Спосіб отримання нероз’ємного з’єднання, переважно, при виробленні сітки для виготовлення паперу з водяними знаками

Спосіб отримання нероз'ємного з'єднання, переважно, при виробленні сітки для виготовлення паперу з водяними знаками, шляхом конденсаторного точкового зварювання бронзової сітки із щонайменше однією бронзовою накладкою, при якому між двома електродами розміщують деталі, що зварюють, прикладають до них зусилля стискування, стабілізують напругу на електродах, пропускають імпульс струму підігріву й імпульс зварювального струму, який відрізняється тим, що нероз'ємне з'єднання отримують за одне змикання електродів, при цьому зусилля стискування приймають рівним 400Н ± 8%, кількість точок визначають у залежності від площі накладки з установленням кроку між точками рівним не більше 3 мм, а електричні параметри вибирають таким чином, що імпульс зварювального струму накладається на імпульс струму підігріву, при цьому амплітуда зварювального струму не перевищує 4,8кА. UA (21) a200701742 (22) 19.02.2007 (24) 25.05.2009 (46) 25.05.2009, Бюл.№ 10, 2009 р. (72) ПІДДУБНИЙ ПЕТРО ВАСИЛЬОВИЧ, UA, ГРАЧЕВ АНДРІЙ ОЛЕКСІЙОВИЧ, UA, ПОРОХНЮК АНАТОЛІЙ ВІКТОРОВИЧ, UA, МІХАЙЛЕНКО ВАЛЕНТИНА ВІКТОРІВНА, UA (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ БАНК УКРАЇНИ, UA (56) EP 0367520, 09.05.1990 SU 841859, 30.06.1981 RU 2183152, 10.06.2002 RU 2174899, 20.10.2001 RU 2225780, 20.03.2004 SU 385695, 20.09.1973 UA 74631, 17.11.2003 SU 742083, 25.06.1980 SU 331860, 15.04.1972 SU 941076, 07.07.1982 JP 2002103054, 09.04.2002 US 6156992, 05.12.2000 US 6294753, 25.09.2001 DE 10064006, 04.07.2002 Львов Н.С., ГладковЭ.А. Автоматика и автоматизация сварочных процессов. - М.: Машиностроение, 1982. - С. 203-205 C2 2 (19) 1 3 роблення паперу з локальним знаком). Накладки надають сітці рельєфності. На плоскосітковій папероробній машині вологе паперове полотно лежить на сітці, що рухається, і рівняльник звичайно обертається цією сіткою. При своєму обертанні рівняльник залишає на вологому паперовому полотні відбиток свого рельєфу. Опуклі місця рівняльника розсовують волокна ще досить вологого і пухкого полотна паперу, створюють у ньому більш тонкі і більш товсті місця, що при перегляді паперу на просвіт виглядають як світло і тіні. Більш тонкі місця виглядають у готовому полотні світлими, більш товсті місця відповідно темними. На відміну від плоскосіткових машин, на круглосіткових папероробних машинах основним формуючим елементом є сітковий циліндр. Сітковий циліндр занурений у металеву ванну, у яку подається розведена паперова маса. Усередині циліндра підтримується рівень на 280-400мм нижче в порівнянні з рівнем у ванні. Фільтрація води через сітку й утворення волокнистого шару на циліндрі відбувається за рахунок різниці рівнів рідини у ванні й усередині циліндра, завдяки якій створюється статичний тиск. У результаті зневоднювання вологе паперове полотно залишається на сітці. Водяні знаки на кругло сіткових машинах виробляють, зокрема, за допомогою нанесення форм (накладок) на черпальну сітку машини. При зневоднюванні паперового полотна менше волокон відкладається там, де на сітку нанесені накладки (перевищення), що призводить до зменшення товщини паперу. Ділянки з меншою товщиною виявляються на просвіт як порівняно світлі ділянки відносно полотна паперу. Для виготовлення однотонових водяних знаків на металеву сітку напаюють металевий дріт або металеві форми (так називаний електротип), що у цих місцях повністю закривають сітку. Для позначення номіналу банкнот використовують електротипи маленькі і тонкі, близько 10-25мм шириною і 0,5-0,8мм товщиною. Більш широкі "електротипу" можуть призвести до пробивання отворів на ділянках світлого водяного знака через те, що саме на цих ділянках паперове полотно екстремально тонке. Електротипи важко позиціонувати (встановлювати в необхідну позицію). Через температурний вплив, дію кислого середовища і механічну дію сили, що впливає на сітку, нерідко відбувається відділення припаяних електротипів. Припаяні частини (елементи) на плоскосітковій машині механічно піддаються сильному навантаженню і нерідко відокремлюються (відриваються) від сітки, що негативно позначається як на надійності виробництва, так і на якості продукції, тому що відірвані елементи знову осідають на сітці і можуть зруйнувати папір. У таких випадках потрібно робити зупин машини, ремонт сітки, що пов’язано з підвищенням вартості обслуговування і витрат виробництва. Крім того, виготовлення паперу на сітці з припаяними електротипами призводить часто до того, що водяний знак виходить нечітким унаслідок того, що припій розтікається за межі електротипа. Відомий спосіб виготовлення сітки для нанесення водяних знаків за допомогою закріплення на 86827 4 ній металевих накладок "электротип" із утримувачами, при цьому "електротипи" складаються повністю або щонайменше в зоні утримувачів зі сплаву з пам’яттю форми (заявка DE 10064006, D21F 1/44, заявл. 21.12.2000, опубл. 04.07.2002). Для цього використають сплави на основі нікелютитану (NiTi), а також сплави на основі міді (CuZnAI і CuAINi), причому перевагу віддають NiTiсплавам через стабільність у часі й особливі корозійні властивості. За допомогою перетворення структури сплаву з аустенітного стану в мартенситне й навпаки з’єднують накладки із сіткою, при цьому використають роз’ємне з’єднання. При цьому накладення на сітку здійснюють при одній температурі форм для водяних знаків, за якої утримувачі протикають через сітку, потім здійснюють підвищення температури форм для водяних знаків до другої температури, за якої утримувачі так деформуються, що форми для водяних знаків самостійно закріплюються на сітці. Відомий спосіб не дозволяє отримати папір з водяними знаками, контур яких був би чітко позначений. Це пояснюється тим, що закріплення на сітці накладок для водяних знаків залежить від того, наскільки сплав з пам’яттю форми, з якого зроблений утримувач, здатний чітко відновити початкову форму утримувача. У кожному разі можливий перекіс "електротипу". Можливо також те, що утримувач, що перебуває, власне кажучи, із внутрішньої сторони сітки, виступатиме за межі електротипа й так само, як і електротип, буде перешкоджати осадженню волокна на сітці, порушуючи контури водяного знака. Закріплення электротипов на сітці за допомогою утримувачів ненадійно також з механічної точки зору, оскільки утримувач, здатний проткнути сітку, що має порівняно малі чарунки, повинен бути досить тонким, а тому буде ламким. До того ж, тренування (загартовування) утримувачів теж може призвести до утоми металу і його крихкості. Відомий спосіб виробництва сітки для нанесення водяних знаків [заявка ЕР 0367520, D21F 1/44, заявл. 27.10.89, опубл. 09.05.90]. Відповідно до відомого способу запропоновано на гнучку нескінченну перфоровану стрічку, що фактично замінює рівняльник, наносити гнучкі накладки з термопластичного еластомера - поліуретану. Відомо також, що одним зі способів закріплення згаданих накладок на перфорованій стрічці з поліефіру є їхнє ультразвукове приварювання. При цьому використають ультразвуковий зварювальний апарат для пластику, що випускає Lucas Dawe Ltd. Він складається з п’яти складових: генератора, перетворювача, трансформатора, важеля й приводу. Генератор конвертує (перетворює) електроенергію магістралі із частотою 50 Hz у високочастотну електричну енергію 20kHz, що надходить у перетворювач. Перетворювач у свою чергу перетворює електричну енергію в механічну енергію вібрації тієї ж частоти, що передається через трансформатор до горна або іншого інструмента, який перебуває в контакті з однієї із частин, що приварюються. Вібраційна енергія здійснює локальне фрикційне нагрівання, обумовлене тертям на стику двох частин, і спричиняє плавлення й 5 розтікання термопластика в зоні з’єднання. На завершення циклу пластмаса твердіє при охолодженні з утворенням високоміцних молекулярних зв’язків. Смужки з поліуретану приварюють із використанням цього методу до сітки з поліефіру. Після приварювання обрізають поліуретан за формою малюнка для водяного знака й отримують чітко окреслені контури. Можливе також ультразвукове приварювання накладок для нанесення водяних знаків до сітки із бронзового дроту. Незважаючи на те, що накладки мають чітко окреслені контури, відомий спосіб виготовлення сітки не забезпечує нанесення водяних знаків із чітко окресленими контурами. Це обумовлено тим, що, оскільки приварювання накладок здійснюється за допомогою плавлення й розтікання пластику в зоні з’єднання, немає гарантії того, що пластик не розтечеться за межі контуру накладок і не заплавить чарунки сітки. Оскільки частина чарунок за межами накладок у цьому випадку буде закрита, волокна нерівномірно відкладатимуться на сітці, що призведе до розмивання контурів водяних знаків у папері й ускладненню контролю її дійсності. До того ж, існує ймовірність выщерблювання накладки для нанесення водяних знаків і наступне порушення малюнка водяного знака в папері. Крім того, відділені шматочки поліуретану можуть потрапити у волокнисту масу й тим самим призвести до утворення дірок у папері. Найпоширенішим матеріалом для виготовлення сіток для папероробних машин є згадана олов’яно-фосфориста (часто іменована фосфористою) бронза Бр-ОФ 8,0-0,3. До складу цієї бронзи входить олова 7,5-8,5%, фосфору 0,25-0,35%. Для стабілізації механічних властивостей цієї бронзи в сплав уведено 0,02-0,04% заліза. Такий матеріал забезпечує зносостійкість і не піддається корозії під дією хімікатів (кислот і лугів), що застосовуються при виробництві паперу. Бронзові сітки як плосклосіткових, так і круглосіткових машин являють собою дротову тканину з ниток основи (поздовжні за ходом сітки) і ниток утка (поперечні за ходом сітки). Число ниток утка становить 57–75% від числа ниток основи. Число ниток основи на одиницю довжини звичайно більше числа ниток утка, тому чарунки являють собою прямокутники, у яких більша сторона розташована у напрямі руху сітки. Нитки основи й нитки утоку сіток звичайно застосовуються круглого перетину. Для нанесення водяних знаків з чітко окресленими контурами накладки повинні виготовлятися суцільнометалевими. У зв’язку із цим можна стверджувати, що при виробництві сіток для виготовлення паперу з водяними знаками необхідно здійснити з’єднання плоскої деталі з деталлю, зварювальна поверхня якої складається із сукупності тороїдальних поверхонь. Відомо, що для одержання нероз’ємних з’єднань металів і сплавів використають контактне зварювання - спосіб зварювання металів, при якому деталі нагріваються електричним струмом, що проходить в місці контакту, і здавлюються (оса 86827 6 джуються). Залежно від методу нагрівання розрізняють контактне електрозварювання опором і оплавленням. При контактному електрозварюванні оплавленням деталі не з’єднуються щільно, а лише стикаються, але завдяки великій щільності струму в місцях контакту деталей метал швидко нагрівається, перетворюється на рідкі перемички, які розтікаються, утворюючи на поверхні тонкий шар рідкого металу. При осаджуванні метал, що перебуває в пластичному стані, видаляється, зварне з’єднання утворюється по всій площині дотику. Такий спосіб зварювання ненадійний при виготовленні сітки з накладками для нанесення водяних знаків, оскільки метал може вийти за межі площини торкання накладок і сітки й заплавити отвори сітки, що перебувають у безпосередній близькості з накладками. Це призведе до того, що при виготовленні паперу контури водяних знаків порушаться, і обриси їх вийдуть нечіткими, що призведе до помилок при визначенні дійсності банкноти, зробленої з паперу з водяними знаками. Метод нагрівання металу під час зварювання, названий методом опору, полягає в тому, що під час зварювання струм проходить через щільно стиснуті деталі в місці майбутнього зварного з’єднання. У кожнім елементарному об’ємі металу виділяється тепло, кількість якого пропорційно квадрату щільності струму, питомому опору металу і часу протікання струму. При контактному електрозварюванні опором з’єднання утворюється в результаті плавлення, щільного стискування деталей і кристалізації металу у вигляді литого ядра. Різновидом цього виду зварювання є точкове зварювання - спосіб контактного зварювання, при якому деталі зварюються по окремих обмежених ділянках дотику, які називаються точками. При точковому зварюванні використовується з’єднання внахлест. Деталі попередньо стискуються електродами, виготовленими, як правило, з мідних сплавів і нагріваються електричним струмом до появи усередині деталей розплавленої зони - ядра, або точки. Розплавлений метал утримується в ядрі від виплеску і надійно захищається від навколишньої атмосфери ущільнювальним поясом, який являє собою зону пластичної деформації, що безпосередньо примикає до ядра. Зону зварювального контакту при з’єднанні накладки із сіткою можна підрозділити на п’ять характерних зон. Це, насамперед, зона утворення зварного з’єднання - контакт між деталями, що зварюються, (накладкою і сіткою), потім дві зони контакту: електрод-сітка і електород-накладка, і, нарешті, ті частини деталей, що знаходяться між зазначеними зонами, тобто, безпосередньо сітка і накладка. Відповідно до цього розподілу загальний опір зварювального контакту можна представити у вигляді суми перехідних опорів електрод - деталь, перехідного опору між деталями й опорів тих частин деталей, по яких протікає струм. Опір холодного контакту (до включення струму ) залежить від питомого опору металу, стану поверхонь деталей, що зварюються, зусилля стискування їх у місці зварювання, товщини деталей і 7 розмірів площадки електрода, що стикається з деталлю. Вже невелике нагрівання дотичних поверхонь викликає різке падіння перехідних опорів на самому початку процесу зварювання. Велику частину часу зварювання зварювальний контакт має ознаки "гарячого" контакту, тобто такого контакту, у якому перехідні опори незначні. У процесі зварювання складові опору перетерплюють значні зміни внаслідок нагрівання металу і пластичної деформації його. У більшості випадків зміна опору гарячого контакту виявляється невеликою, тому що зниження провідності металу внаслідок його нагрівання й одночасне збільшення площ контактування роблять протилежні впливи на опір і почасти взаємно компенсують один одного. Роль окремих складових опору в загальному тепловому балансі зварювального контакту залежить від властивостей матеріалу і стану поверхонь деталей, тиску, розмірів контакту й більшою мірою від прийнятого способу нагрівання металу. При точковому зварюванні унаслідок високої температури нагрівання контакту електрод - деталь перехідний опір цього контакту в процесі зварювання перетерплює великі зміни, знижуючись майже до нуля. Якість зварної точки визначається її розмірами, структурою і властивостями, що залежать від умов нагрівання, охолодження і пластичної деформації в зоні зварювання. Одержання ядра з необхідними розмірами залежить від точності завдання параметрів режиму. Завдання параметрів режиму і їхня зміна в процесі зварювання забезпечуються спеціальною апаратурою керування. За допомогою систем керування регулюють наступні параметри процесу зварювання: 1) електричні параметри (струм, напруга, потужність); 2) час зварювання; 3) зусилля стискування електродів. Відомі способи контактного точкового зварювання з використанням периферійного обтиснення зварної точки [Орлов Б.Д. и др. Технология и оборудование контактной сварки. -М.: "Машиностроение", 1975, с.152-153]. Недоліками цих способів є те, що процес формування з’єднання з обтисненням периферії протікає аналогічно процесу без обтиснення периферії, але з використанням електродів великих діаметрів, що призводить до значного збільшення витрати електроенергії й зниженню ефекту подавления виплесків. Відомий спосіб контактного точкового зварювання [А.с. СССР №223959, кл. В 23 С 11/10, 1966], за яким зварюють детали, які затискають між електродами, створюючи одночасно з електродним додаткове периферійне зусилля, і пропускають зварювальний струм Однак використання цього способу при зварюванні легких сплавів призводить до інтенсивного видавлювання металу з-під обтискної втулки і може призвести до підгоряння електродів. В обох випадках знижується ефективність процесу нагрівання внаслідок збільшення площі початкового контакту деталь-деталь і зниження щільності струму. Все це призводить до підвищення витрати електроенергії, а також постійне обтиснення пе 86827 8 риферії знижує ефективність подавления кінцевих виплесків, особливо при зварюванні електродами із плоскою робочою поверхнею, внаслідок збільшення початкової площі плавлення металу. Відомий спосіб контактного точкового зварювання [А.с.СССР №841859], який полягає в тім, що для усунення виплесків і підвищення теплової ефективності при точковому зварюванні застосовують обтиснення периферійної зони зварної точки, яке змінюється протягом процесу зварювання. При цьому залежність визначається механічними й фізичними властивостями металу, що зварюється, з урахуванням того, що з сплином часу зварювання змінюється опір і швидкість деформації. Відомий спосіб контактного точкового зварювання полягає в тому, що зварюють деталі, які затискають між електродами, створюючи одночасно з електродним зусиллям додаткове периферійне зусилля, і пропускають зварювальний струм. При цьому початкове зусилля на електродах приймають перевищуючим величину зусилля на електродах при зварюванні деталей без периферійного обтиснення. З моменту включення зварювального струму зусилля на електродах зменшують, одночасно на таку ж величину збільшують периферійне зусилля, після вимикання зварювального струму периферійне зусилля зменшують, а зусилля на електродах збільшують до початкового значення. Недоліком способу є його складність у зв’язку з тим, що необхідно в процесі зварювання здійснювати роздільне керування одночасно двома процесами - зміною зусилля на зварювальних електродах, та електродах, що обжимають. Недоліком способу є також і обмеженість його застосування для зварювання криволінійних поверхонь. Відомий спосіб контактного точкового зварювання [патент РФ 2183152, МПК В23К11/10, заявл. 06.09.2000, опубл. 10.06.2002], відповідно до якого зварюють деталі, які затискають між електродами зі створенням зусилля стискування, потім включають зварювальний струм і через проміжок часу ін, що становить не менш 0,1-50% від загальної тривалості імпульсу зварювального струму tee, здійснюють зниження зусилля стиску. При цьому до моменту закінчення імпульсу струму величина зусилля стискування становить 10-50% від початкової. При зварюванні на жорстких режимах через скорочення загального часу зварювання tсв величину tн задають ближче до нульового значення, а зусилля стиску знижують більш інтенсивно. При використанні м’яких режимів, навпаки, допускають плавне зниження зусилля й збільшення часу tн. Спосіб передбачає використання стандартних зварювальних електродів із плоскою або сферичною поверхнею. За рахунок зміни деформаційного й температурного полів при зварюванні з’являється можливість спрощення способу зварювання, збільшення проплавляючої здатності й одержання високої якості зварних з’єднань. Зміна деформаційних і температурних полів при зварюванні відомим способом приводить до того, що ефективність роботи електричного струму, затрачуваної на опір силам стиску, що має місце при контактному точковому зварюванні, знижується, а 9 енергія, що вивільняється при цьому, проявляє себе як додаткове джерело нагрівання, збільшуючи при цьому проплавляючу здатність. В умовах зовнішнього навантаження, яке безупинно зменшується, також істотно знижується тиск рідкого металу литого ядра, яке, інтенсивно збільшуючись у розмірах, проте, виявляє незначну схильність до утворення виплесків. Однак, цей спосіб вимагає контролю параметрів процесу за допомогою ЕОМ, що працює в режимі осцилографа, і це призводить до ускладнення технологічного процесу й не завжди доступне. Відомий спосіб виготовлення решіток, які являють собою стільникові конструкції, що збирають із окремих, що зварюють між собою контактним зварюванням чарунок [Н.С. Львов, Э.А. Гладков. Автоматика и автоматизация сварочных процессов. - М.: Машиностроение, 1982г., с.202-203]. Чарунки з’єднані між собою декількома зварними точками. Ці точки утворюють ланцюжки, які шунтують зварювальний струм та перешкоджають утворенню якісного зварного з’єднання. У цьому випадку відомі способи забезпечення необхідної якості зварювання за рахунок стабілізації величини зварювального струму виявляються неефективними. Значно кращі результати для таких конструкцій дозволяють одержати способи зварювання, які здійснюються зі стабілізацією потужності, що виділяється на ділянці між електродами [Н.С. Львов, Э.А. Гладков. Автоматика и автоматизация сварочных процессов. - М.: Машиностроение, 1982г., с.203-205], або напруги на електродах [Н.С. Львов, Э.А. Гладков. Автоматика и автоматизация сварочных процессов. - М.: Машиностроение, 1982г., с.203-204]. Однак, коли до шунтування зварювального струму додаються такі негативні фактори, як наявність жорсткого контуру, нестабільність опору в контакті між деталями, що зварюються, регулювання процесу за рахунок стабілізації напруги між електродами для забезпечення необхідної якості зварного з’єднання виявляється не завжди достатнім. Відомий спосіб контактного зварювання [патент РФ №2174899, В23К11/10, В23К11/24, заявл. 07.07.1999, опубл. 20.10.2001], відповідно до якого кожна чарунка зварної конструкції з’єднується із сусідніми чарунками дванадцятьома зварними точками, розташованими в безпосередній близькості одна від одної, при цьому зварювання виконується в багато імпульсному режимі. Між деталями, що затиснуті електродами, пропускається перший зварювальний імпульс струму, при цьому джерело живлення зварювальної машини автоматично підтримує напругу на ділянці електроделектрод. За рахунок втрати енергії, витраченої на формування зварного з’єднання, зварювальний імпульс має строго визначений вигляд. Після паузи, достатньої для остигання електродів і деталей, без зняття зварювального зусилля пропускається додатковий імпульс. Форма імпульсу фіксується й аналізується запам’ятовувальним пристроєм. Якщо амплітуда струму на початку другого імпульсу має більше значення в порівнянні з кінцем першого, при загальному збільшенні ефективного зна 86827 10 чення струму й стабілізації його амплітуди наприкінці наступного імпульсу, то зварювання припиняють. У випадку невиконання цих вимог (при неякісному зварюванні), якщо другий імпульс також частково витрачає енергію на ліквідацію непровару, з’являється підстава для продовження зварювання. У такий спосіб відпадає необхідність застосування дорогих, малопродуктивних методів неруйнуючого контролю зварних точок. На практиці цей спосіб використають у такий спосіб. Вимірюють напругу на електродах і здійснюють наступну його стабілізацію за результатами цих вимірів у процесі зварювання. Зварювання роблять, принаймні, двома імпульсами зварювального струму з паузою, достатньою для остигання електродів. Як критерій утворення литого ядра використають перевищення амплітуди зварювального струму на початку наступного імпульсу в порівнянні з кінцем попереднього при загальному збільшенні ефективного значення струму й стабілізації його амплітуди наприкінці наступного імпульсу. Відомий спосіб зварювання [Кочергин К.А. Контактная сварка. - Л: Машиностроение. Ленингр. отд. 1987. - 240с.], при якому спочатку розраховують діаметр ядра зварної точки як функцію товщини металу, що зварюється, а силу стискування електродів F також як функцію товщини металу, що зварюється, а потім силу зварювального струму визначають як функцію питомого електроопору й діаметра ядра зварної точки. Час зварювання розраховують із використанням критерію К, обумовленого питомим електроопором, висотою литого ядра зварної точки, границею текучості, теплопровідністю, об’ємною теплоємністю й температурою металу, що зварюється. Величина критерію К розраховується за відомими параметрами режиму (силі зварювального струму, силі стискування електродів, часу зварювання), теплофізичним властивостям і приймається постійною. Критерій К також використовують для розрахунку сили зварювального струму при відомих (заданих) силі стискування електродів і часу зварювання. Згаданий спосіб характеризується недостатньою точністю розрахункових формул для оцінки сили стискування електродів і сили зварювального струму, зокрема, з тієї причини, що емпіричний коефіцієнт у формулі для розрахунку сили стиску електродів не враховує механічні властивості металу, що зварюється, а емпіричний коефіцієнт для розрахунку зварювального струму змінюється в широких межах - від 120 до 170. Крім того, необхідне знання величини висоти литого ядра зварної точки, яку потрібно встановлювати експериментально. Цей спосіб складний і придатний лише для розрахунку параметрів режиму зварювання виробів з товщиною, відмінною від товщини конструкцій, що раніше зварювались. Відомий спосіб контактного точкового мікрозварювання [патент РФ №2225780, В23К11/10, В23К101:36, заявл 07.05.2002, опубл. 20.03.2004]. Відповідно до відомого винаходу деталі розміщують на нижньому електроді, прикладають зусилля стискування й пропускають імпульс зварювального струму. Величину деформації деталей обмежують переміщенням верхнього електрода. Зварювання 11 виконують однополярним позитивним імпульсом із заданими параметрами. Спосіб дозволяє одержати якісне зварне з’єднання контактів з матеріалу, що має впорядковану структуру, з контактодержателем із бронзи з одержанням високих фізикомеханічних властивостей. Однак, цей спосіб зварювання складний через необхідність визначення зусилля стискування залежно від величини умовної границі текучості пружного електричного контакту за нормальних умов після зміцнюючої термічної обробки, а також площі контакту деталей. Відомий спосіб приварювання контактів до контактотримача [А. с. № 385695 СРСР, МПК В 23 С 11/10, 20.09.1973], відповідно до якого плоский контактотримач підтискають верхнім електродом до плоского торця дротового контакту, зафіксованого на нижньому електроді, і зварюють, пропускаючи імпульс зварювального струму між стиснутими деталями. Основний недолік цього способу полягає в тому, що при зварюванні контактотримача з електричним контактом, у якого (або яким) зварювальна поверхня не є плоскою й, зокрема, для дротового контакту вона може бути циліндричною, якість зварного з’єднання істотно погіршується. Це пов’язане з умовами контактування деталей у місці зварювання. Ця обставина вимагає введення обмежень на параметри процесу зварювання. Відомий спосіб контактного зварювання опором [Чулошников П.Л. Точечная и роликовая электросварка легированных сталей и сплавов. -М.: Машиностроение, 1974. - 232; Оборудование для контактной сварки: Справочное пособие/ Под ред. В.В. Смирнова. - СПб.: Энергоатомиздат. СанктПетербургское от-ние, 2000. - 848с.], що є способом одержання литої точки між листами, що зварюються, шляхом пропущення заданого значення сили зварювального струму за заданий період часу (часу зварювання), при заданій силі стискування електродів і заданому діаметрі електродів, при якому силу зварювального струму, силу стискування електродів і час зварювання визначають із довідкових таблиць залежно від товщини поперечного переріза зварного з’єднання. Відповідно до відомого способу такі режими групуються залежно від матеріалів, що зварюються, з досить близькими фізико-хімічними й механічними властивостями. Однак не всі комбінації товщин матеріалів, що зварюються, є в таблицях. Недоліком табличного способу зварювання є неоднозначність зачислення заданого матеріалу до наявної групи табличних матеріалів, що призводить до неточного визначення сили зварювального струму, часу зварювання й сили стискування, а отже, до невідповідності одержуваних розмірів зварного з’єднання заданим, тобто до неякісних зварних з’єднань. Малий час виділення енергії в зварювальному контурі і відносно велика пауза між черговими зварюваннями характерні для багатьох способів контактного зварювання і насамперед точкового. У зв’язку з цим виникає можливість накопичення енергії під час паузи й імпульсного використання її під час зварювання. Такий вид використання енергії використовують на конденсаторних машинах. 86827 12 Зарядка конденсатора може бути здійснена при малій потужності, а розрядка, зроблена за малий час, може дати необхідний для зварювання імпульс великої потужності. Однією з переваг майже будь-якого способу зварювання акумульованою енергією є порівняно простий строгий контроль кількості енергії, яка накопичується, що позитивно відбивається на стабільності якості зварних з’єднань. Чим менше товщина деталей, тим менше повинен бути час зварювання, якій складає величини порядку декількох тисячних часток секунди. Застосування машин з безпосереднім живленням від мережі в подібних випадках поєднано з деякими ускладненнями, тому що можливі коливання кута запалювання тиристорів можуть виявитися порівнянними з часом зварювання. У зв’язку з цим при використанні машин з безпосереднім живленням від мережі застосовують не оптимальні м’які режими зварювання. Якщо в найпростішому циклі зварювання зусилля стискування залишається незмінним за величиною протягом усього процесу зварювання, то в більш складних циклах воно може як підвищуватися (на стадіях стискування, зварювання і проковування деталей, що зварюються), так і зменшуватися (при зварюванні). Найпростіший цикл точкового конденсаторного зварювання характерний також і тим, що через зону зварного з’єднання пропускається тільки зварювальний струм. Однак у ряді випадків при конденсаторному зварюванні необхідна попередня обробка стиснутих між електродами холодних деталей струмом підігріву, меншим за величиною, ніж зварювальний струм. Необхідна величина струму залежить від електропровідності металу, що зварюється, причому чим більше електропровідність даного металу, тим більший струм потрібний для виділення необхідної кількості тепла. Відомий спосіб точкового конденсаторного зварювання хрестоподібних дротових виводів [Моравский В.Э. и др. Исследование образования крестообразных соединений проволок при точечной конденсаторной сварке. Автоматическая сварка. 1980, №9, с.33-35], відповідно до якого при зварюванні обидві деталі, що зварюються (комбінація бронзового й нікелевого дротів діаметром 0,2мм і 0,97мм відповідно) розташовують перпендикулярно один до одного між електродами зварювальної машини, прикладають стискальне зусилля, підігрівають і зварюють циліндричними електродами із плоскими робочими торцями. Якісне зварне з’єднання одержують при забезпеченні проплавлення одного із дротів на глибину до 50% від його діаметра. При цьому режими зварювання, підібрані з умов забезпечення експлуатаційних параметрів дротів, що зварюють, призводять до проплавлення дротів у діапазоні 30-50%. Основний недолік цього способу полягає в тім, що для сплавів з упорядкованою структурою, завдяки якій досягається високий рівень фізикомеханічних властивостей, він не дозволяє отримати високоякісні зварні з’єднання. Режими зварювання, описані в аналозі, вимагають розплавлю 13 вання дротів, причому глибина проплавлення становить величину до ~50% від їхнього діаметра. Крім цього, при впливі стискального зусилля відбувається пластична деформація й потоншення дротів. Для зварних конструкцій зі сплавів з упорядкованою структурою обидва ці фактори (розплавлювання й пластична деформація такого рівня) неприпустимі, тому що в цьому випадку в сплаві відбуваються фазові перетворення: упорядкована структура перетворюється в неупорядковану, що характеризується низькими значеннями фізикомеханічних властивостей. Завдання, на рішення якого спрямований винахід, що заявляється, полягає в спрощенні способу зварювання, зниженні схильності до виплесків при збереженні проплавляючої здатності і високих фізико-механічних показників зварних з’єднань з олов’яно-фосфористої бронзи. Поставлене завдання вирішується тим, що у способі отримання нероз’ємного з’єднання, переважно, при виробництві сітки для виготовлення паперу з водяними знаками шляхом конденсаторного точкового зварювання бронзової сітки з, щонайменше, однією бронзовою накладкою, при якому між двома електродами розміщують деталі, що зварюються, прикладають до них зусилля стискування, стабілізують напругу на електродах, пропускають імпульс струму підігріву й імпульс зварювального струму, відповідно до винаходу нероз’ємне з’єднання отримують за одне змикання електродів, при цьому зусилля стискування приймають рівним 400Н±8%, кількість точок визначають у залежності від площі накладки з установленням кроку між точками рівним не більше 3 мм, а електричні параметри вибирають таким чином, що імпульс зварювального струму накладається на імпульс струму підігріву, при цьому амплітуда зварювального струму не перевищує 4,8кА. Необхідна і достатня умова утворення з’єднання при точковому зварюванні - утворення загальної зони розплавленого металу, або ядра, заданих розмірів, зусилля стискання, кроку між точками, амплітуди. Формування з’єднань при точковому зварюванні відбувається в три етапи. Перший етап починається з моменту включення струму і характеризується утворенням електричного контакту, нагріванням і розширенням твердого металу, що призводить до збільшення зазорів і витисненню під дією зварювального зусилля металу в зазор і утворенню поясу, що ущільнює ядро. Другий етап відрізняється подальшим збільшенням площі контактів, виникненням і ростом розплавленого ядра до встановленого (номінального) для даної товщини деталей діаметра. На цьому етапі відбувається дроблення і перерозподіл поверхневих плівок у рідкому металі, і продовжуються процеси пластичної деформації і розширення металу. Третій етап у більшості випадків починається з моменту вимикання струму і характерний охолодженням і кристалізацією металу. Розплавлене ядро утворюється лише через деякий час з моменту включення струму, що складає в середньому (0,3-0,5) tсв. Потім ядро продов 86827 14 жує рости, досягаючи обумовлених режимом розмірів. При цьому зі збільшенням крутості фронту наростання струму швидкість росту ядра зростає. Температурне поле і розміри ядра регулюють за рахунок зміни величини енергетичних параметрів струму, тривалості його протікання і зварювального зусилля. Збільшення струму призводить до росту ядра. Однак при даних тривалості імпульсу і зусиллі діаметр ядра має граничне (критичне ) значення, тому що подальше підвищення призводить до викиду рідкого металу або виплеску. З ростом зусилля ядро зменшується за рахунок розвитку пластичної деформації, збільшення площі контактів і зниження щільності струму. Виплески - досить розповсюджений дефект зварювання. Крім того, виплески знижують стійкість електродів і підвищують схильність до утворення великих тріщин, що часто виходять на поверхню листів, що зварюються. Зовнішній виплеск звичайно позв’язаний з перегрівом металу в контакті електрод-деталь. Зокрема, він виникає при малих зварювальних зусиллях, великій щільності струму, перекосі деталей, незадовільному стані поверхні деталей або електродів. У запропонованому винаході для полегшення пластичної деформації в зоні ущільнювального поясу і попередження кінцевого виплеску використаний м’який режим зварювання з підігрівом деталей і підвищене зварювальне зусилля. Крім того, завдяки використанню імпульсів із плавним наростанням струму знижується схильність до виплесків. Режим зварювання обраний нами таким чином, що при довільній зміні параметрів у припустимому діапазоні, зокрема збільшенні зварювального струму амплітуда не перевищує 4,8 кА і зниженні зварювального зусилля, діаметр ядра менше критичного. Виділення тепла при обраному режимі точкового конденсаторного зварювання забезпечує нагрівання металу в ділянці стискування деталей між електродами до температури їхнього плавлення. Підігрів деталей попереджає утворення виплесків. За рахунок процесу підігріву зони зварювання деформуються мікровиступи і руйнуються оксидні плівки, що призведе до зменшення і стабілізації початкових (холодних) значень перехідних опорів. Завдяки цьому знижується нестабільність тепловиділення і зменшується ймовірність місцевого перегріву металу при зварюванні, що призводить до виплесків. Згладжена форма переднього фронту імпульсу (кривої) зварювального струму призводить до того, що руйнування оксидних плівок і зминання мікровиступів протікає довше, ніж при звичайній (без згладжування кривої струму) конденсаторному зварюванню. Це забезпечує більш спокійне формування зварного з’єднання і призводить до зниження значення опорів детальдеталь, електрод-деталь перед завершальною стадією процесу зварювання. У способі, що заявляється, використане оптимальне зусилля стискування (400Н ± 8%). Якщо при включенні зварювального (або підігрівного) струму зусилля стискування недостатньо, то контактні опори деталь - деталь і електрод - деталь виявляються досить значними і на них майже мит 15 тєво виділяється неприпустимо велика кількість тепла, відбувається дуже швидке плавлення поверхневих шарів металу, що зварюється, (а іноді і матеріалу електродів) і його викидання з зони зварювання у вигляді дрібних розплавлених частинок. При цьому зусиллі стиску також можливі пропали деталей, що зварюються, і підгоряння кінців робочих частин електродів. Недостатність же зусилля стиску на заключній стадії нагрівання деталей зварювальним струмом обумовлює утворення внутрішнього кінцевого виплеску, а крім того, при малих зусиллях стискування в зварних з’єднаннях утворюються дефекти усадочного характеру. Спосіб, що заявляється, передбачає включення зварювального струму тільки після того, як зусилля стиску вже прикладено (протягом часу початкового стиску деталей). Що стосується моменту зняття зусилля стиску, то воно повинне запізнюватися щодо вимикання зварювального струму на той час, який необхідний для охолодження зони з’єднання. У способі, що заявляється, використаний режим зварювання, при якому між швидкостями нагрівання і деформації дотримується визначена відповідність, що перешкоджає кінцевим виплескам. Інтенсивність пластичної деформації залежить від величини діючих у контакті напруг і опору металу пластичної деформації. Ймовірність виплеску знижується зі зменшенням діаметра ядра і проплавлення. Винахід ілюструється такими прикладами. Приклад 1. Сітку для виготовлення паперу з водяними знаками виготовляють у такий спосіб. Для одержання нероз’ємного з’єднання кожної накладки для нанесення водяних знаків із сіткою використовують машину точкову конденсаторну МТК-2201УХЛ4. Перед роботою на пульті керування машини встановлюють параметри термічного циклу. Установлюють зусилля стиску на електродах рівним 400Н. Установлюють робочу ємність конденсаторів рівної 300мкФ. Робоча ємність конденсаторів регулює величину зварювального струму і максимальний час проходження струму. Після цього встановлюють коефіцієнт трансформації зварювального трансформатора рівним 250. Величина коефіцієнта трансформації, тобто точка підключення дроселя до відводів первинної обмотки зварювального трансформатора, регулює величину струму підігріву і зварювального струму, а також час підігріву і максимальний час зварювання. Установлюють кількість витків дроселя насичення рівним 100. Кількість витків дроселя насичення також регулює величину струму підігріву, час підігріву і максимальний час зварювання, а також величину зварювального струму. Установлюють напругу зарядки конденсаторів рівною 400В. Установлюють ємність токоограничивающих конденсаторів рівним 2мкФ. Сітку з фосфористої бронзи БрОФ 08-0,3 укладають на стіл для кріплення сітки і позиціюють її щодо електродів. Електроди використовують зі псевдосплаву, що містить міді 30-50%, вольфраму 50-70%, з пласкою поверхнею робочих торців. На сітці розташовують щильнометалеву накладку із 86827 16 фосфористої бронзи БрОФ 6,5-0,4 товщиною 0,2мм. Після цього підключають машину точкову конденсаторну МТК-2201УХЛ4 до мережі перемінного струму 220В и натискають кнопку керування. Тим самим здійснюють зарядку робочих конденсаторів через пусковий пристрій, пристрій перетворювачів, зарядний трансформатор, токообмежуючі конденсатори, комутаційний пристрій і блок резисторів. Керування зарядом робочих конденсаторів, призначених для накопичення енергії, і стабілізацію напруги на них здійснюють блоком керування. У ланцюзі керування розрядного тиристора є граничний пристрій, що виключає можливість розряду робочих конденсаторів до досягнення на них заданої величини напруги. При досягненні на робочих конденсаторах заданої величини напруги шляхом натискання на педаль включають мікроперемикач, у результаті чого струм подається на електроклапан пневморозподільника, призначеного для подачі на електроди зусилля стискування. При досягненні на електродах заданого зусилля стискування спрацьовує мікроперемикач і реле, при цьому при нормально розімкнутих контактах цього реле починається розряд робочих конденсаторів по двох ланцюгах: - перший ланцюг - блок діодів розрядного пристрою і первинна обмотка зварювального трансформатора; - другий ланцюг - дросель насичення і частина первинної обмотки зварювального трансформатора. При цьому, поки дросель ненасичений (має великий індуктивний опір), струм, в основному , протікає по першому ланцюзі. Після насичення дроселя його індуктивний опір різке падає, і струм починає протікати в другому ланцюзі, шунтуючи перший ланцюг. У результаті у вторинній обмотці зварювального трансформатора індуктується імпульс струму, у якого передній фронт має положисту форму, обумовлену тим, що спочатку конденсатори розряджаються на всю первинну обмотку зварювального трансформатора, а після насичення дроселя на частину обмотки зварювального трансформатора, у якому різко збільшується розрядний струм конденсаторів, що призводить до збільшення амплітуди зварювального струму. Імпульс зварювального струму, що індуктується зварювальним трансформатором у вторинній обмотці, і здійснює зварювання деталей. Під час розряду конденсаторів дозарядка їх виключається за рахунок розмикання контактів реле. Відключення конденсаторів від зарядного пристрою не завжди обов’язково, тому що в переважній більшості випадків розрядку конденсаторів можна робити, не розриваючи ланцюг зарядки. Але відключення стає необхідним, коли для зарядки конденсаторної батареї великої ємності з метою зниження потужності використовується не тільки час безпосередньо перед зварюванням, але і велика частина паузи між черговими зварюваннями. Для такого режиму роботи машини з конденсаторною батареєю великої потужності доцільний зарядний пристрій, що забезпечує відключення конденсаторів при даному рівні напруги. Цей пристрій дозволяє використовувати паузу для зарядки кон 17 86827 денсаторів при напівавтоматичному режимі роботи машини. Педаль опускають і тим самим повертають схему у вихідне положення. Повторюють процес при нанесенні на сітку наступної накладки. Оскільки сітка папероробної машини має досить велику ширину, приварювання накладок посередині сітки досягають шляхом збільшення вильоту електродів до 350см. Сітку з накладками використовують при виготовленні паперу з водяними знаками на круглосітковій машині. Накладки не виявляють тенденції до від’єднання протягом усього терміну служби сітки. Водяні знаки в папері виходять чіткими і легко розпізнаються при визначенні автентичності банкноти, виготовленої з такого паперу. Приклад 2. Нероз’ємне з’єднання виготовляють аналогічно прикладові 1, але при цьому використовують накладку більшої площі і приварюють її до сітки з використанням 4-х імпульсів струму. Отримані відповідно до прикладів 1 і 2 нероз’ємні з’єднання сітки з фосфористої бронзи із суцільнометалевими накладками з фосфористої бронзи мають велику міцність. Точне дозування Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 18 електричної енергії, що накопичується в конденсаторах і витрачається на зварювання, обумовлює розплавлення цілком визначеного об’єму металу, що дозволяє одержати з’єднання стабільної якості. Можливість точного дозування накопиченої енергії особливо важливо, тому що для утворення зварного з’єднання використані деталі малих товщин. Незначний час процесу конденсаторного зварювання і висока щільність зварювального струму сприяють концентрованому виділенню тепла в місці зварювання сітки з накладкою, що забезпечує мінімальну зону термічного впливу, мінімальну пластичну деформацію металу зони зварювання, що дозволяє виконувати з’єднання в безпосередній близькості від краю деталей і поруч з отворами. В усіх випадках зварювання виплески були відсутні, лите ядро виходило щільним, без крихких місць і раковин, проплавлення складало 30-40% від товщини деталей. При використанні такої сітки з накладками при виготовленні паперу з водяними знаками накладки не мають тенденції до від’єднання і тим самим сприяють отриманню полотна паперу з водяними знаками високої якості. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601