Сварка крепёжных изделий технология и оборудование
Соединения типа «плоская деталь – штырь»
При изготовлении различных сварных конструкций часто приходится сталкиваться с необходимостью выполнения большого количества сварных соединений типа «плоская деталь – штырь». Такие конструкции применяют, в частности, при изготовлении разных лючков и горловин, когда в качестве «штыря» используется то или иное крепежное изделие. Однако сфера распространения таких соединений намного шире. Как правило, применяют два варианта их изготовления. Первый – приварка крепежного элемента (например, шпильки) ручной дуговой сваркой непосредственно на листовую конструкцию. Второй вариант можно рассмотреть на примере изготовления горловины какой-либо емкости.
 |
Сначала делается так называемый наварыш, в котором сверлят отверстия и нарезают резьбу. Часто для этой цели используют стандартные фланцы для трубных соединений. Фланец приваривают круговым швом к отверстию горловины, затем в отверстия вворачивают шпильки, которые фиксируются сварным швом или каким-либо герметиком. На горловину надевают крышку, отверстия которой совпадают с местами установки шпилек.
Этот способ сварки подобных узлов, широко применяемый в строительстве, заключается в приварке ручной дуговой сваркой стандартных крепежных изделий (болтов, шпилек и т. п.) к стальным листам или профилям. Недостатки такой технологии очевидны: низкое качество сварных соединений; несоблюдение перпендикулярности крепежных изделий по отношению к основе; разновысотность крепежных изделий; возможность подгорания» резьбы (особенно при приварке крепежа малых диаметров и длин); большие затраты ручного труда.
Вот неполный перечень отраслей промышленности и типовых изделий, в которых встречаются соединения этого типа:
• судостроение – установка люковых закрытий, дверей, иллюминаторов, кабельных кронштейнов; крепление оборудования и механизмов на фундаменты и подкрепления; крепление изоляции помещений и палубного настила;
• транспортное машиностроение и автомобилестроение – крепление кабелей и проводов, декоративных панелей и облицовки, приборов и механизмов;
• строительство – крепление рельсов на подкрановых балках; крепление арматурных сеток под бетонирование на стальных конструкциях; изготовление и монтаж фундаментных и бетонных конструкций; закладные изделия железобетонных конструкций; монтаж стеновых панелей быстровозводимых зданий;
• машиностроение – котлы, аппараты и емкости для химической и пищевой промышленности; оборудование для вентиляции и кондиционирования воздуха; электрошкафы;
• металлургия – футеровка печей, котлов, дымоходов; укладка огнестойкого бетона, стойкая к износу и ударам облицовка.
 |
Попытки применять контактную (в частности, ударно-конденсаторную) сварку при изготовлении подобных узлов не получили широкого распространения, потому что использующееся для этого оборудование имеет высокую энергоемкость и большие габариты непосредственно сварочных электродов, а также в силу того, что не всегда удается обеспечить надежный двусторонний прижим свариваемых деталей. Кроме прочего, при ударном варианте сварки затруднена приварка к листам малой толщины (менее 2...3 мм) из-за возможной деформации листов.
Сварка с подъёмной дугой
Зарубежные машиностроители, однако, широко используют эффективную технологию и специализированное оборудование для получения сварных соединений подобного типа. Речь идет о процессе крепления шпилек сваркой с подъемной (вытягиваемой) дугой (англоязычный вариант – stud welding drawing arc). Эту технологию разработала в Германии в 1970-х годах компания Kоco, а ее дочернее предприятие – фирма Kоster GmbH начала выпускать специальное оборудование для такой сварки.
При применении технологии stud welding очень короткая сварочная дуга возбуждается за счет разности потенциалов между шпилькой и деталью-основой в момент разрыва контакта. Начало сварочного процесса похоже на начало стыковой сварки сопротивлением: свариваемые детали соприкасаются, после чего включают сварочный ток. Первоначальный нагрев деталей, как и при стыковой сварке сопротивлением, осуществляется за счет высокого сопротивления зоны контакта.
Однако затем происходит разрыв контакта за счет поднятия шпильки. Это приводит к возникновению множества микродуг, которые сливаются в мощный дуговой разряд, замкнутый в ограниченном пространстве между деталями и блуждающий по поверхности сечения шпильки. При этом разогрев детали-основы более интенсивен и ведет к расплавлению зоны контакта основы и появлению сварочной ванны. В конце цикла сварки шпилька погружается в сварочную ванну, частично при этом расплавляясь. После этого сварочный ток выключают, и сварочная ванна кристаллизуется. Перемещение шпильки вверх в начале сварочного цикла и опускание ее в сварочную ванну обеспечивает рабочий орган сварочной установки (сварочный пистолет), снабженный пружинной или гидравлической системой подъема-опускания.
 |
Как и при всяком дуговом процессе, сварочная ванна в случае использования технологии stud welding нуждается в защите от атмосферного воздуха, поэтому применяют сварку со расплавляемым керамическим флюсовым кольцом и сварку в среде защитного газа (использовать можно стандартные сварочные газовые смеси). Разновидностью этой технологии является сварка с контактным поджигом (tip ignition), которую проводят со взрывным нарастанием сварочного тока по зазору или с контактным поджигом.
Крепление шпилек сваркой с подвижной дугой – современный и рациональный способ монтажа, который находит применение в разных отраслях промышленности. Преимущества технологии stud welding очевидны:
• высокое качество сварного соединения за счет образования сварочной ванны и «мягкого» режима ее кристаллизации;
• надежная и быстрая сварка по всему периметру шпильки;
• высокая производительность сварки за счет очень короткого цикла сварки (надо отметить, что многие производители оборудования для сварки шпилек с подвижной дугой указывают производительность в числе основных технических характеристик на своей продукции);
• простота технологии, отсутствие операций перфорирования, сверления, нарезания резьбы, заворачивания шпилек, клепки и т. д.;
• выбор различных комбинаций материалов;
• разные положения шпилек и основы в пространстве;
 |
• снижение деформаций основы из-за минимальной и контролируемой теплопередачи в металл;
• гарантированная перпендикулярность приваренных шпилек по отношению к основе, их одинаковая высота, отсутствие деформаций резьбы;
• отсутствие или очень небольшие повреждения стороны основы, обратной приварке;
• гарантированная плотность (герметичность) конструкции;
• достаточность доступа к одной стороне основы.
Применение технологии stud welding и оборудования фирмы Kоco/Kоster одобрено международными стандартами EN ISO 14555 и EN ISO 13918.
При выборе материала шпилек в зависимости от материала основы можно воспользоваться рекомендациями табл. 1 и 2 (обозначение сталей приведено по европейским стандартам). Рекомендации по выбору конкретного технологического процесса stud welding приведены в табл. 3.
 |
 |
 |