Теория
Основные параметры режима всех способов контактной сварки — это сила сварочного тока, длительность его импульса и усилие сжатия деталей. Теплота в свариваемом металле выделяется при прохождении через него импульса тока длительностью в соответствии с законом Джоуля — Ленца:
За величину принимают сопротивление столбика металла между электродами. При расчёте сварочного тока и времени импульса сварочного трансформатора, — исходный параметр, так как его легко рассчитать, зная материал детали, её толщину и требуемую температуру сварки. При этом сопротивлениями в контактах между деталями и между электродами и деталями пренебрегают.
Согласно закону Джоуля — Ленца увеличение должно увеличивать количество выделяющейся теплоты . Но по закону Ома увеличение не всегда увеличивает количество выделяющейся при сварке теплоты , многое зависит от соотношения и полного сопротивления вторичного контура сварочного трансформатора.
Где — напряжение на вторичном контуре сварочного аппарата, a — полное сопротивление вторичного контура, в которое входит . При увеличении сопротивления уменьшится сила сварочного тока , которая учитывается в законе Джоуля — Ленца в квадрате. Отсюда следуют несколько практических выводов. С ростом общего сопротивления вторичного контура от 50 до 500 мкОм тепловыделение в зоне сварки уменьшается по мере падения примерно в 10 раз. Недостаток тепла компенсируется увеличением напряжения() или времени сварки. Сварочный процесс на контактных машинах с малым сопротивлением вторичного контура (~ 50 мкОм) сопровождается интенсивным ростом нагрева по мере падения в процессе увеличения сварного ядра. При достижении равенства нагрев достигает максимума, а затем, по мере ещё большего снижения (по достижении требуемого размера ядра), уменьшается. Таким образом, сварка на контактных машинах с малым сопротивлением вторичного контура (а их большинство) сопровождается нестационарным нагревом и нестабильным качеством соединений. Уменьшить этот недостаток можно надёжным сжатием зачищенных деталей, обеспечивающим поддержание на минимальном уровне, либо поддерживая высокий уровень за счёт слабого сжатия деталей и разделения импульса сварочного тока на несколько более коротких импульсов. Последнее ещё и экономит энергию и обеспечивает прецизионное соединение с остаточной деформацией 2…5 %.
При сварке на машинах с большим сопротивлением вторичного контура (> 500 мкОм) снижение в процессе сварки практически не влияет на выделение теплоты, нагрев остаётся стационарным, что характерно для сварки на подвесных машинах с длинным кабелем во вторичном контуре. Сваренные на них соединения обладают более стабильным качеством.
Принцип действия точечной сварки
Как уже говорилось выше, точечная сварка – разновидность контактной. При этом сварное соединение образуется посредством нагревания металла с помощью пропускаемого через него тока и пластической деформации сварной зоны под воздействием сжимающих усилий.
За счет наибольшего сопротивления контакта деталей между собой наибольший нагрев происходит именно там. При этом нагрев и плавление металла приводит к появлению литых ядер сварных точек. Как правило, их диаметр составляет 4-12 миллиметров.
Разновидности и аппараты точечной сварки
Методы точечного соединения металла можно разделить на две группы: мягкие и жесткие.
Мягкие режимы отличаются плавным нагревом деталей с помощью умеренного тока (плотность тока на поверхности электродов обычно не превышает ста ампер на квадратный миллиметр). Разогрев происходит за 0.5-3 секунды. Такие режимы характеризуются меньшей потребляемой мощностью (если их сравнивать с жесткими режимами), меньшими нагрузками на электросеть, меньшими требованиями к мощности и цене сварочных машин, меньшей закалкой сварочной зоны. Такие режимы часто используются для сваривания склонных к закалке сталей.
Жесткие режимы отличаются меньшей продолжительностью процесса, более сильными токами и давлением при сжатии деталей. Плотность тока достигает трехсот ампер на квадратный миллиметр при сваривании стали. Время разогрева длится от 0.1 до 1.5 секунд. Давление электродов обычно составляет от 3 до 8 килограмм на квадратный миллиметр. Недостатками таких режимов являются повышенные требовании к мощности аппаратов контактной точечной сварки, большие нагрузки на сеть. Преимущества – меньшее время процесса и большая производительность. Жесткие режимы контактной сварки часто используют для сварки сплавов меди и алюминия, деталей с высокой теплопроводностью, неравной толщины, а также для сварки высоколегированных сталей, так как такие режимы сохраняют их коррозионную стойкость.
Точечная сварка не только надежна, но и выглядит эстетично
Время приложения усилий сжатия и подачи сварочного тока определяются заданной циклограммой процесса соединения металла.
Таким образом, аппараты точечной сварки разделяются по мощности. Существует достаточно большое количество моделей машин для этого не сложного, но в тоже время серьезного процесса — от мощных станков с высокой производительностью до ручных переносных аппаратов.
Преимущества точечной сварки
Этот процесс соединения металла имеет массу преимуществ. К достоинствам метода соединения различных металлов следует отнести:
- Возможность сварки тонких и очень тонких деталей из металлов различной природы (в том числе и дорогостоящих или легкоплавких сплавов). Во многих случаях такая возможность бывает весьма полезной, а аппарат точечной сварки – незаменимой машиной.
- Хорошие прочностные характеристики сварочного соединения, а также хороший внешний вид соединений. Соединения, полученные контактной сваркой, не подвержены старению, структура металла в зоне сварки практически не меняется, за исключением некоторого увеличения размера зерен.
- Высокую производительность контактной точечной сварки. Существуют машины контактной точечной сварки, позволяющие выполнять до восьмисот сварочных точек в минуту.
- Возможность полной автоматизации процесса точечной сварки. Все большее распространение приобретают автоматизированные машины контактной сварки, сварочные роботы и т.д. Это позволяет существенно сократить затраты труда, снизить себестоимость оборудования и повысить продуктивность работы.
- Экономичное расходование электродов, электрической энергии и других материалов. Себестоимость сварных точек также достаточно низка – хотя аппарат точечной сварки стоит достаточно дорого, за счет экономичного расходования материалов, высокой производительности аппарата и длительного срока службы себестоимость этого бесспорно не заменимого оборудования получается низкой.
- Низкие требования к квалификации персонала – для того, чтобы использовать аппарат точечной контактной сварки, вовсе не обязательно быть высококвалифицированным специалистом.
Процесс эксплуатации точечной микросварки, сделанной своими руками
Во время эксплуатации сварочного аппарата не забывайте простое вправило: «Семь раз отмерь – один включи!»
Еще несколько правил, которые пригодятся для правильной работы и долгой эксплуатации прибора:
Во время включения и выключения прибора электроды должны быть сжаты
Иначе вы рискуете сжечь их.
Очень важно заранее продумать систему охлаждения прибора. Особенно это касается аппаратов высокой мощности.
Перед работой важно проверить качество соединения всех элементов сети
А также изоляцию проводов.
Исключите работу с несколькими деталями подряд. Иначе вы рискуете перегреть прибор.
Перед работой проведите тестовый запуск на малой мощности.
10.11.2020
Татьяна Глушакова / автор статьи
Имеет высшее образование: МарГУ, ФМО, специальность лингвист-переводчик. Более 10-летний опыт в переводах текстов по туризму, бизнесу, производству. Отлично разбирается в здоровом образе жизни, диетах, правильном питании и в уходе за телом.
Написано статей
1
Дефекты и причины их возникновения при точечной сварке
Непровар полный или частичный
Непровар полный или частичный, недостаточные размеры литого ядра. Возможные причины: мал сварочный ток, слишком велико усилие сжатия, изношена рабочая поверхность электродов. Недостаточность сварочного тока может вызываться не только его малым значением во вторичном контуре машины, но и касанием электрода вертикальных стенок профиля или слишком близким расстоянием между сварными точками, приводящим к большому шунтирующему току.
Дефект обнаруживается внешним осмотром, приподниманием кромки деталей пробойником, ультразвуковыми и радиационными приборами для контроля качества сварки.
Образование трещин при точечной сварке
Наружные трещины. Причины: слишком большой сварочный ток, недостаточная сила сжатия, отсутствие усилия проковки, загрязненная поверхность деталей и электродов, приводящая к увеличению контактного сопротивления деталей и нарушению температурного режима сварки.
Дефект можно обнаружить невооруженным глазом или с помощью лупы. Эффективна капиллярная диагностика.
Разрывы у кромок нахлестки
Причина этого дефекта обычно одна — сварная точка расположена слишком близко от края детали (недостаточна нахлестка).
Обнаруживается внешним осмотром — через лупу или невооруженным глазом.
Глубокие вмятины от электрода
Возможные причины: слишком малый размер (диаметр или радиус) рабочей части электрода, чрезмерно большое ковочное усилие, неправильно установленные электроды, слишком большие размеры литой зоны. Последнее может являться следствием превышения сварочного тока или длительности импульса.
Определяется внешним осмотром.
Внутренний выплеск (выход расплавленного металла в зазор между деталями)
Причины: превышены допустимые значения тока или длительности сварочного импульса — образовалась слишком большая зона расплавленного металла. Мало усилие сжатия — не создался надежный уплотняющий пояс вокруг ядра или образовалась воздушная раковина в ядре, вызвавшая вытекание расплавленного металла в зазор. Неправильно (несоосно или с перекосом) установлены электроды.
Определяется методами ультразвукового или рентгенографического контроля или внешним осмотром (из-за выплеска может образоваться зазор между деталями).
Наружный выплеск (выход металла на поверхность детали)
Возможные причины: включение токового импульса при несжатых электродах, слишком большое значение сварочного тока или продолжительности импульса, недостаточное усилие сжатия, перекос электродов относительно деталей, загрязнение поверхности металла. Две последние причины приводят к неравномерной плотности тока и расплавлению поверхности детали.
Определяется внешним осмотром.
Внутренние трещины и раковины
Внутренние трещины и раковины
Причины: слишком велики ток или продолжительность импульса. Загрязнена поверхность электродов или деталей. Мала сила сжатия. Отсутствует, опаздывает или недостаточно ковочное усилие.
Усадочные раковины могут возникать во время охлаждения и кристаллизации металла. Чтобы воспрепятствовать их возникновению, необходимо повышать силу сжатия и применять проковывающее сжатие в момент охлаждения ядра. Дефекты обнаруживаются методами рентгенографического или ультразвукового контроля.
Смещение литого ядра или его неправильная форма
Возможные причины: неправильно установлены электроды, не очищена поверхность деталей.
Дефекты обнаруживаются методами рентгенографического или ультразвукового контроля.
Прожог
Причины: наличие зазора в собранных деталях, загрязнение поверхности деталей или электродов, отсутствие или малое усилие сжатия электродов во время токового импульса. Во избежание прожогов ток должен подаваться только после приложения полного усилия сжатия. Определяется внешним осмотром.
Исправление дефектов точной сварки
Способ исправления дефектов зависит от их характера. Самым простым является повторная точечная сварка металлов. Дефектное место рекомендуется вырезать или высверлить.
При невозможности сварки (из-за нежелательности или недопустимости нагрева детали), вместо дефектной сварной точки можно поставить заклепку, высверлив место сварки. Применяются и другие способы исправления — зачистка поверхности в случае наружных выплесков, термическая обработка для снятия напряжений, правка и проковка при деформации всего изделия.
Не каждая конструкция аппаратов точечной сварки позволяет их использовать в бытовых целях. Точечная сварка металлов имеет ограничение по толщине металлов, а также мощности потребляемого электричества из бытовой сети. В следующей статье я расскажу об оборудовании для аргонодуговой сварки.
РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:
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.
Процесс соединения связан с локальным нагревом заготовок с одновременным их прижатием
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.
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.
Оборудование может быть как стационарным, так и переносным
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).
Размеры и форма электродов для контактной сварки различаются в зависимости от применяемого оборудования и свариваемого материала
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.
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.
Процесс соединения связан с локальным нагревом заготовок с одновременным их прижатием
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.
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.
Оборудование может быть как стационарным, так и переносным
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).
Размеры и форма электродов для контактной сварки различаются в зависимости от применяемого оборудования и свариваемого материала
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.
Виды контактной сварки
Хотя принцип действия везде один, ГОСТ 15878-79 выделяет несколько разновидностей контактной сварки. Они определяют размеры соединения, прочность стыка, области применения. Оборудование для разных видов контактной сварки тоже имеет свои особенности.
Точечная сварка
Подразумевает соединение металла путем плавления в одной точке. В зависимости от оборудования и исполнительных механизмов подразделяется на:
- Одноточечную одностороннюю. Проводится споттером, который приваривает медный электрод с обратным молотком к поверхности. Задействуется один электрод с нормальной рабочей поверхностью и кузов авто, выступающий массой. При помощи ударов обратного молотка металл вытягивается на место. Соединение отламывается и пистолет устанавливается в новом месте. Процесс длится до тех пор, пока плоскость кузова авто не будет выровнена. Споттером можно приваривать не только обратный молоток для одноточечного воздействия, но и гребенку, ряд колец, чтобы вытягивать крупные участки одновременно.
- Одноточечную двухстороннюю. Выполняется при помощи клещей, к обоим концам которых подведен ток. Задействовано два электрода с нормальной рабочей поверхностью. Клещи обхватывают деталь и прижимают ее с двух сторон. Соединение лучше прогревается, повышается производительность процесса.
- Одностороннюю многоточечную. Задействовано сразу несколько электродов с каждой стороны и спаренные трансформаторы. Ток подается одновременно на каждый рабочий элемент, поэтому точечное соединение образуется сразу в нескольких местах.
Ролики в сварочных аппаратах контактной сварки могут быть оба ведущими или один ведущий, а второй — ведомый. Последний движется за счет протягивания заготовки. Метод подходит для сборки бочек, емкостей.
Стыковая сварка
Реализуется одним из двух способов: сопротивлением или оплавлением. Стыковая сварка сопротивлением подразумевает подвод тока к двум деталям, сжатым с усилием. В месте стыковки образуется сопротивление и повышенный нагрев. Затем сжатие резко усиливают (происходит осадка деталей) и получается стыковое соединение.
Контактная стыковая сварка оплавлением проводится путем сведения двух заготовок стыками между собой. К деталям подается сварочный ток, разогревающий торцы изделия. После этого силу тока снижают, но продолжают подавать электричество. В местах контакта происходит оплавление и получается сварочное соединение. Если держать стороны сведенными дольше и одновременно подавать сварочный ток, жидкий металл даже выступит наружу из зазора, а шов станет сплошным. Этот метод обеспечивает более прочное соединение и экономию электроэнергии, чем технология соединения сторон сопротивлением. Подходит для сварки арматуры встык.
Подготовка поверхностей
При выполнении контактной сварки качество соединения отчасти зависит от правильности подготовки поверхности. Чтобы стороны надежно сварились между собой, необходимо обеспечить их плотный прижим. Для этого убирают мусор, окалины, грязь и ржавчину в месте стыковки, а также на соседней зоне, расположенной в этой плоскости (там, где выступающий мусор помешает сведению сторон). Коррозию зачищают шлифовальными машинами.
Контактной сваркой разрешено соединять стороны, у которых толщина не отличается друг от друга более чем на 15%. Иначе одна пластина разогреется сильно, а вторая не успеет прогреться — соединение будет слабым, возможны деформации изделия.
Для стыковой сварки методом сопротивления плоские стороны требуется подогнать между собой по форме, чтобы не было просветов. Жаропрочные стали и легированные нуждаются в обезжиривании.
По каким характеристикам выбирать устройство
При выборе оборудования нужно учитывать следующие параметры: рабочие режимы аппарата, мощность, толщину материла, потребление электричества.
Режимы работы аппарата
В зависимости от свойств тока режим функционирования агрегата может быть жестким или мягким.
В первом случае используют ток большой плотности, сварочный цикл меньше 1.5 с. В таком режиме увеличивается производительность, но соединяемые детали нужно сильно сдавливать. Для работы используют электроды, диаметр которых превышает суммарное сечение спаиваемых элементов в несколько раз.
Сварка может выполняться в жестком или мягком режиме.
Во втором случае применяют ток меньшей плотности, цикл сварки увеличивается до 5 с. Это позволяет снизить давление клещей на заготовки и работать электродами, диаметр которых равен толщине деталей.
Мощность напряжения
Сварочный аппарат можно подсоединять к однофазной линии на 220 В и трехфазной на 380 В. Мощность потребления в зависимости от модели может составлять от 3 до 12 кВт. К стандартной электросети не рекомендуется подключать оборудование, работающее с мощностью выше 5 кВт, т.к. проводка может расплавиться.
Толщина свариваемых листов
Этот параметр определяет максимальное сечение деталей, которые можно проварить агрегатом. При спаивании более толстых заготовок получаются некачественные швы.
Обозначение параметра может быть общим или раздельным. Например, в первом случае — «5 мм», во втором — «2,5+2,5 мм», но значение этих параметров одинаковое.
Экономичность потребления
Дешевые агрегаты предназначены для ручного управления. Некоторые модели работают только на максимальной силе тока, т.к. его регулировка не предусмотрена. Сварщик самостоятельно сжимает клещи, следит за периодом соприкосновения электродов, пока не будет выполнен нужный провар.
Мощность сварочного аппарата — это одна из основных характеристик.
Чтобы шов получился качественным, предварительно трансформатор опробуется на черновых заготовках того же сечения, что и основные элементы. Это делается для определения времени прижима. После этого можно переходить к чистовой работе.
Выпускаются модели, на которых сила тока регулируется — синергетическое (микропроцессорное) управление. Это существенно упрощает выполнение сварочных работ. Оператор указывает на панели прибора тип соединения и толщину заготовок. Механизм управления самостоятельно выбирает оптимальные параметры для работы, включает/отключает подачу тока. Задача мастера — только подносить электроды к месту соединения деталей. Но это дорогое оборудование.
Заключение
Методики контактной сварки выгодно отличаются от других технологий электросварки. При использовании КС сохраняется привлекательность внешнего вида готовой продукции, например, изделий для вагоностроения или авиапрома.
Для проведения работ с аппаратурой КС не требуется высокий уровень квалификация исполнителей, при этом следует отметить повышенную безопасность для оператора в процессе сварки, высокую культуру производства и санитарно-гигиенические условия труда, соответствующие современным требованиям.
Возможность автоматизации и роботизации позволяет получать сварные узлы стабильно высокого качества без влияния человеческого фактора, что позитивно сказывается на снижении себестоимости изделий при крупносерийном производстве.
