Скрепление рельсов: промежуточные крепления на жд пути, виды и назначения соединения со шпалами

Теория

Основные параметры режима всех способов контактной сварки — это сила сварочного тока, длительность его импульса и усилие сжатия деталей. Теплота Q{\displaystyle Q} в свариваемом металле выделяется при прохождении через него импульса тока Ic{\displaystyle I_{c}} длительностью t{\displaystyle t} в соответствии с законом Джоуля — Ленца:

Q=Ic2Rct{\displaystyle Q=I_{c}^{2}R_{c}t}

За величину Rc{\displaystyle R_{c}} принимают сопротивление столбика металла между электродами. При расчете сварочного тока и времени импульса сварочного трансформатора, Rc{\displaystyle R_{c}} — исходный параметр, так как его легко рассчитать, зная материал детали, её толщину и требуемую температуру сварки. При этом сопротивлениями в контактах между деталями и между электродами и деталями пренебрегают.

Согласно закону Джоуля — Ленца увеличение Rc{\displaystyle R_{c}} должно увеличивать количество выделяющейся теплоты Q{\displaystyle Q}. Но по закону Ома увеличение Rc{\displaystyle R_{c}} не всегда увеличивает количество выделяющейся при сварке теплоты Q{\displaystyle Q}, многое зависит от соотношения Rc{\displaystyle R_{c}} и полного сопротивления вторичного контура сварочного трансформатора.

Ic=U2Z{\displaystyle I_{c}={\frac {U_{2}}{Z}}}

Где U2{\displaystyle U_{2}} — напряжение на вторичном контуре сварочного аппарата, a Z{\displaystyle Z} — полное сопротивление вторичного контура, в которое входит Rc{\displaystyle R_{c}}. При увеличении сопротивления Rc{\displaystyle R_{c}} уменьшится сила сварочного тока Ic{\displaystyle I_{c}}, которая учитывается в законе Джоуля — Ленца в квадрате. Отсюда следуют несколько практических выводов. С ростом общего сопротивления вторичного контура от 50 до 500 мкОм тепловыделение в зоне сварки уменьшается по мере падения Rc{\displaystyle R_{c}} примерно в 10 раз. Недостаток тепла компенсируется увеличением напряжения(U2{\displaystyle U_{2}}) или времени сварки. Сварочный процесс на контактных машинах с малым сопротивлением вторичного контура (~ 50 мкОм) сопровождается интенсивным ростом нагрева по мере падения Rc{\displaystyle R_{c}} в процессе увеличения сварного ядра. При достижении равенства Rc=Z{\displaystyle R_{c}=Z} нагрев достигает максимума, а затем, по мере ещё большего снижения Rc{\displaystyle R_{c}} (по достижении требуемого размера ядра), уменьшается. Таким образом, сварка на контактных машинах с малым сопротивлением вторичного контура (а их большинство) сопровождается нестационарным нагревом и нестабильным качеством соединений. Уменьшить этот недостаток можно надёжным сжатием зачищенных деталей, обеспечивающим поддержание Rc{\displaystyle R_{c}} на минимальном уровне, либо поддерживая высокий уровень Rc{\displaystyle R_{c}} за счёт слабого сжатия деталей и разделения импульса сварочного тока на несколько более коротких импульсов. Последнее ещё и экономит энергию и обеспечивает прецизионное соединение с остаточной деформацией 2…5 %.

При сварке на машинах с большим сопротивлением вторичного контура (> 500 мкОм) снижение Rc{\displaystyle R_{c}} в процессе сварки практически не влияет на выделение теплоты, нагрев остаётся стационарным, что характерно для сварки на подвесных машинах с длинным кабелем во вторичном контуре. Сваренные на них соединения обладают более стабильным качеством.

Разновидности контактной сварки

Точечная контактная сварка

Точечная контактная сварка

Точечная контактная сварка — сварочный процесс, при котором детали соединяются в одной или одновременно в нескольких точках. Прочность соединения определяется размером и структурой сварной точки, которые зависят от формы и размеров контактной поверхности электродов, силы сварочного тока, времени его протекания через заготовки, усилия сжатия и состояния поверхностей свариваемых деталей. С помощью точечной сварки можно создавать до 600 соединений за 1 минуту. Применяется для соединения тончайших деталей (до 0,02 мкм) электронных приборов, для сварки стальных конструкций из листов толщиной до 20 мм в автомобиле-, самолёто- и судостроении, в сельскохозяйственном машиностроении и других отраслях промышленности.

Рельефная сварка

Рельефная сварка — сварочный процесс, при котором детали соединяются в одной или одновременно нескольких точках, имеющих специально подготовленные выступы-рельефы. Этот способ аналогичен точечной контактной сварке. Главное отличие: контакт между деталями определяется формой их поверхности в месте соединения, а не формой рабочей части электродов, как при точечной сварке. Выступы-рельефы заранее подготавливаются штамповкой или иным способом и могут присутствовать на одной или обеих свариваемых деталях.

Рельефная сварка применяется в автомобилестроении для крепления кронштейнов к листовым деталям (например, для крепления скоб к капоту автомобиля, для крепления петель для навески дверей к кабине); для соединения крепежных деталей — болтов, гаек и шпилек. В радиоэлектронике применяется для присоединения проволоки к тонким деталям.

Шовная контактная сварка

Шовная сварка — сварочный процесс, при котором детали соединяются швом, состоящим из ряда отдельных сварных точек (литых зон), частично перекрывающих или не перекрывающих одна другую. В первом случае шов будет герметичным. Во втором случае шовная сварка выполненная отдельными точками без перекрытия практически не будет отличаться от ряда точек, полученных при точечной сварке. Процесс шовной сварки осуществляется на специальных сварочных станках с двумя (или одним) вращающимися дисковыми роликами-электродами, которые плотно сжимают, прокатывают и сваривают соединяемые детали. Толщина свариваемых листов колеблется в пределах 0,2—3 мм. Применяется при изготовлении различных емкостей, где требуются герметичные швы — бензобаки, трубы, бочки, сильфоны и др.

Стыковая сварка

Стыковая сварка — сварочный процесс, при котором детали соединяются по всей плоскости их касания, в результате нагрева. В зависимости от марки металла, площади сечения соединяемых деталей и требований к качеству соединения стыковую сварку можно выполнять несколькими способами: сопротивлением, непрерывным оплавлением и оплавлением с подогревом.

Сварка сопротивлением используется для соединения деталей с площадью сечения до 200 мм². Применяется в основном при сварке проволоки, стержней и труб из низкоуглеродистой стали относительно малых сечений.

Пример сварного шва выполненного на разных ленточных пилах на машине контактно-стыковой сварки оплавлением FBWM-60

Сварка оплавлением используется для соединения деталей с площадью сечения до 100000 мм², таких как трубопроводы, арматура железобетонных изделий, стыковые соединения профильной стали, ленточные пилы. Применяется для соединения железнодорожных рельсов на бесстыковых путях, для производства длинноразмерных заготовок из сталей, сплавов и цветных металлов. В судостроении используется для изготовления якорных цепей, змеевиков холодильников рефрижераторных судов. Также сварка оплавлением используется в производстве режущего инструмента (например, для сварки рабочей части сверла из инструментальной стали с хвостовой частью из обычной стали).

Прочие процессы контактной сварки

Одной из разновидностей контактной сварки является импульсная сварка, при которой дуга горит и в паузах между подаваемыми импульсами тока, не оказывая существенного влияния на глубину расплавления металла. На основной сварочный ток с частотой в несколько десятков герц накладываются дополнительные импульсы тока. Разработана также технология двойного импульса с модуляцией импульсов тока. Модуляция позволяет изменять формы импульса, углы наклона их фронта волны, что позволяет управлять мелкокапельным переносом металла при сварке.

Импульсная сварка применяется при сварке как разных марок сталей, так и алюминиевых, медных, никелевых сплавов и титана с толщинами заготовок от 1 до 50 мм.

Области применения стыковой сварки

Распространение подобного метода можно связать с различными их достоинствами. Стыковая сварка используется:

1. В строительстве при изготовлении монолитных конструкций. Они должны быть рассчитаны на воздействие большой нагрузки.
2. В металлургии метод используется для соединения листового и проволочного проката. Стыковая сварка позволяет получить сплошную поверхность высокого качества.
3. В железнодорожной сфере проводится создание рельс без стыков. Они позволяют технике развивать довольно высокую скорость. Для соединения отдельных секций уходит относительно небольшое количество времени.
4. В автомобильной сфере технология стыковой сварки применяется для получения корпусных изделий. Особенности применяемого оборудования позволяют получать изделия сложной формы.
5. При создании режущей части из легированной стали также применяется контактная сварка. Именно поэтому при работе режущая кромка не цепляется за обрабатываемую поверхность. Прочность соединения довольно высокая, поэтому инструмент выдерживает оказываемую нагрузку.
6. Соединение стальных и пластиковых труб также проводится при применении рассматриваемого способа. За счет применения специального инструмента можно получить равномерный шов высокого качества.

https://youtube.com/watch?v=mvw9Ga9XdXA

Трубопроводы для подачи газа и нефтепродуктов также создаются при контактной сварке. Технология позволяет соединять трубы диаметром до 1420 мм. Высокая производительность позволяет сделать герметичное соединение в течение 5 минут.

В заключение отметим, что контактная сварка в большинстве случаев может заменить распространенную технологию, связанную с подачей тока высокого напряжения на обрабатываемую деталь. При этом не происходит расплавка металла и изменения основных эксплуатационных качеств.

Сравниваем, оцениваем

Из вышеперечисленных вариантов самыми надежным и экономичным считается стыковой способ сварки. По действующим нагрузкам они практически равны целым элементам, которые не подвергались сварке, иными словами – основному материалу. Естественно, такая прочность достигается только при адекватном качестве работ.

Сварка стыковых швов.

Тавровые соединения (включая угловые) тоже довольно популярны. Особенно часто их используют при сварке массивных конструкций.

Самые простые для исполнения – соединения внахлест. В них не требуется обработка кромок, общая подготовка тоже намного проще. Очень популярны в сварке листов небольшой толщины (допускается толщина до 60 мм). Простота не означает экономичности: перерасход наплавленного и основного металлов – обычная для таких вариантов ситуация.

Методы стыковой сварки

Стоит учитывать, что выделяют несколько различных методов стыковой сварки. Наибольшее распространение получили:

1. Сварка оплавлением.
2. Метод сопротивления.

https://youtube.com/watch?v=RHaIWxYtUHg

Все технологии характеризуются своими определенными особенностями, которые нужно учитывать.

Стыковая сварка методом сопротивления

Распространенная стыковая сварка сопротивлением характеризуется довольно большим количеством особенностей. Они следующие:

1. Заготовки исключительно прижимают специальными губками к электродами. За счет этого обеспечивается быстрое прохождение тока через обрабатываемые материалы.
2. Применение специальных губок позволяет исключить вероятность проскальзывания деталей между используемыми электродами, через которые подается напряжение на обрабатываемые поверхности.
3. Следующий шаг заключается в подаче электрического тока. За счет этого происходит нагрев металла в обрабатываемой зоне.
4. После этого прикладывается осадок, за счет которого уменьшается наплав. Следующий шаг заключается в подаче сильного тока для максимального нагрева поверхности.

При электрическом сопротивлении можно провести обработку деталей с небольшим сечением. Максимальный показатель толщины поперечного сечения составляет 40 миллиметров. При этом формируется прочное соединение в стыке без расплавления металла.

Стыковая сварка методом оплавления

Рассматриваемая технология также получила широкое распространение. Для нагрева торцов деталей применяется специальное оборудование, которое позволяет получить качественный шов. Среди особенностей контактной сварки можно отметить следующие моменты:

1. Соединяемые элементы подводятся на небольшой скорости друг к другу.
2. На протяжении всего процесса напряжение остается неизменным.
3. За счет равномерной подачи соединяемых элементом происходит выравнивание всех микронеровностей.
4. Происходит оплавление поверхности для обеспечения максимальной площади контакта.
5. Нет необходимости в проведении тщательной подготовки поверхности.

Сварка методом оплавления

Воздействие высокой температуры приводит к появлению качественного соединения, которое характеризуется прочностью и надежностью.

Преимущества

У рассматриваемой технологии есть довольно большое количество преимуществ, что определило ее распространение. Примером назовем нижеприведенную информацию:

1. Нет необходимости в проведении тщательной подготовки обрабатываемых кромок.
2. При обычной сварке в некоторых случаях приходится выполнять термическую подготовку поверхности. Это связано с тем, что локальное воздействие высокой температуры позволяет достигнуть наилучшего результата.
3. Получаемое соединение характеризуется вповышенной надежностью и прочностью. Как показывает практика, если при проведении работы соблюдались все рекомендации, то соединение может прослужить в течение длительного периода.
4. Рассматриваемый метод характеризуется простотой и легкостью в исполнении. Именно поэтому мастер не должен обладать особыми навыками.
5. Оказываемое тепловое и механическое воздействие обеспечивает получение однородного металла. Именно поэтому можно получить металл с высокой прочностью.
6. В определенных условиях можно автоматизировать процесс.
7. Высокое значение производительности.

Сварка труб для ливневой канализации

Довольно большое количество преимуществ контактной сварки определяет ее распространение. Однако, нужно учитывать и некоторые недостатки технологии, о которых далее поговорим подробнее.

Оборудование для контактной стыковой сварки

Машины для контактной стыковой сварки

Машины
для контактной стыковой сварки достаточно разнообразны по конструкции и классифицируются
по тем же признакам, которые приняты для классификации машин точечной и шовной
контактной сварки. К примеру, они также подразделяются
по виду сварки. Это машины для сварки сопротивлением и оплавлением. Также
они делятся по роду тока, по своему назначению и другим признакам.

На рисунке представлена схема универсальной машины для стыковой контактной
сварки. Основными узлами машины являются станина 8, сварочный трансформатор
9, вторичный контур 10, подвижный 4 и неподвижный 11 плит, токопроводящие губки
3 для зажима деталей, зажимных цилиндров 1 и 2, привода подачи 5, направляющих
6 и блока системы управления 7. На практике чаще всего используются машины переменного
тока.

Кроме этого, для сварки деталей определённого сортамента применяют специализированные
машины. Например, существуют машины специально для сварки ленточных пил, для
сварки цепей, для сварки железнодорожных рельсов, которая может выполняться
как непосредственно на путях, так и в стационарных условиях.

Контактная сварка труб диаметром не более 1 м выполняется на стационарных и
передвижных установках в полевых условиях. Для сварки труб большого диаметра,
превышающего 1,4 м, используются специальные сварочные комплексы с машинами,
которые вводятся внутрь трубы.

В приборостроении и радиоэлектронике используют конденсаторные машины, позволяющие
сваривать малые детали с размерами до 1-2 мм. Существуют также и машины постоянного
тока, на пример, для сварки оплавлением тонкостенных титановых деталей или для
сварки сопротивлением цепей.

Системы управления оборудованием

Система управления для подачи и отключения тока, изменения напряжения и силы
тока, обеспечения операций зажатия, подогрева, оплавления, осадки, снятия грата,
термообработки в машине, транспортировки деталей и др.

На простых машинах небольшой мощности управление осуществляется конечными выключателями.
На более сложных машинах управление осуществляется про помощи кулачковых устройств,
при помощи которых регулируется скорость перемещения деталей, время нагрева,
момент приложения усилия осадки и его величину.

На мощных машинах применяется релейное управление. Величину вторичного напряжения
регулируют переключением ступени трансформатора или изменением угла включения
тиристорного контактора. Скорость движения плиты регулируют, изменяя число оборотов
двигателя электромеханического привода. Наиболее совершенными являются адаптивные
системы управления с обратными связями.

Приспособления и оснастка

Для установки и закрепления деталей, а также подвода к ним электрического тока,
в конструкции машин предусмотрены зажимных токопроводящие устройства с различными
типами приводов. Винтовые приводы обеспечивают усилие зажатия до 40кН, рычажные,
эксцентриковые и пневматические до 100 кН, гидравлические до 50 МН. Существуют
также электромеханические приводы.

Сварочные электроды изготавливают из бронзы или меди марок БрНБТ, БрНК, МЦ2,
МЦ3 и др. Для предохранения от проскальзывания свариваемых деталей, форма электродов
соответствует кромкам деталей. При помощи приводов перемещения или подачи плиты
осуществляется медленное перемещение детали при нагреве и быстрое при осадке.
Пружинные приводы перемещения электродов создают усилие до 1кН, рычажные до
50кН, электромеханические до 75 кН и гидравлические до 3 МН.

Применение технологии на практике

Электрическая точечная сварка позволяет создать образование неразъемного соединения кромок металлических деталей при помощи высокой температуры от проходящего электрического тока из инвертора и пластической деформации зоны их контакта при сжатии.

Она предоставляет сварщику уникальную возможность работать с широким диапазоном свариваемых толщин: от 1-2 микрометров до 30 миллиметров.

Архиважная роль при данном методе выполнения сварных операций отведена электрическому сопротивлению зоны соединения, поэтому его также называют электрической сваркой сопротивлением. Правила проведения сварочной операции контактным методом описаны государственными стандартами 15878-79.

Технология контактной сварки.

Достоинства применения точечной технологии сваривания очень широки.

Опишем наиболее значимые из них:

• на выполнение соединений металлических деталей требуется крайне малый промежуток времени;
• технология позволяет проводить операции с потреблением большой мощности;
• сварной процесс может быть автоматизирован, что позволяет интегрировать сварочные агрегаты для контактной сварки в производственные линии на крупных предприятиях;
• сварные швы, созданные таким методом, отличаются высокими эксплуатационными параметрами, вне зависимости от уровня квалификации мастера;
• при работе не требуются специальные материалы, особенные комплектующие: присадочная сварочная проволока, флюс, защитный газ и т.п.;
• электроды для точечной технологии доступны по стоимости и встречаются во многих специализированных магазинах.

Помимо точечной, большим перечнем достоинств характеризуются иные виды разновидности контактной сварки: стыковая, шовная и пр. Но именно точечная сварка наиболее распространена сегодня.

Она актуальна при изготовлении крупногабаритных строительных конструкций, космических агрегатов, миниатюрных полупроводниковых устройств, микросхем. Такое положение дел объясняется универсальностью контактного метода сваривания деталей из металла.

Также точечная сварка своими руками актуальная для выполнения ремонтных операций в небольших мастерских, СТО и т.п. С ее помощью собирают автомобили, железнодорожные вагоны, самолеты, возводят железобетонные конструкции, создают радиоэлектронные агрегаты.

Виды трубопроводов и сварка

Сварка трубопроводов проводится с учетом их типа:

• магистральные;
• водяные;
• технологические и промышленные;
• канализационные;
• конструкции для подачи газа.

Выделяют следующте виды сварки :

• механический (за счет трения);
• термический (плавление с применением плазмы, газа или электро-лучевого метода);
• термомеханический (магнитоуправляемая дуга, получаемая при стыковом контактном способе ).

Использование определенного типа соединения зависит еще и от материала труб:

Как спаять медную трубу самостоятельно
В современной квартире имеется немало трубопроводов из меди. Их можно обнаружить в радиаторах отопления, некоторых участках водопровода, кондиционерах, холодильных установках. При полной или…

Брак и швейные дефекты

Самый частый дефект в работе новичка – кривой шов с неровным заполнением. Такая картина – результат неравномерного ведения электрода, он буквально пляшет в руках юного мастера. Здесь вам понадобятся упорство и труд: с опытом все это проходит без следа. Вторая по частоте ошибка – неверный выбор силы тока или длины дуги, после чего остаются «подрезы» или неровное заполнение. При одних дефектах больше страдает эстетика, при других – прочность.

В каких случаях появляется непровар:

• Некачественная обработка (или отсутствие таковой) кромок поверхностей;
• Слишком слабая сила тока;
• Слишком быстрое движение электрода.

Примеры схем движения электрода.

Прожог – банальная дырка в шве по следующим причинам:

• Широкий зазор между краями;
• Слишком большая сила тока;
• Низкая скорость движения электрода

И здесь ищем оптимальное соотношение трех составляющих: тока, ширины зазора, движения электрода.

Поры и наплывы – множественные отверстия малого размера. Это критический дефект, влияющий на прочность соединения.

Причины:

• Грязь и ржавчина на металле;
• Попадание кислорода к расплавленному металлу (при сквозняке);
• Некачественная обработка кромок;
• Электроды низкого качества;
• Использование присадочных проволок;

Трещины – серьезные нарушения целостности швов. Появляются после остывания металла и по своей сути являются предвестниками разрушения самого шва. В данном случае спасет только новая сварка или полное удаление старого шва и повторное накладывание нового.