Назад: 4.4.3. Схема
расчленения технологического процесса
4.5. Применение сварки давлением
Опыт применения контактной сварки токами высокой частоты,
накопленный в трубной промышленности нашей страны и за рубежом, свидетельствует
о возможности повышения производительности изготовления сварных балок как
минимум на порядок. Схема сварки двутавровых балок с использованием нагрева
участков сварки токами высокой частоты показана на рис.4.14.
Рис.4.14.
Схема сварки балки с нагревом токами высокой частоты: 1 – стенка балки; 2 –
полка; 3 – скользящий токоподвод; 4 – зона нагрева; 5 – ролики; 6 – грат
К стенке 1 и полкам 2 подводят высокочастотный ток с
помощью скользящих токоподвода 3. Так как с увеличением частоты переменного
тока глубина его проникновения в металл резко уменьшается, нагрев
концентрируется в поверхностных зонах 4 вблизи контакта. В результате действия
давления, прикладываемого к балке роликами 5, осуществляется сварка в твердой
фазе нагретого до пластического состояния металла. Выдавленный из зоны сварки
металл образует грат 6.
Естественным требованием к высокоскоростным станам
является комплексная автоматизация всего цикла изготовления балок. В качестве
примера реализации такой технологии рассмотрим работу сварочного стана
конструкции американской фирмы Thermatool Corp.
Стан (рис.4.15) рассчитан на производство двутавровых
профилей высотой 150…400 мм со стенкой толщиной 1,6…6,5 мм и полками шириной
50…150 мм, толщиной 3,2…9,6 мм. Проектная скорость сварки в зависимости от
толщины стенки изменяется в пределах от 9 до 46 м/мин.
Рис.4.15. Агрегат для изготовления двутавровых профилей сваркой ТВЧ: 1 – разматыватели рулонных заготовок; 2 – питатель для подачи жестких заготовок; 3 – машина для осадки кромок; 4 – гибочное устройство (4…7о); 5 – сварочная установка; 6 – огневая зачистка; 7 – зона охлаждения; 8 – правка; 9 – зона дефектоскопии; 10 – зона разрезания балки
Высокая скорость сварки предопределила
целесообразность применения полосовой стали рулонной поставки. Вместе с тем в
сварочном стане предусмотрен питатель 2, позволяющий осуществлять поштучную
выдачу полок из обычного листового проката. При использовании стали в рулонах заготовки
стенок и полок с трех разматывателей 1 проходят через правильные вальцы и по
системе направляющих роликов попадают в сварочный агрегат. При высокочастотной
сварке в тавр, оптимальный угол сближения стенки и полки составляет 4…7°. Для поддержания угла в заданных пределах, стан
снабжен механизмом подгиба полок 4.
Контактная сварка в тавр не гарантирует провар более
80 % от толщины стенки, причем в зоне сварки наблюдаются «выплески», снижающие
качество сварного соединения. Чтобы увеличить ширину шва и создать плавный
переход от стенки к полке, в технологическом процессе предусмотрены следующие
операции.
Перед сваркой роликовая высадочная машина 3 производит
утолщение кромок заготовки стенки на 30 %, путем пластического деформирования в
холодную. После сварки (сварочная клеть 5) станок 6 для огневой строжки удаляет
утолщение в районе шва и образует галтели в местах сварки. В сварочном стане
имеются: роликовая правильная машина 8 для устранения грибовидности полок, дефектоскопическая
установка 9. Резка непрерывного профиля на балки требуемой длины,
осуществляется при помощи летучей пилы 10, перемещающейся во время резки со
скоростью выхода балки из стана.
Испытания сварных двутавров, полученных по способу
фирмы Thermatool Corp. показали,
что они не уступают горячекатаным профилям по прочности при статическом изгибе,
но имеют меньшую долговечность при переменных нагрузках, причем в последнем
случае источником разрушения, как правило, являлись сварные швы, поскольку их
грубая форма (рис.4.16) способствует концентрации напряжений.
Рис.4.16. Внешний вид сварной (ТВЧ) балки
Институт электросварки им. Е.О. Патона совместно с
ВНИИМЕТМАШ разработали технологию изготовления сварных широкополочных
двутавров, принципиально отличающуюся от технологии фирмы Thermatool Corp. По
предложенной ими технологии двутавровый профиль получают путем сварки
полосы-стенки из полосового металла и двух горячекатаных, низко-тавровых
профилей, используемых в качестве полок (рис.4.17).
Рис.4.17.
Линия изготовления двутавровых балок ВНИИМЕТМАШ и ИЭС им. Е. О. Патона: А, В –
низко-тавровый профиль; Б – вертикальная стенка; 1 – рулонированная заготовка вертикальной стенки; 2, 3 – накопитель
низко-таврового профиля; 4, 5 – вальцы для подгиба низко-таврового профиля; 6 –
прижимные ролики; 7 – индуктор для нагрева ТВЧ; 8 – сборочно-сварочная клеть; 9
– устройство для удаления грата
Такая технологическая схема имеет преимущества.
Во-первых, сварные швы, соединяющие полки и стенку вынесены в менее нагруженную
зону. Во-вторых, в процессе сварки фиксация
взаимного положения стенки и полки осуществляется по выступу тавра, а не по
наружной кромке полки, в результате чего уменьшается вероятность
относительного смещения свариваемых деталей в процессе образования шва и
появления трещин. Однако необходимость организации производства низкотавровых
профилей ограничивает номенклатуру сварных балок. Проектная скорость сварки
15…28 м/мин.
Несмотря на то, что высокочастотная сварка значительно
повысила производительность изготовления, горячая прокатка остается в настоящее
время наиболее экономичным способом получения широкополочных двутавров высотой
до