Как работают аппараты контактной точечной сварки

Как работают аппараты контактной точечной сварки

Одним из методов сплавления является точечная контактная сварка. Ее суть заключается в плотном соединении в определенной точке двух деталей и пропускании через место контакта электрического тока.

Аппараты точечной контактной сварки востребованы во многих отраслях промышленности. Для применения в быту их научились делать своими руками, используя трансформаторы или систему конденсаторов.

Фазы процесса

Можно выделить три фазы в процессе точечной сварки. В первой фазе происходит сжатие заготовок, которое приводит к пластической деформации в точке контакта. Для этого аппарат контактной сварки оборудован специальными клещами или другими схожими приспособлениями.

Во второй фазе происходит подача тока в область контакта, что вызывает плавление металла в точке соединения и образование расплавленного ядра. Пока проходит ток, ядро расширяется до максимума. Сжатие соединяемых изделий вызывает появление плотного пояса вокруг жидкого ядра, который препятствует растеканию расплавленного металла.

В третьей фазе сварочный ток выключается, металл остывает и кристаллизуется. Для снятия напряжений при охлаждении прижимное усилие сохраняется еще некоторое время.

Требования к сварным соединениям определяет государственный стандарт – ГОСТ 15878-79. О том. Какие можно использовать электроды в аппарате контактной точечной сварки, описано в ГОСТ 14111-90. Делают их из меди или легированной хромом, кадмием, цирконием бронзы.

Виды оборудования

При точечной контактной сварке аппарат может выдавать ток разного рода и частоты. По этим отличительным признакам сварочное оборудование разделяют на четыре класса:

  • контактная точечная сварка на переменном токе;
  • низкочастотная контактная сварка;
  • устройства конденсаторного типа;
  • сваривание постоянным током.

Существует многоточечные станки контактной сварки для сварки сеток на производстве. В таких аппаратах одновременно происходит сваривание в нескольких точках. Любое оборудование имеет свои плюсы, но самыми популярными стали одноточечные устройства переменного тока.

Работа на переменном токе

Аппарат контактной сварки, работающий на переменном токе, представляет собой трансформатор, во вторичной обмотке имеющий два электрода. В качестве материала для электродов контактной точечной сварки применяется медь. Между электродами помещают детали, которые специальным устройством прижимают друг к другу.

В первичной обмотке находится тиристорный модуль, через который питающее напряжение 220 В или 380 В поступает на обмотку. Подавая управляющий сигнал на тиристор, можно получить необходимую длительность тока для контактной точечной сварки. Изменяя угол открытия тиристора, можно регулировать форму сигнала, который приходит на вторичную обмотку.

В случае применения нескольких первичных обмоток можно получить набор коэффициентов трансформации, комбинируя их соединение. В результате во вторичной обмотке получается несколько уровней напряжения и тока. Это позволяет аппарату контактной точечной сварки работать в разных режимах.

Для управления оборудованием имеется дополнительный блок, который имеет реле, управляющую панель и схему контроллера.

Оборудование на конденсаторах

Аппарат для точечной контактной сварки может состоять из блока заряда конденсаторов, большой батареи емкостей, управляющего блока и электродов с механизмом прижима заготовок.

Принцип контактной сварки лежит в первоначальном достаточно длительном накоплении электрической энергии на обкладках конденсаторов и мгновенном ее выбросе при создании искусственного короткого замыкания через точку контакта.

Возможность накопления заряда в емкостной батарее позволяет использовать оборудование меньшей мощности по сравнению с другими сварочными аппаратами.

Благодаря постоянству емкости батареи получается нормированное выделение энергии на один сварочный импульс, что позволяет получать стабильный результат независимо от изменения сетевого напряжения и других характеристик сети.

Конденсаторная контактная сварка длится миллисекунды, что приводит к мощному выделению энергии в маленькой области контакта. Это позволяет применять ее при сварке сплавов с высокой теплопроводностью типа меди, а также металлов с разными тепловыми характеристиками.

Конденсаторные аппараты контактной точечной сварки с жесткой характеристикой, быстрым разрядом, широко используются в радиоэлектронике и приборостроении.

При расчете необходимой энергии на сварку того или иного соединения можно использовать формулу:

где С – емкость в фарадах, W – энергия в ваттах; U — зарядное напряжение в вольтах. Включая в контур заряда активное переменное сопротивление, можно регулировать величину зарядного тока, время заряда и потребляемую мощность.

Где применяют метод

Особенностью точечной контактной сварки является краткое воздействие на соединяемые изделия (от единиц миллисекунд до нескольких секунд), сварочный ток в несколько тысяч ампер и напряжение величиной от 1 до 2-3 вольт. При этом необходимо усилие в точке сварки от десятков до сотен килограмм. Маленькая площадь контакта приводит к малой области расплавления металла.

Благодаря этим особенностям точечную сварку используют при сваривании металлов толщиной от единиц микрон до 20-30 мм. Эти возможности обеспечили ее применение в радиоэлектронике, производстве приборов, авиационной и автомобильной промышленности, строительстве и многих других отраслях.

Невозможно представить авторемонтные мастерские без сварочных аппаратов точечной контактной сварки. При устранении вмятин они незаменимы. Все автомобили и самолеты созданы с использованием контактной сварки. Практически все литиевые батареи в ноутбуках соединены с помощью односторонней контактной точечной сварки.

Плюсы и минусы технологии

Широкое распространение технология получила из-за простоты и удобства использования сварочного оборудования, высокой производительности. Аппарат может обеспечить несколько сотен свариваний в минуту при малых затратах электроэнергии, при этом не выделяет никаких вредных веществ в атмосферу.

Технология легко поддается автоматизации. Для сварки не нужно сварочной проволоки, присадок и флюсов. Соединение получается прочным и без остаточных деформаций.

Единственный недостаток заключается в негерметичном соединении изделий. Аппарат работает прерывисто, производя соединение в отдельных точках, поэтому о герметичности речь не идет.

Возможные дефекты

При точечной сварке прочность соединения такова, что разрушения возникают в основном металле, так как сварные точки имеют большую толщину. Продолжительность сваривания и прижимное усилие имеют решающее значение. Если неправильно их рассчитать, то аппарат будет варить с дефектами.

Имеется три основных вида дефектов:

  • отклонения литой зоны от оптимума, ее смещение от точки контакта;
  • неполный провар в точке контакта:
  • изменение физико-химических свойств металла в точке сварки.

Самым опасным является отсутствие литой области. Происходит тепловое склеивание, при котором соединение выдерживает незначительные нагрузки. При переменных нагрузках и температурных перепадах происходит разрыв соединения.

Прочность нарушается при сильном давлении электродов аппарата контактной сварки, что вызывает вмятины. Также ослабляется прочность при выплесках металла.

Причины дефектов

Непровар часто обусловлен малым током или изношенностью контактной площадки электродов. Маленький ток может быть связан со слишком малым промежутком между сварными точками, что вызывает сильное шунтирование. Брак определяется визуальным осмотром и использованием специального оборудования.

Наружные трещины появляются от чересчур большого импульсного тока аппарата, слабого сжатия, загрязнения сварочной области, что изменяет параметры сварочной цепи. Изъян обнаруживается визуальным осмотром при использовании лупы.

При глубоких вмятинах от электрода необходимо разобраться с его контактной частью. Возможно, причина в слишком малом радиусе кривизны контактной площадки и слишком большом прижимном усилии. Дефект определяется визуально.

Причиной того, что при внутреннем выплеске металл вытекает в область между заготовками, может быть превышение сварочного тока аппарата, времени сварки и недостаток сжатия. Изъян определяется специальными приборами, может зафиксироваться и визуально из-за неплотного соединения деталей.

Внешний выплеск происходит при превышении длительности и силы тока, малом прижиме и перекосе электродов. Это можно заметить невооруженным глазом.

Внутренние трещины возникают от комбинации причин типа чрезмерный ток, длительность воздействия, загрязненная поверхность недостаточное сжатие и отсутствие поковочного воздействия в процессе кристаллизации. Изъяны выявляют специальной аппаратурой.

Смещение ядра возникает из-за неправильной установки электродов аппарата контактной сварки и их загрязнения. Причиной прожога являются недостаточный прижим соединяемых изделий, их загрязнения.

Устранение изъянов производится повторением процесса сварки. Если нельзя сваривать, например, недопустим повторный нагрев изделия, то дефектную область лучше высверлить и поставить заклепку.

Что такое точечная сварка. Принцип работы и особенности

Уже более 150 лет людям известен способ соединения металлов, называемый точечной сваркой. Этот способ позволил автоматизировать и сделать массовым производство автомобилей, сельскохозяйственной техники, самолетов и тысяч наименований бытовой продукции. Благодаря относительно простому принципу действия, точечная сварка приходит и в быт обычных мастеров-любителей, автослесарей, жестянщиков.

Принцип действия точечной сварки

Технология контактной сварки работает довольно просто — детали плотно сжимаются и через кратчайшее расстояние подается мощный электрический импульс. Металл разогревается, в точке соприкосновения образуется расплавленное ядро. Так как детали сжаты, происходит диффузия металлов. Ток выключается, точка остывает, металл кристаллизуется. Сварная точка получается прочной, при попытке разорвать соединение лопается материал рядом с точкой. Принцип работы аппаратов сварки — генерирование этого импульса и плотное сжатие деталей.

Чтобы импульс тока хорошо разогрел металл, он должен быть с большой силой и низким напряжением. Промышленные аппараты имеют характеристики: напряжение на контактах всего 1 — 3 Вольта, способны давать силу тока в 10 — 15 килоАмпер.

Устройство аппарата точечной сварки

Любой аппарат точечной сварки состоит из двух блоков:

  • источник питания;
  • зажимные клещи.

Чтобы получить мощный разряд при небольшом напряжении, потребуется трансформатор индукционного типа. Соотношение первичной и вторичной обмоток позволяет получить электрический импульс, достаточный для расплавления металла.

Зажимные клещи состоят из двух медных или графитовых контактов, расположенных на разных рычагах, и прижимного механизма. Прижимы бывают с разным приводом:

  • Механические. Состоят из мощной пружины и рычага, сжатие металлов происходит за счет мускульной силы. Применяются в самодельных или бытовых аппаратах, не дают должного контроля за степенью сжатия, обладают малой производительностью.
  • Пневматические. Наиболее популярны для переносных ручных аппаратов, легко регулируются при помощи изменения давления в воздушной магистрали. Недостаток — сравнительно медленные, не дают возможности изменения давления в процессе сваривания.
  • Гидравлические. Не так популярны, гидравлический привод также медленный, но обладает большей широтой настроек, благодаря применению перепускных регулируемых клапанов.
  • Электромагнитные. Самые «молниеносные», применяются как на ручных аппаратах, так и на больших стационарных. Позволяют регулировать сжатие металлов в процессе сварки, что позволяет добиться провара и отсутствия «выплесков» металла.

Усложнение конструкции возможно при использовании контуров жидкостного охлаждения на нагруженных аппаратах, применении различных систем управления током и прижимом, роботизации перемещения электродов.

Где применяется

Точечную сварку применяют для соединения различных конструкционных металлов и сплавов. Особенности технологии — экологичность, скорость, надежность, легкость автоматизации — позволяют широко применять ее в:

  • автомобилестроении для сборки кузовов;
  • ювелирном деле для соединения деталей;
  • микроэлектронике для спайки микросхем;
  • производстве сварных арматурных каркасов для монолитных плит;
  • производстве корпусов, деталей товаров народного потребления.

Преимущества и недостатки

Среди основных преимуществ точечной сварки особо выделяются:

  • прочность соединения;
  • технологичность;
  • экономичность;
  • возможность соединения как толстых, так и ультратонких деталей;
  • возможность автоматизации и роботизации сварочного процесса;
  • высокая культура производства и экологичность;
  • универсальность в материалах и возможность масштабирования.

Среди недостатков можно выделить:

  • сложность диагностики сварного соединения;
  • требования к чистоте металлов при сварке;
  • сложность настройки аппаратуры.

Оборудование и материалы для точечной сварки

Чтобы варить точками необходимы:

  • аппарат для точечной сварки;
  • свариваемые зачищенные детали;
  • для защиты деталей от коррозии можно применять токопроводящий грунт или мастику.
Читайте также  Толщина стенки трубопровода диаметром 1420 мм

Техника безопасности при точечной сварке

Главное при использовании аппаратов точечной сварки — соблюдение правил электробезопасности. При эксплуатации техники не должно быть оголенных контактов, нарушений изоляции кабелей. Все контакты при подключении аппарата к сети должны соответствовать номинальным параметрам, обязательно применение дифавтоматов и заземления.

При удерживании металлов используйте диэлектрические перчатки, рукоять клещей должна быть надежно заизолирована.

Средства защиты

Стандартный набор сварщика вполне подойдет для работы с точечной сваркой. Плотная роба, хлопчатобумажные или спилковые перчатки, прозрачный щиток или очки, респиратор или вытяжка — вот весь набор средств защиты.

Меры безопасности

Всегда проверяйте оборудование перед началом работ! Детали корпуса должны быть надежно заземлены, ручки и держаки — заизолированы.

Обслуживание и перенастройка аппарата производится в выключенном состоянии.

Педаль или кнопка управления должна находиться в удобном месте.

Сварщик должен прочно держать заготовку или инструмент, твердо и устойчиво стоять.

Технология и процесс точечной сварки

В зависимости от толщины металлов, их вида, условий технология сварки может отличаться деталями. Но в целом порядок работ одинаков.

Точечная варка происходит в несколько этапов:

  1. Подготовка поверхностей. Они должны быть очищены от непроводящих ток лакокрасочных материалов и окислов, а также без напряжения плотно присоединяться.
  2. Сжимание деталей. Для этого привод клещей прочно сжимает поверхности, они частично деформируются. Это нужно для возникновения участков проведения тока именно между контактами клещей.
  3. Нагрев деталей электрическим импульсом. Чем толще детали, тем дольше приходится держать нагрев. Импульс может быть как постоянный, так и с регулируемой силой тока, переменный.
  4. В автоматических станках есть этап ослабления давления на детали — это нужно для предотвращения выдавливания металла из расплавленного ядра. В ручных механических клещах этот этап пропускается.
  5. Ток выключается. На глаз момент выключения тока можно определить по нагреву области между электродами — как только металл начинает краснеть, ток отпускается.
  6. Прижим или проковка во время остывания металла. Нужны для формирования прочной кристаллической структуры сварной точки.
  7. Деталь готова.

В зависимости от вида металлов применяются различные настройки. Качество соединения зависит от технологии сварки, типа импульса, режимов сжатия деталей.

Дефекты и причины их возникновения при точечной сварке

Несмотря на технологичность, точечная сварка требует точных настроек и постоянного контроля за качеством на производстве. Среди дефектов можно выделить:

  • Прожог. Он выглядит как отверстие в обеих деталях, сплавленные края легко отрываются.При слишком высокой силе тока, большой длительности импульса или избыточной силе сжатия металл перегревается и стекает. Для снижения риска прожога стоит снизить силу тока или прижима.
  • Выплески. При сильном сжатии или долговременном слабом импульсе металл выходит из расплавленного ядра, на его месте образуется пустота. При работе выплески выглядят как искры, вылетающие из точек. До известного предела выплеск не вредит, так как компенсируется сжатием деталей, но точка будет менее надежной — толщина вокруг точки неизбежно уменьшается.
  • Непровар. Слабый импульс, недостаточная сила сжатия, ослабление клещей при сваривании приводят к непрогреву ядра. Такая точка будет «склеена», но при нагрузке оторвется. Непровар может возникнуть, если сварные точки расположены рядом — соседняя точка выступает шунтом, через который проходит часть электрической энергии. Соответственно, она не будет затрачена на расплав металла.
  • Уменьшение диаметра сварки. Если импульс будет коротким или детали не будут прилегать плотно, образуется недостаточная площадь расплава. В этом случае в одной точке может быть один или несколько микрорасплавов, которые в сумме значительно слабее монолитной точки.

Трещины и разрушение основного металла. Возникают в случае отсутствия сжатия, близости точки к краю нахлесточной полосы, грязном металле. Визуально при помощи увеличительного стекла этот дефект обнаружить легко.

Исправление дефектов сварки

Диагностика точечной сварки довольно сложная процедура. Привычные ультразвуковые методы исследования не дают точной картины, поэтому на производствах с автоматизацией проводят тесты с разрушением контрольных образцов.

Выявленные дефекты исправляются следующими методами:

  • повторным провариванием точкой;
  • высверливание и последующая сварка полуавтоматом;
  • наружные выплески поддаются зачистке;
  • проковка горячей точки;
  • установка сварной или вытяжной заклепки.

Обозначения точечной сварки на чертежах по ГОСТ

Порядок в производстве обеспечивается правильной технической документацией. Точечная сварка имеет свое обозначение на чертеже, которое дополняется специальным буквенным кодом. На лицевой плоскости обозначаются контуры свариваемой области, и крестами места точек. На боковом разрезе точка сварки выглядит как состыкованные заштрихованные плоскости.

Обозначение сварных точек производится на чертежах по ГОСТ 15878-79. Там же оговорены все условные обозначения и дополнительные данные.

Покупать или сделать своими руками?

Несмотря на распространенность технологии, стоимость профессионального оборудования довольно высока. Поэтому среди домашних мастеров ходят схемы самостоятельного изготовления устройства для точечной сварки из простейшего трансформатора и механических клещей. Сделать своими руками можно как мощный аппарат для соединения 4-5 мм металла, так и ювелирный прибор, способный помочь радиомеханику. Ручная работа в гараже не требует дорогого оборудования.

Такой аппарат вполне способен варить неответственные стыки. Если же от прочности сварки зависит жизнь человека (например, кузовной ремонт), лучше приобрести заводское устройство машинной точечной сварки с пневматическим приводом клещей и настраиваемым контроллером или применить другие виды сварки.

Качество изготовления заводских аппаратов выше, они рассчитаны под конкретные задачи, прочность соединений выше, присутствует техника безопасности. Эти аппараты позволяют варить много, и настроены на работу на производствах.

Как работать точечной сваркой?

Содержание:

  1. 1. Основные способы выполнения SPOT-сварки
  2. 2. Режимы точечной сварки
  3. 3. Возможные трудности
  4. 4. Как определить качество сварного соединения

Точечная сварка является наиболее распространенным видом контактной сварки: около 50% всех сварных конструкций сделано именно по этому способу. Она широко применяется в машино- и самолетостроении, что объясняется простотой метода и универсальностью его использования. Однако, есть некоторые тонкости, которые нужно знать, чтобы повысить производительность работы и качество соединяемых деталей. Об этом и пойдет речь в нашей статье.

Основные способы выполнения SPOT-сварки

Ни одна автомастерская не может обойтись без использования спот-сварки, например, при ремонте кузовов автомобилей. «Прихватить» детали таким образом -дело всего нескольких минут. Это очень удобно при соединении металлических листов и корпусных деталей. Диапазон суммарной толщины свариваемых элементов при этом колеблется от 0,1 до 6 мм, однако, существуют промышленные аппараты, на которых можно сваривать листы стали толщиной до 20 мм.

Есть несколько распространенных способов точечной сварки, которые в основном отличаются подведением тока к поверхности деталей. Рассмотрим на конкретных примерах.

Ситуация №1: нужно соединить две заготовки. Никаких препятствий нет, поэтому в таком случае лучше использовать популярный двусторонний метод точечной сварки: детали зажимаются между электродами с приложением определенного усилия, и ток подводится одновременно с двух сторон.

Этот способ более всего подходит для сварки небольших элементов конструкций, открытых соединений и узлов с отбортовкой. Его преимуществом является высокое качество получаемого в результате работы соединения, так как двусторонний зажим заготовок позволяет обеспечить усилие, необходимое для создания крепкой сварной точки. Недостаток же заключается в том, что длина щипцов, которыми зажимаются свариваемые листы, ограничена. То есть если нужно сваривать крупные узлы, этот метод не подойдет.

Ситуация № 2: детали, которые нужно закрепить, входят в состав закрытого узла, поэтому нет возможности расположить электроды с двух сторон. В этом случае советуем воспользоваться методом односторонней точечной сварки.

Его можно использовать для соединений элементов практически любых размеров (ограничение лишь по толщине), так как нет зависимости от длины щипцов — электроды прикладываются к одной поверхности. В процессе сварочный ток распределяется между двумя деталями, а нагрев происходит от части тока, протекающего через нижнюю деталь. Для улучшения качества сварной точки можно использовать специальную медную прокладку, которая устанавливается там, где будут располагаться электроды. Она способствует повышению параметром протекающего через деталь тока, поэтому место сварки получается более прочным.

В этом случае помните, что при работе с деталями разной толщины (разница более чем в 3 раза) ток следует подавать к более массивной (толстостенной) заготовке. Избегайте слишком близкого расположения электродов, так как в этом случае существует возможность наружного выплеска расплавленного металла.

Преимущества использования данного метода:

  • повышенная производительность,
  • низкое энергопотребление (площадь сварочного контура машины небольшая),
  • снижение деформации деталей из-за симметричности процесса приварки заготовок.

Недостатком же является то, что не всегда можно обеспечить необходимое усилие зажима, поэтому качество такой сварки уступает двухсторонней.

Режимы точечной сварки

SPOT-аппараты способны работать в двух режимах: в «жестком» и «мягком». Первый характеризуется большим значением сварочного тока и малым периодом его пропускания, второй же, наоборот, небольшим значением тока и продолжительным временем работы.

Главные параметры работы:

  • усилие сжатия не только создает контакт между деталями, но и деформирует их для предотвращения выплеска расплавленного металла в зазор между заготовками. В первую очередь оно зависит от толщины свариваемых деталей и свойств металла, из которого они изготовлены.
  • сила тока также определяется суммарной толщиной деталей и их химическим составом.
  • время сварки — от него зависит размер сварного ядра в точке контакта.
  • диаметр рабочей части электрода (т.е. той части, которая непосредственно контактирует с деталями).

Помните! Даже малейшее отклонение от рекомендуемой величины хотя бы одного из параметров негативно отразится на качестве сварки.

Значение всех вышеперечисленных параметров зависит от толщины и материала свариваемых деталей. Рассмотрим режимы на примере деталей из низкоуглеродистой стали, так как она является наиболее распространенным материалом для изготовления металлопроката (листов, швеллеров, труб, уголков и т.д.) и крепежных изделий и широко применяется в строительстве, при возведении различных металлоконструкций.

Например, для заготовок общей толщиной не более 5 мм рекомендуется цикл с одним импульсом тока и постоянным усилием сжатия. Если значение толщины превышает 5 мм, то понадобится несколько импульсов.

В таблице приведены значения основных параметров работы при точечной сварке низкоуглеродистой стали:

Толщина детали, мм Диаметр рабочей части электрода, мм Усилие сжатия, кН Сила тока, кА Время сварки, сек Минимальный диаметр ядра, мм
1 5 1,5 7,5 0,4 4
2 7,5 3,5 10,5 0,6 6
2,5 8 3,5 11,5 0,8 7
4 12 4 11 3 10,5
5 13 5 12 4 12,5
6 15 6 13,5 4,5 14
7 17 7 14,5 5 15
8 18 8 15 6 16

Возможные трудности

Однако, качество сварного соединения зависит не только применяемого метода, но и от материала, из которого выполнена заготовка.

На производствах и заводах, где чаще всего приходится иметь дело с деталями, изготовленными из сплавов с высокой теплопроводностью (таких как медь, алюминий и т. д.), нужно учитывать некоторые нюансы, позволяющие получить качественную сварную точку. Следует помнить, что элементы из подобного материала очень быстро отводят вложенное тепло, и для их скрепления нужно подавать ток с очень высокой плотностью, достигающей 120-300 А/кв.мм.

Другой сложностью является прилипание частичек алюминия к электродам и частиц меди, из которой обычно изготовлены электроды, к алюминию в процессе работы. Для того чтобы уменьшить количество таких случаев, необходимо очень тщательно очищать поверхности, как заготовок, так и электродов. Учтите также, что из-за более низкого электрического сопротивления точечная сварка алюминиевых сплавов осуществляется гораздо проще, нежели чистого алюминия.

Читайте также  Технология крепления водосточных труб

Для получения качественного результата работы с такими деталями нужно определенное значение сварного тока и время сварки. В случае отклонения от требуемого значения соединение будет ненадежным и быстро «разорвется». К примеру, несоблюдение рекомендуемого времени сварки или усилия сжатия электродов приведет к появлению непрочной сварной точки

Ниже приведена таблица с соотношением параметров режима точечной сварки, необходимых для получения прочного сварного соединения деталей из алюминиевых сплавов:

Алюминиевый сплав Толщина одной детали, мм Значение тока, к·А Продолжительность сварки, сек Значение усилия сжатия электродов, кН
0,8 20 0,1 3
1 24 0,12 4
1,5 27 0,14 5
2 30 0,18 7

Как определить качество сварного соединения

На каждом производстве обязательно должна производиться проверка качества сварного соединения. Обычно для этого берут несколько образцов и разрушают их.

Если сварка была проведена качественно, то на одной детали будет глубокий кратер, а на второй останется само ядро сварной точки. Если этого не наблюдается, то это и есть непровар, и в этом случае нужно увеличить усилие сжатия или же время сварки.

Главным объективным показателем, свидетельствующем о качестве соединения, является размер ядра сварной точки (площади пятна контакта). Для любого материала будет справедливо, что диаметр ядра должен равняться трем толщинам (S) более тонкой детали, при этом допустимый разброс составляет 20%-80% S. Если диаметр полученного ядра меньше указанного диапазона, то это свидетельствует о недостаточном проваре, а если больший — то о выплеске расплавленного металла.

Контактная сварка – преимущества и параметры процесса

Главная страница » Сварочные работы — виды » Контактная сварка – преимущества и параметры процесса

Сварочные работы – это на сегодняшний день самый распространённый способ соединения и резки металлов. Способы проведения сварочных работ бывают различными, как и оборудование, которое при этом применяется. Для работы с более мелкими деталями и изделиями ещё в XIX веке был разработан метод контактной сварки. Суть этого метода заключается в том, что изделия соединяются между собой при нагреве металла электрическим током, проходящим через него в определённой сварочной зоне. Качество места сваривания зависит от качества подготовленной поверхности, силы тока сварки, длительности электрического импульса, прикладываемого к месту сварки и силы сжатия свариваемых деталей.

Главный показатель качества контактной сварки – размер ядра точки сваривания. Так как контактная сварка в основном применяется для соединения листового материала, то размер ядра сварки определяется, как три толщины самого тонкого свариваемого листа. Толщина свариваемых таким способом изделий может изменяться в диапазоне от 0,002 мкм в электронном приборостроении до 20 мм при возведении металлических конструкций в машиностроении, кораблестроении, и других областях промышленности, а также при возведении и ремонте сооружений и зданий бытового и промышленного назначения.

При контактной сварке результат работы обычно контролируется визуально или методом разрушения. Преимущества контактной сварки очевидны:

  • 1. Скорость работ (производительность) – одна сварная точечная операция длится 0,02-1,0 сек.
  • 2. Небольшой расход материалов.
  • 3. Надёжность соединения и высокое качество при малом количестве контролируемых процессов.
  • 4. Экологичность сварных работ.

Любая контактная сварка по способу производства работ может разделяться на стыковую сварку, шовную и точечную сварку изделий. Современный аппарат контактной сварки представляет собой передвижное, стационарное или подвесное устройство. Рабочий ток в таком оборудовании может быть переменным или постоянным.

Используемые электроды для контактной сварки служат для того, чтобы вторичный контур, образующийся из свариваемых деталей, замкнулся, и образовалось ядро свариваемой точки. Дополнительные функции электродов при шовной сварке – перемещение и удерживание свариваемых деталей в процессе сварки. Электроды для точечной контактной сварки – инструмент быстроизнашивающийся. Для производства таких электродов применяется медь и медные сплавы. Это может быть бронза с включением хромоциркония, кадмиевая бронза, бронза хромистая, бронза, легированная добавлением никеля, титана и бериллия или кремний-никелевая бронза.

Один из видов контактной сварки – точечная сварка. При такой сварке детали соединяются между собой по ограниченным местам касания. Детали зажимаются между электродами, соединёнными с источником импульсного тока. Для зажима деталей применяются клещи для контактной сварки, которые являются переносным приспособлением. Переносные устройства для контактной точечной сварки называются по разному – скобы, клещи, пистолеты для точечной сварки и т.д. В основном это переносные сварочные клещи с пневматическим давлением, но для более тонких работ (например, в автомобилестроении) используются специальные пистолеты.

Как работает аппарат точечной сварки?

Для этого способа сварки характерен нагрев места стыка деталей электрическим током, проходящим через них. Обязательно усилие сжатия свариваемых деталей. Детали соединяются и удерживаются клещами или прижимаются друг к другу пистолетом. И клещи, и пистолет соединяются со сварочным аппаратом шлангами, что позволяет передвигаться вдоль свариваемой конструкции во время работы. Под воздействием электрического тока в месте контакта деталей металл плавится и образуется ядро сварной точки диаметром до 20 мм – в зависимости от проводимых работ. Использование специальной аппаратуры позволяет создавать до 600 точечных соединений в минуту.

Аппарат контактной сварки

Машины и аппараты для контактной сварки служат для сваривания арматурной и проволочной сетки, металлических шкафов, стальной трубы и других изделий из тонких листов металла и проволоки. Аппарат контактной сварки способен выполнять точечную, а также многоточечную сварку металла, стыковую и тавровую сварку трубы и прутка.

Что это

  • Контактная сварка (сварка сопротивлением) – это один из способов электрической сварки, нагрев при котором осуществляется за счет выделения теплоты преимущественно в местах соприкосновения соединяемых деталей при прохождении через них электрического тока.
  • Способ контактной сварки относится к сварке давлением, к которой относятся различные способы сваривания деталей с использованием механического усилия для сжатия соединяемых деталей с целью получения прочного единого соединения.
  • Технология контактной точечной сварки сегодня нашла широкое применение в различных отраслях промышленной индустрии – от изготовления фурнитуры до авиастроения.
  • Преимущество такой технологии заключается в высокой степени автоматизации и производительности с возможностью получения качества сварных соединений и культуре производства. Повысить производительность рабочего процесса можно также, если применить многоточечную сварку. Оборудование контактной сварки с таким принципом, легко встроить в автоматический конвейер или линию.

Аппарат точечной контактной сварки пользуется особенной востребованностью в массовом изготовлении стандартизированных штампосварных деталей. Такое оборудование является незаменимым при изготовлении изделий, конструкция которых предусматривает использование арматуры и прутков, проволоки и сетки из проволоки.

Аппарат стыковой сварки осуществляет выполнение сварных соединений деталей по площади соприкосновения. Наиболее распространено сваривание оплавлением. Применяются установки для сварных стыковых соединений проволоки, профиля, прутка, труб разного диаметра и формы.

Контактная точечная сварка своими руками

Аппараты для точечной сварки не так часто используются в быту, как дуговые, но иногда без них невозможно обойтись. Учитывая, что стоимость такого оборудования начинается от $450-$470, рентабельность его покупки вызывает сомнения.

Бытовой аппарат для точечной сварки CBA-1,5AK

Выход из такой ситуации – контактная точечная сварка своими руками. Но, прежде чем рассказать, как самостоятельно сделать такое устройство, давайте рассмотрим, что представляет собой точечная сварка и технологию ее работы.

Кратко о точечной сварке

Данный тип сварки относится к контактным (термомеханическим). Заметим, что к такой категории также относят шовную и стыковую сварку, но их реализовать в домашних условиях не представляется возможным, поскольку для этой цели понадобится сложное оборудование.

Сварочный процесс включает в себя следующие этапы:

  • детали совмещают в необходимом положении;
  • закрепляют их между электродами аппарата, которые прижимают детали;
  • производится нагрев, в результате которого за счет пластического деформирования детали прочно соединяются между собой.

Производственный аппарат точечной сварки (такой как показан на фото) способен в течение минуты совершить до 600 операций.

Оборудование для машинной точечной сварки

Технология процесса

Чтобы нагреть детали до необходимой температуры, на них подается кратковременный импульс элетротока большой силы. Как правило, импульс длится в от 0,01 до 0,1 секунды (время подбирается исходя из характеристик металла, из которого изготовлены детали).

При импульсе металл расплавляется, и между деталями образовывается общее жидкое ядро, пока оно не застынет, свариваемые поверхности необходимо удерживать под давлением. Благодаря этому, остывая, расплавленное ядро кристаллизируется. Рисунок, иллюстрирующий процесс сварки, показан ниже.

Иллюстрация процесса точечной сварки

Обозначения:

  • A – электроды;
  • B – свариваемые детали;
  • С – ядро сварки.

Давление на детали необходимо для того, чтобы при импульсе по периметру ядра расплавленного метала образовался уплотняющий пояс, не позволяющий вытекать расплаву за пределы зоны, где происходит сварка.

Чтобы обеспечить лучшие условия для кристаллизации расплава, давление на детали снимается постепенно. Если необходимо «проковать» место сварки с целью устранить неоднородности внутри шва, усиливают давление (делают это на финальной стадии).

Обратим внимание, что для обеспечения надежного соединения, а также качества шва, предварительно необходимо обработать поверхности деталей в местах, где будет происходить сварка. Это делается для удаления оксидной пленки или коррозии.

Когда требуется обеспечить надежное соединение деталей толщиной от 1 до 1,5 мм, применяют конденсаторную сварку. Принцип ее действия следующий:

  • блок конденсаторов заряжают электротоком небольшой силы;
  • разряд конденсаторов производится через соединяемые детали (силы импульса достаточно для обеспечения необходимого режима сварки).

Такой тип сварки применяется в тех сферах промышленности, где необходимо соединить миниатюрные и сверхминиатюрные компоненты (радиотехника, электроника и т.д.).

Говоря о технологии точечной сварки следует отметить, что с ее помощью можно соединять между собой разнородные металлы.

Примеры самодельных конструкций

В интернете есть много примеров создания аппаратов, производящих точечную сварку. Приведем несколько наиболее удачных конструкций. Ниже показана схема простого устройства для точечной сварки.

Пример принципиальной схемы аппарата

Для реализации нам понадобятся следующие радиодетали:

  • R — переменное сопротивление номиналом 100 Ом;
  • С – конденсатор, рассчитанный на напряжение не менее 25 В с емкостью 1000 мкФ;
  • VD1 – тиристор КУ202, буквенный индекс может быть К, Л, М или Н, можно также использовать ПТЛ-50, но в этом случае емкость «С» необходимо понизить до 1000 мкФ;
  • VD2-VD5 – диоды Д232А, зарубежный аналог – S4M;
  • VD6-VD9 – диоды Д226Б, их можно заменить зарубежным аналогом 1N4007;
  • F – плавкий предохранитель на 5 А.

Необходимо сделать отступление, чтобы рассказать, как изготовить трансформатор TR1. Он изготавливается на базе железа Ш40, с толщиной набора 70 мм. Для первичной обмотки потребуется провод ПЭВ2 Ø0,8 мм. Количество витков в обмотке – 300.

Чтобы сделать вторичную обмотку, понадобится медный многожильный провод Ø4 мм. Его допускается заменить шиной, при условии, что ее сечение будет как минимум 20 мм 2 . Количество витков вторичной обмотки – 10.

Читайте также  Самая лучшая банная печь из трубы

Видео: контактная сварка своими руками

Что касается TR2, то для него подойдет любой из маломощных трансформаторов (от 5 до 10 Вт). При этом на обмотке II, используемой для подключения лампы подсветки «H», должно быть выходное напряжение в пределах 5-6 В, а обмотки III – 15 В.

Мощность изготовленного аппарата будет относительно не высокая, в пределах от 300 до 500 А, максимальное время импульса до 0,1 сек (при условии, что номиналы «R» и «С» будут такими же, как на приведенной схеме). Этого вполне достаточно для сварки стальной проволоки Ø0,3 мм или листового металла, если его толщина не превышает 0,2 мм.

Приведем схему более мощного аппарата, у которого сварочный электроток импульса будет в пределах от 1,5 кА до 2 кА.

Схема аппарата с силой импульса до 2 кА

Перечислим используемые в схеме компоненты:

  • номиналы сопротивлений: R1-1.0 кОм, R2-4.7 кОм, R3-1.1 кОм;
  • емкости в схеме: С1-1.0 мкФ, С2-0,25 мкФ. Причем, С1 должен быть рассчитан под напряжение не менее 630 В;
  • VD1-VD4 диоды – диоды Д226Б, допускается замена на зарубежный аналог 1N4007, вместо диодов можно поставить диодный мост, например, КЦ405А;
  • тиристор VD6 – КУ202Н, его необходимо поместить на радиатор, площадью не менее 8 см 2 ;
  • VD6 – Д237Б;
  • F — плавкий предохранитель на 10 А;
  • К1 – это любой магнитный пускатель, у которого имеется три пары рабочих контактов, а обмотка рассчитана на

220 В, например, можно установить ПМЕ071 МВУХЛЗ AC3.

Теперь расскажем, как сделать трансформатор ТR1. За основу взят автотрансформатор ЛАТР-9, такой, как показан на фотографии.

Используемый за основу автотрансформатор

Обмотка в этом автотрансформаторе насчитывает 266 витков, сделана она медным проводом Ø1,0 мм, ее мы будем использовать в качестве первичной. Аккуратно разбираем конструкцию, чтобы не повредить обмотку. Вал и прикрепленный к нему передвижной роликовый контакт демонтируем.

Дале нам необходимо изолировать контактную дорожку, с этой целью очищаем ее от пыли, обезжириваем и покрываем лаком. Когда он просохнет дополнительно, изолируем всю обмотку, используя лакоткань.

В качестве вторичной обмотки используем медный провод с площадью сечения как минимум 80 мм 2 . Важно, чтобы изоляция этого провода была термостойкой. Когда все условия соблюдены, делаем им обмотку из трех витков.

Настройка собранного устройства сводится к градированию шкалы переменного резистора, регулирующего время импульса.

Рекомендуем перед тем как приступать к сварке, установить опытным путем оптимальное время для импульса. Если длительность будет излишней, детали будут прожжены, а если меньше необходимой — прочность соединения будет ненадежной.

Как уже писалось выше, аппарат способен выдать сварочный электроток силой до 2000 А, что позволяет сваривать стальной провод Ø3 мм или листовую сталь, толщина которой не превышает 1,1 мм.

Виды контактной сварки

Контактная сварка – процесс создания монолитного сварного шва путем расплавления кромок свариваемых деталей электрическим током и последующей деформацией сжимающим усилием. Особое распространение технология получила в тяжелой промышленности и служит для беспрерывного производства однотипной продукции.

Сегодня как минимум один аппарат контактной сварки имеется на каждом заводе, а все благодаря преимуществам технологии:

  • производительность – сварная точка создается не дольше 1 секунды;
  • высокая стабильность работы – однажды настроив устройство оно может работать долгое время без стороннего вмешательства, сохраняя качество работ;
  • низкие затраты на обслуживание – это касается расходных материалов, рабочим элементом служат контактные электроды;
  • возможность работы с машиной специалистов низкой квалификации.

Технология контактной сварки

Простая, на первый взгляд, технология контактной сварки состоит из ряда процедур, обязательных к выполнению. Достичь качественного соединения можно только в случае соблюдения всех технологических особенностей и требований процесса.

Сущность процесса

Для начала стоит разобраться, как работает данная система?

Суть электроконтактной сварки это два неразрывных физических процесса – нагрев и давление. При прохождении через зону соединения электрического тока выделяется тепло, которое служит для расплавления металла. Чтобы обеспечить достаточное выделение тепла сила тока должна достигать нескольких тысяч или даже десятков тысяч ампер. Одновременно с этим на деталь воздействует некоторое давление с одной или обеих сторон, при этом создается плотный шов без видимых и внутренних дефектов.

При правильной организации процесса сами детали практически не подвержены нагреву, так как их сопротивление минимально. По мере создания монолитного соединения сопротивление уменьшается, а вместе с тем и сила тока. Подверженные нагреву электроды сварочного аппарата охлаждаются внедренной технологией с применением воды.

Подготовка поверхностей

Существует множество технологий, которые позволяют обработать поверхность перед использованием контактной сварки. Сюда относят:

  • зачистку от грубых загрязнений;
  • обезжиривание;
  • снятие оксидной пленки;
  • сушку;
  • пассирование и нейтрализацию.

Порядок и сами технологии обуславливаются конкретным процессом и видом заготовок.

В целом, перед началом сваривания поверхность должна:

  • обеспечивать минимальное сопротивление между деталью и электродом;
  • обеспечивать равное сопротивление на всей протяженности контакта;
  • свариваемые детали должны иметь гладкие поверхности без выпуклостей и впадин.

Машины для контактной сварки

Оборудование для контактной сварки бывает:

  • неподвижным;
  • передвижным;
  • подвешенным или универсальным.

Разделяют сварки по роду тока на постоянного и переменного тока (трансформаторные, конденсаторные). По способам сваривания бывают точечные, шовные стыковые и рельефные, о которых мы поговорим чуть ниже.

Все сварочные устройства точечной сварки состоят из трех частей:

  • электросистемы;
  • механической части;
  • водяного охлаждения.

Электрическая часть отвечает за расплавление деталей, контроль циклов работы и отдыха, а также устанавливает текущие режимы. Механическая составляющая представляет собой пневматическую или гидравлическую систему с различными приводами. Если установлен только привод сжатия, то перед нами точечная разновидность, шовные имеют еще и ролики, а стыковые систему сжатия и осадки изделий. Водяное охлаждение состоит из первичного и вторичного контура, разводящих штуцеров, шлангов, вентилей и реле.

Электроды для контактной сварки

В данном случае электроды не только замыкают электрический контур, но и служат отводом тепла от сварного соединения, передают механическую нагрузку, в ряде случаев помогают передвигать заготовку (роликовые).

Такое использование обуславливает ряд жестких требований, которым должны соответствовать электроды. Они должны выдерживать температуру свыше 600 градусов, давление до 5 кг/мм2. Именно поэтому их изготавливают из хромовой бронзы, хромциркониевой бронзы или кадмиевой бронзы. Но даже такие мощные сплавы не способны долго выдерживать описанные нагрузки и быстро выходят из строя, снижая качество работ. Размер, состав и другие характеристики электрода подбираются исходя из выбранного режима, типа сварки и толщины изделий.

Дефекты сварки и контроль качества

Как и при любой другой технологии, сварочные соединения должны подвергаться жесткому контролю, для выявления всевозможных дефектов.

Здесь применяются практически все методы неразрушающего контроля и прежде всего – внешний осмотр. Однако, из-за прижатия деталей, выявить подобным способом дефекты бывает очень сложно, поэтому часть изготовленной продукции отбирается и проводится разрез деталей вдоль шва для выявления погрешностей. В случае обнаружения дефекта партия потенциально дефектной продукции отправляется на переработку, а аппарат калибруют.

Разновидности контактной сварки

Технология создания сварного пятна обуславливает разделение процесса на несколько видов:

Точечная контактная сварка

В данном случае сваривание происходит в одной или одновременно в нескольких точках. Прочность шва состоит из множества параметров.

В этом случае на качество работ влияет:

  • форма и размер электрода;
  • сила тока;
  • сила давления;
  • длительность работ и степень очистки поверхности.

Современные аппараты точечной сварки способны работать с эффективностью 600 сварных соединений в минуту. Подобная технология используется для соединения частей точной электроники, для соединения кузовных элементов автомобилей, самолетов, сельскохозяйственной техники и имеет еще множество других областей использования.

Рельефная сварка

Принцип работы одинаковый с точечной сваркой, но основное отличие заключается в том, что сам сварной шов и электрод имеют схожую, рельефную форму. Рельефность обеспечивается естественной формой деталей или созданием специальных штамповок. Как и точечная сварка, технология применяется практически повсеместно и служит дополняющей, способной сваривать рельефные детали. С ее помощью можно прикреплять кронштейны или опорные детали к плоским заготовкам.

Шовная сварка

Процесс многоточечной сварки, при которой несколько сварных соединений располагаются близко или с перекрытием, формируя единое монолитное соединение. Если между точками имеется перекрытие, то получается герметичный шов, при близком расположении точек шов не герметичен. Так как шов, с использованием расстояния между точками не отличается от созданного точечным швом, подобные аппараты используются редко.

В промышленности более популярным является перекрывающийся, герметичный шов, с помощью которого создают баки, бочки, баллоны и другие емкости.

Стыковая сварка

Здесь детали соединяют, прижимая друг к другу, а затем оплавляют всю плоскость контакта. Технология имеет свои разновидности и разделяется на несколько видов на основании типа металла, его толщины и нужного качества соединения.

Самый простой способ – сварка сопротивлением, подходит для легкоплавких заготовок с малой площадью пятна контакта. Сварка с оплавлением и плавлением с подогревом подходит для более прочных металлов и огромного сечения. Таким способом сваривают части кораблей, якоря и тд.

Выше, описаны наиболее популярные и используемые, но есть и такие виды точечной сварки:

  • шовно-стыковая осуществляется вращающимся электродом с несколькими контактами для замыкания цепи, протягивая заготовку через такой аппарат можно получить негерметичный сплошной шов, состоящий из множества сварных точек;
  • рельефно-точечная деталь сваривается согласно текущего рельефа, однако шов состоит не из сплошного пятна контакта, а из многих точек;
  • по методу Игнатьева в котором сварочный ток протекает вдоль свариваемых частей, поэтому давление не влияет на нагрев изделия и его сваривание.

Обозначение контактной сварки на чертеже

Согласно существующего стандарта условных обозначений точечная сварка имеет следующее обозначение на чертежах:

  1. Сплошной шов. Видимый сплошной шов на общем плане чертежа отмечают основной линией, остальные конструктивные элементы основной тонкой линией. Скрытый сварной сплошной шов обозначен штриховой линией.
  2. Сварные точки. Видимые сварные соединения на общем чертеже отмечают символом “+”, а скрытые не отмечают вовсе.

От видимого, скрытого сплошного шва или видимой сварной точки идет специальная линия с выноской, на которой отмечаются вспомогательные условные обозначения, стандарты, буквенно-цифровые знаки и т.д. В обозначении присутствует буква “К – контактная и маленькая буква “т”-точечная, указывающие на метод выполнения сварки и ее разновидность. Швы, не имеющие обозначения, отмечают линиями без полок.

Вся основная информация подается на линии выноске или под ней, в зависимости от обращенной стороны (лицевая или оборотная). Вся необходимая информация о шве берется из соответствующего ГОСТа, что указывается на сноске или дублируется в таблицу швов.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: