschweißen). Von allen Druckschweißverfahren ist das elektrische Widerstandsschweißen das gebräuchlichste.
Als Kontakt- oder Widerstandsschweißen bezeichnet man das Verfahren des Elektroschweißens, bei dem die Erwärmung durch die überwiegende Wärmefreisetzung an den Kontaktstellen der zu verschweißenden Teile beim Durchfließen von elektrischem Strom erfolgt (Abb. 1).
Reis. 1. Die wichtigsten Arten des Widerstandsschweißens: a – frontal, 6 – Punktschweißen, b – Rollenschweißen, I – Richtung des Schweißstroms.
Der Schweißwiderstand ist durch eine lokale Konzentration der Wärmeleistung und damit eine hohe Temperatur im Bereich der Verbindungsstelle der zu schweißenden Teile gekennzeichnet, was auf den im Vergleich zum Widerstand der Teile selbst erheblichen Kontaktwiderstand der Verbindungsstelle zurückzuführen ist . Dabei handelt es sich beim Widerstandsschweißen um eine sehr wirtschaftliche und sinnvolle Schweißart.
Das Widerstandsschweißen kann sowohl mit Gleich- als auch mit Wechselstrom durchgeführt werden, in der Praxis wird jedoch fast ausschließlich Wechselstrom verwendet, da die zum Schweißen erforderlichen Ströme in der Größenordnung von Tausenden und sogar Zehntausenden Ampere bei Spannungen von einigen Volt liegen können leicht mit Hilfe von Transformatoren zu erhalten. Spezielle Gleichstromquellen für diesen Zweck wären zu teuer, schwierig herzustellen und weniger zuverlässig im Betrieb.
Stumpfschweißen
Beim Stumpfschweißen berühren sich die Enden der zu verbindenden Teile, woraufhin ein erheblicher Strom durch die Teile fließt und die Verbindung auf die zum Schweißen erforderliche Temperatur erhitzt. Durch die Längsdruckkraft wird dann eine direkte Verbindungskontinuität erreicht.
Es gibt zwei Arten des Stumpfschweißens: das reflexfreie Schweißen (Widerstandsschweißen) und das Nachschweißen.
Beim Widerstandsschweißen werden Teile mit bearbeiteten Enden mit erheblicher Kraft in Kontakt gebracht und zusammengedrückt, dann fließt ein Strom durch die Teile und aufgrund des Kontaktwiderstands der Verbindungsstelle kommt es zu einer konzentrierten Wärmeabgabe.
Nach Erreichen der zum Schweißen erforderlichen Temperatur im Stirnbereich erfolgt unter Einfluss der Presskraft das plastische Verschweißen der Fügeteile.Am Ende des Schweißzyklus wird der Strom abgeschaltet und anschließend die Druckkraft nachgelassen.
Widerstandsschweißen wird üblicherweise bei einer Stromdichte von 5-10 kA und einer spezifischen Leistung von 10-15 kVA pro 1 cm2 Querschnitt der geschweißten Teile durchgeführt. Diese Art des Schweißens wird üblicherweise zum Verbinden von Teilen mit kleinen Querschnitten (bis etwa 300 mm2) verwendet.
Beim Stumpfschweißen mit Nacherwärmung erfolgt die Erwärmung der Teile in drei oder zwei aufeinanderfolgenden Stufen – Vorwärmen, Abkanten und Endstauchen – oder nur in den letzten beiden Stufen.
Im ersten Moment des Schweißens stehen die zu schweißenden Teile mit einer Druckkraft von 5 bis 20 MPa in Kontakt. Anschließend wird der Strom eingeschaltet, der die Verbindungen wie in auf 600 bis 800 ° C (für Stahl) erhitzt Stumpfschweißen ohne zu schmelzen. Danach wird die Druckkraft auf 2 - 5 MPa reduziert, wodurch der Kontaktwiderstand zunimmt und dementsprechend der Schweißstrom abnimmt.
Mit dem Nachlassen der Kompression nimmt die tatsächliche Kontaktfläche der Enden der Teile ab, der Strom strömt zu einer begrenzten Anzahl von Kontaktpunkten und erhitzt diese auf die Schmelztemperatur, und bei weiterer Erwärmung unter diesen Bedingungen kommt es zu einer Überhitzung des Metalls die Verdampfungstemperatur an einzelnen Punkten.
Unter dem Einfluss von Überdruck wird Metalldampf aus der Schweißkontaktzone abgezogen und verdrängt flüssige Metallpartikel in Form eines Funkenfächers in die Luft, wobei ein Teil der Metallschmelze in Tropfen abfließt. Hinter den zerstörten Vorsprüngen stoßen aufeinanderfolgende Kontaktvorsprünge aneinander und schaffen neue Wege für den Schweißstrom, um den eingestellten Effekt zu wiederholen.
Dieser Prozess des sequenziellen Verschmelzens der Enden der Teile entlang der Elementarrippen wird fortgesetzt, bis die Enden der geschweißten Teile mit einem kontinuierlichen Film aus halbflüssigem Metall bedeckt sind. Anschließend wird mit relativ geringer Bruchkraft eine metallische Kontinuität der Schweißverbindung erzeugt . In diesem Fall wird die überschüssige Menge an geschmolzenem Metall in Form eines Lochs (Randes) aus dem Kontakt herausgedrückt.
Die Erwärmung der überstehenden Enden der Schweißteile erfolgt hauptsächlich durch Wärmeleitung vom Schweißkontakt, wo die Temperatur von größter Bedeutung ist. Die Erwärmung der Teile zwischen Anschluss- und Versorgungselektrode durch den beim Umschmelzvorgang fließenden Strom ist sehr gering.
Die Anpassung der bei einem bestimmten Kontaktwiderstand abgegebenen Energiemenge, die durch die Bedingungen des Schweißprozesses bestimmt wird, kann entweder durch Änderung des Schweißstroms oder durch Änderung der Dauer des Stromflusses erfolgen.
Die Funktionsweise der Stumpfschweißmaschine ist in Abb. dargestellt. 2.
Reis. 2. Schema einer Stumpfschweißmaschine: 1 – Bett, 2 – Führungen, 3 – feste Platte, 4 – bewegliche Platte, 5 – Vorschubvorrichtung, 6 – Spannvorrichtung, 7 – Begrenzer, 8 – Transformator, 9 – flexibler Stromleiter , Pzazh – Anzugskraft der Produkte, Ros – Störkraft der Produkte.
Stumpfschweißmaschinen werden wie folgt klassifiziert.
1. Nach der Schweißmethode – zum Widerstandsschweißen und Abkanten (kontinuierliches Abkanten oder Heißabkanten).
2. Mit Voranmeldung – universell und spezialisiert.
3. Je nach Ausführung des Antriebsmechanismus – mit Feder, Hebel, Schraube (vom Lenkrad), pneumatischem, hydraulischem oder elektromechanischem Antrieb.
4.Die Anordnung der Klemmungen – mit Exzenter, Hebel- und Schraubzwingen sowie Hebel- und Schraubzwingen – kann manuell oder mechanisiert mit pneumatischem, hydraulischem oder elektromechanischem Antrieb erfolgen.
5. Je nach Montage- und Installationsmethode – stationär und tragbar.
Punktschweißen
Beim Punktschweißen liegen die zu verbindenden Teile üblicherweise zwischen zwei Elektroden, die in speziellen Elektrodenhaltern befestigt sind. Unter der Wirkung des Druckmechanismus drücken die Elektroden fest auf die zu schweißenden Teile, woraufhin der Strom eingeschaltet wird.
Durch den Stromdurchgang werden die zu verschweißenden Teile schnell auf die Schweißtemperatur erhitzt und die größte Wärmefreisetzung findet an den zu verbindenden Flächen statt, wo die Temperatur die Schmelztemperatur der zu verschweißenden Teile überschreiten kann.
In Abb. In Abb. 3 zeigt die Temperaturverteilung entlang des Querschnitts der geschweißten Teile, charakteristisch für die Endphase des Stahlschweißens.
Reis. 3. Temperaturfeld in der letzten Stufe des Punktschweißens
Die höchste Temperatur wird im zentralen schattierten Teil der Schweißstelle beobachtet – dem Kern. Die Kontaktfläche des Teils, das mit einer Elektrode (normalerweise mit Wasserkühlung) geschweißt wird, wird auf eine relativ niedrige Temperatur erhitzt, jedoch in Gegenwart von B. einem flüssigen oder halbflüssigen Kern und einem angrenzenden Kunststoff-Metallkern, führt die Druckkraft der Elektroden zu Vertiefungen auf der Oberfläche der Schweißwerkstücke.
Die Kerntemperatur an der Schweißstelle liegt in der Regel etwas höher als der Schmelzpunkt des Metalls.Der Durchmesser des geschmolzenen Kerns bestimmt den Durchmesser des Schweißpunkts, der normalerweise dem Durchmesser der Kontaktfläche der Elektrode entspricht.
Die Zeit zum Schweißen an einer Stelle hängt von der Dicke und den physikalischen Eigenschaften des Materials der geschweißten Teile, der Leistung des Schweißgeräts und der Druckkraft ab. Diese Zeit variiert von Tausendstelsekunden (für sehr dünne Farbbleche) bis zu mehreren Sekunden (für dicke Stahlteile). Als grobe Schätzung kann die Zeit zum Schweißen einer Stelle Weichstahl mit 1 s pro 1 mm Dicke des geschweißten Blechs angenommen werden. Die Aufheizgeschwindigkeit des Metalls auf die Schweißtemperatur hängt maßgeblich von der Intensität der Wärmeabgabe ab.
Punktschweißmaschine
Rollenschweißen
Bei dieser Art des Schweißens erfolgt die Verbindung von Teilen mit einer durchgehenden oder unterbrochenen Naht, indem die zu verschweißenden Teile durch rotierende Rollen geführt werden (Abb. 4).
Reis. 4. Das Prinzip des Rollenschweißens: 1 – Schweißtransformator, 2 – Rollenelektroden, 3 – Rollenantrieb, 4 – geschweißte Teile
Das Rollenschweißen ähnelt in seiner Verfahrensbeschaffenheit dem Punktschweißen. Beim Rollenschweißen wird oft von Nahtschweißen gesprochen, was streng genommen falsch ist, da sich das Konzept des Nahtschweißens auf nahezu alle Schweißarten übertragen lässt.
Rollenschweißmaschinen sind in der Regel mit zwei Stromzuführungen ausgestattet, von denen einer angetrieben wird und der andere durch Reibung beim Bewegen der zu verschweißenden Teile rotiert.
Das Rollenschweißen wird am häufigsten zum Verbinden dünnwandiger Teile verwendet, beispielsweise bei der Herstellung von Kraftstofftanks und Fässern für den Transport verschiedener Materialien.
Es gibt drei Arten des Rollenschweißens.
1. Kontinuierliche Bewegung der geschweißten Teile relativ zu den Rollen bei kontinuierlicher Stromzufuhr. Diese Methode wird beim Schweißen von Teilen mit einer Gesamtdicke von nicht mehr als 1,5 mm angewendet, da bei großen Dicken die unter den Rollen hervortretende Verbindung im plastischen Zustand durch Delamination brechen kann. Darüber hinaus kommt es bei kontinuierlicher Stromzufuhr zu einem erheblichen Verzug der geschweißten Teile.
2. Kontinuierliche Bewegung der geschweißten Teile relativ zu den Rollen bei intermittierender Stromzufuhr. Dieses gängigste Verfahren erzeugt Nähte mit geringem Verzug bei Produkten mit geringerem Energieverbrauch.
3. Intermittierende Bewegung der geschweißten Teile relativ zu den Rollen bei unterbrochener Stromzufuhr (Stufenschweißen).
Das Rollenschweißen ist bei der Herstellung von dünnwandigen Behältern, bei der Herstellung von geschweißten Metallrohren und einer Reihe anderer Produkte sehr effektiv.
Die Hauptelemente von Rollenmaschinen sind das Bett, die Ober- und Unterarme mit Rollenelektroden, ein Kompressionsmechanismus, ein Rollenantrieb und ein Schweißtransformator mit flexiblem Stromdraht.
Transformatoren von Walzenmaschinen arbeiten im Intensivmodus mit PR = 50 – 60 %, was eine verbesserte Kühlung ihrer Wicklungen erfordert.
Rollenschweißmaschinen werden unterteilt: je nach Art der Installation – in stationäre und mobile, je nach Verwendungszweck – in universelle und spezialisierte, je nach Lage der Rollen relativ zur Vorderseite der Maschine – zum Querschweißen, zum Längsschweißen und universell mit der Möglichkeit, die Rollen zu bewegen. Für die Position der Rollen relativ zum Produkt – mit zweiseitiger und einseitiger Anordnung, je nach Rotationsart der Rollen – mit einem Antrieb für eine Rolle, mit einem Antrieb für beide Walzen, mit einer oberen Walze, die sich entlang einer festen Halterung bewegt, und mit einer Walze und einem beweglichen unteren Dorn, entsprechend der Vorrichtung des Kompressionsmechanismus – Hebelfeder, angetrieben durch einen Elektromotor, pneumatisch und hydraulisch, entsprechend die Anzahl der Rollen – in Einzelrolle, Doppelrolle und Mehrrolle.
Die Leistung der gängigsten Walzenmaschinen beträgt in der Regel 100–200 kVA. Ähnlich wie beim Punktschweißen dünner Teile kann es durch Impulse des Entladestroms des Kondensators erfolgen, wofür verschiedene Arten von Walzenmaschinen hergestellt werden.
Reis. 5. Widerstandsschweißmaschine