Практически все известные строительные материалы могут быть соединены в единое изделие: различные виды конструкционной стали, легированная сталь, жаропрочные и коррозионностойкие сплавы, сплавы алюминия с другими металлами, магнием и титаном и т.д.
Что такое контактная сварка
Контактная сварка (или электросварка) — это распространенный процесс сварки, часто используемый для соединения тонких листов или небольших одинаковых объектов. В этом процессе соединяемые поверхности кратковременно нагреваются током высокого напряжения и одновременно сжимаются в зоне контакта, образуя сварной шов. Благодаря своей простоте, высокой производительности и низкой стоимости расходных материалов, этот метод часто используется в производстве.
- 1 Принцип работы аппаратов контактной сварки
- 2 Виды контактной сварки
- 2.1 Точечная сварка
- 2.2 Рельефная сварка
- 2.3 Шовная сварка
- 2.4 Стыковая сварка
- 5.1 Меры предосторожности
- 5.2 Подготовка поверхностей
Принцип работы аппаратов контактной сварки
Суть процесса контактной сварки заключается в том, что соединяемые поверхности одновременно пластически нагреваются и механически деформируются. Таким образом, в сварочном аппарате есть два основных узла:
1. механические, которые включают:
- сами электроды (в машинах точечной сварки они выполняются в виде зажимных клещей, в машинах шовной сварки – в виде роликов);
- привод сжатия;
- привод вращения (для роликовых электродов);
- привод зажатия и осадки (для стыковой сварки).
2. электрический. Этот блок состоит из:
- сварочного силового трансформатора;
- регулятора выходного напряжения, который переключает число витков в первичной обмотке трансформатора;
- вторичного контура, через который ток подводится к деталям;
- прерывателя первичной цепи для включения и выключения тока;
- регулятора цикла – устройства, задающего последовательность сварочных операций, их длительность, и регулирующего другие необходимые параметры.
- Пневмогидравлический – содержит фильтры, устройства для смазки движущихся частей, систему, подводящую воздух к приводу сжатия (штуцера, воздушные клапаны, вентили) и систему регулировки давления;
- Блок водяного охлаждения аппарата.
Принцип работы заключается в том, что поверхность контактной сварки прижимается или прокатывается между двумя медными электродами, к которым подводится ток низкого напряжения и высокой мощности. В некоторых машинах ток может достигать десятков тысяч ампер. Напряжение на вторичной обмотке низкое, менее 15 В. Сила сжатия между электродами составляет от сотых долей Ньютона до 100 килоньютонов.
Основными преимуществами этого метода являются:
- быстрота – обработка одного точечного или стыкового соединения занимает доли секунды;
- экономичность – не требуется кислород, защитный газ, присадка, почти не расходуются вода и воздух, медленно изнашиваются электроды;
- простота – возможность получить прочный и надежный шов при малом числе контролируемых параметров, что под силу даже неопытным сварщикам;
- безопасность – воздух не загрязняется вредным дымом, риск возгорания сведен к минимуму;
- возможность легко автоматизировать процесс и поставить его на поток.
К недостаткам метода относятся:
- дорогостоящее оборудование;
- необходимость применения тока большой силы (свыше 1000 А);
- сложную технологию многоточечной сварки или сварки нескольких швов одновременно.
Кроме того, этот метод не всегда подходит для соединения поверхностей из разных металлов или сплавов, а также для металлов с низким контактным сопротивлением (например, меди).
Виды контактной сварки
Существуют различные виды контактной сварки — точечная, проекционная, шовная и стыковая — каждый из которых имеет свою область применения.
Точечная сварка
Точечная сварка — самый популярный процесс, используемый как в промышленности, так и в быту для соединения небольших деталей или листов толщиной менее 4-5 мм. В этом процессе соединяемые поверхности слегка перекрываются путем зажатия их между двумя коническими медными электродами. Металл размягчается только непосредственно в месте контакта с электродами и образует сварное пятно диаметром несколько миллиметров.
Точечная сварка является наиболее популярным методом
Точечная сварка выполняется либо с одной стороны, либо с обеих сторон. Односторонний метод имеет меньшую прочность соединения, но позволяет одновременно выполнять несколько точечных сварных швов. В этом заключается принцип работы многоточечных машин.
Существует два способа такой обработки металлов: мягкий и твердый. Мягкий режим подходит для соединения закаленной стали. Через заготовки проходит электрический импульс относительно слабого тока и большой длительности (от 0,5 секунды до нескольких секунд). Нагрев происходит более равномерно, а мощность ниже. Он также подходит для бытового использования.
Читайте также. Инструкция первая Можно использовать и в домашних условиях.
При обработке в жестком режиме сила тока, а также сила давления сварочного пистолета выше, чем в предыдущем случае, длительность импульса составляет десятые или сотые доли секунды (в зависимости от толщины соединяемых поверхностей). Этот процесс чаще всего используется в производстве благодаря своей высокой производительности (время, необходимое для обработки точки сварки, очень мало). Он используется для соединения цветных сплавов (медь, алюминий), высоколегированной стали и листов различной толщины.
Рельефная сварка
Точная сварка сопротивлением — это разновидность точечной сварки, при которой на соединяемых деталях выдавливаются выступы или рельефы. Форма рельефа может быть различной и зависит как от размера, так и от толщины точечного сварного шва.
Процесс заключается в зажатии деталей между двумя плоскими электродами, на которые затем подается напряжение. Металл нагревается только в местах контакта между деталями, т.е. на выступах. Поскольку выступы могут быть подготовлены заранее, обеспечивается высокая производительность: большое количество мест сварки обрабатывается за короткое время.
Еще одним преимуществом процесса является длительный срок службы электродов, которые медленно изнашиваются благодаря своей форме, имеющей большую площадь контакта. Основной недостаток заключается в том, что для контактной сварки требуется тяжелая машина.
Шовная сварка
Сварка сопротивлением, также называемая роликовой сваркой, — это процесс, при котором соединяемые листы прокатываются между двумя дискообразными электродами. В результате получается сварной шов, состоящий из нескольких отдельных точек сварки. Сварной шов может быть непрерывным или прерывистым. Это зависит от того, подается ли ток на электроды непрерывно или короткими импульсами.
Общая информация
Что такое контактная сварка? Что именно лежит в основе этой технологии? В этом процессе металлические детали соединяются вместе. Процесс осуществляется путем нагрева контактных поверхностей деталей высоким электрическим током. Кроме того, для улучшения процесса сварки применяется давление, прижимающее детали друг к другу, после чего свариваемая область расплавляется и остывает.
Контактная технология обычно используется для аналогичных продуктов. Принцип действия основан на преобразовании электрического напряжения в тепловую энергию в соединении, которая вместе с давлением создает прочное соединение. Использование электричества значительно облегчает отопление. При сварке необходимо создать необходимое давление для обеспечения хорошего контакта между поверхностями.
Осторожно! Давление, оказываемое во время контактной сварки, создается определенными механическими частями сварочного оборудования. Если техника выполнена по всем правилам искусства, вы получите прочный, качественный и ровный сварной шов.
Преимущества и недостатки
Контактная сварка нержавеющей стали и других металлов является очень востребованной технологией. Он используется в различных отраслях промышленности, и его широкое применение обусловлено рядом преимуществ:
- Использование этого метода сваривания обеспечивает высокую скорость. По сравнению с другими сварками контактная технология создает прочный шов достаточно быстро.
- Одна сварочная точка может создаваться за 0,1 секунды. Если выполнить нехитрые расчеты, то можно будет узнать, что профессиональный сварщик за 1 минуту способен будет сделать до 600 соединений.
- Для выполнения контактного сварочного процесса не нужно использовать электроды, присадочную проволоку, флюсы и другие расходные материалы. Это позволяет существенно сэкономить финансы.
- Деформирование металла не большое. Оно наблюдается только в местах точек.
- Процесс сваривания контактным способом достаточно простой, с ним смогут справиться даже новички и специалисты со средней квалификацией.
- Контактные электроды изнашиваются длительное время, они имеют длительный срок службы.
- При проведении сварочных работ риск возгорания совсем минимальный, по этой причине этот метод считается самым безопасным.
- Контактная технология не оказывает вредного воздействия на здоровье человека и окружающую среду. Поэтому ее называют экологически чистой.
Однако существуют некоторые недостатки, которые необходимо учитывать при контактной сварке:
- для проведения сварочных работ требуется дорогостоящее оборудование, которое может себе позволить не каждый;
- стоит учитывать, действие тока при контактной сварке должно быть высоким — от 1000 Ампер. Это означает, что питание от электрических станций или других источников электроэнергии должно быть мощным;
- швы, выполненные при помощи контактного метода, обладают не такой герметичностью, как, к примеру, соединения сделанные технологиями с использованием электродов;
- сварщик при проведении контактной сварки обязательно должен тщательно следить за напряжением в области сваривания, оно не должно быть чрезмерным.
Принцип работы оборудования
Для контактной сварки может использоваться различное сварочное оборудование. В зависимости от обстоятельств оборудование может быть подвесным, стационарным или переносным. Часто это узкоспециализированные машины, но на рынке представлены и машины общего назначения.
Контактная сварка нержавеющей стали и других металлов требует специальной подготовки и навыков сварщика, поэтому она часто используется в производстве. Особенно популярна электросварка, тогда как ручные методы используются гораздо реже; это оборудование обычно можно встретить в механических цехах и на строительных площадках.
Это заслуживает внимания! Каждый сварщик должен знать о воздействии электрического тока, используемого при контактной сварке. Как упоминалось ранее, он должен быть не менее 1000 ампер, желательно больше. Это значение обеспечивает высокую скорость и производительность процесса сварки.
Машина контактной сварки состоит из следующих важных компонентов:
- Механические элементы. Они помимо электродов включают компоненты для сжатия свариваемых частей, роликов. На стационарных приборах для создания требуемого давления, проката металлических заготовок применяется гидравлика.
- В основе электрической части лежит трансформатор сварочного типа. Также в ее состав входят прерыватели цепи и другие необходимые компоненты, которые подают ток к сварной зоне, создают требуемое напряжение в режиме переменного или постоянного тока.
- В сложном оборудовании предусмотрено много электроники, которая позволяет применять разные режимы контактной технологии. Также при помощи него можно регулировать ток контактной сварки и другие важные операции.
Технология контактной сварки
При контактной сварке металлические поверхности нагреваются до температуры плавления металла за счет тепла, выделяемого при прохождении сильного электрического тока от одной детали к другой.
В то же время соединенные детали прижимаются друг к другу, чтобы нагретые участки металла проникли внутрь и сплавились. Это создает линзовидное ядро точечного сварного шва, диаметр которого составляет 4-12 мм.
Особенностями инверторной точечной сварки являются:
- незначительной продолжительности сваривания: 0,1-2 секунды;
- мощном сварном токе: более 1000А;
- низком напряжении в сварочной цепи: 1-10В, обычно 2-3В;
- значительном усилии сжимающего места соединения: 20-200 кг;
- небольшой зоне расплавления.
Побочное замечание! Изделия из низкоуглеродистой стали можно сваривать без расплавления сердцевины, но такие соединения ненадежны, поэтому этот вид сварки применяется очень редко.
Согласно общей классификации, контактная сварка относится к термомеханическим процессам.
Все технологические операции можно разделить на несколько последовательных этапов:
- детали из металла совмещают в нужном положении, размещают между парой электродов и крепко сжимают друг к другу;
- детали нагревают с помощью электрического тока, приводящего их в состояние актуальной пластичности, деформируют, добиваясь плотного соединения металлических кромок.
На промышленном предприятии частота сварки достигает 600 сварочных точек в минуту, точечная сварка в домашних условиях происходит медленнее.
Если вы выполняете точечную сварку самостоятельно в домашней мастерской, важно поддерживать следующие параметры постоянными:
- скорости перемещения сварочных электродов;
- уровня величины давления на детали до достижения полной контактности свариваемых деталей.
Не менее важно обеспечить безопасность при точечной сварке:
- все электрические и соединительные провода должны быть надежно изолированы;
- сварщик обязательно должен носить специальные защитные рукавицы, предохраняющие руки от возможных ожогов;
- лицо мастера должно быть защищено от попадания искр или брызг металла при помощи маски;
- сварные работы должны проводиться на площади без легковоспламеняющихся либо огнеопасных предметов, материалов, расположенных поблизости;
- если в помещении присутствуют деревянные полы, их стоит защитить от риска возгорания при помощи изоляционного материала в рулонах;
- стоит подготовить средства для тушения возгораний перед началом сварки своими силами, дабы при возгорании максимально быстро устранить проблему;
- комнату, где проводится работа, потребуется хорошенько проветривать время от времени во избежание отравления мастера вредными газами, выделяемыми в процессе проведения операции.
Особенности сварного процесса
Точечная сварка предполагает подачу короткого импульса тока на соединение металлических деталей, длительность которого варьируется от 0,01 до 0,1 секунды.
Это приводит к тому, что края кусков расплавляются и образуют общий стержень в области перекрытия электродов. После подачи тока изделия охлаждаются под давлением, чтобы эта сердцевина кристаллизовалась и полностью остыла.
Основные процессы контактной сварки:
- точечный метод;
- шовный или роликовый способ;
- стыковая контактная сварка.
Этот вид сварки характеризуется тем, что не требует повышенных мер безопасности. Прижимая компоненты друг к другу, между ними создается зона уплотнения без выплескивания расплавленного металла.
Однако стоит снимать давление с деталей с определенной задержкой, чтобы они лучше кристаллизовались, поддавались ковке и устранялись неровности.
Преимуществами точечной сварки являются эффективность, высокая механическая прочность швов и возможность автоматизации операций. Недостатками точечной сварки является недостаточная герметичность получаемых сварных швов.
Подготовка обеспечивает высокое качество сварных швов. Компоненты очищаются от всех видов загрязнений с помощью специальных щеток, пескоструйной обработки, кислотного травления и других процессов.
Важно провести сборку перед сваркой, чтобы металлические детали точно и плотно прилегали друг к другу.
В противном случае расстояние между деталями уменьшится и часть давления, оказываемого на них, будет поглощена, давление схватывания уменьшится и произойдет разброс в прочности сварных точек. Это приводит к общему снижению прочностных характеристик сварного шва и делает его восприимчивым к негативным внешним воздействиям.
Режимы осуществления технологии
В зависимости от свойств возводимой стальной конструкции выбирается соответствующий процесс контактной сварки.
Каждый случай должен анализироваться индивидуально:
- для соединения двух деталей в одно изделие по всей площади поверхности подойдет стыковая сварка сопротивлением;
- для сваривания металлических изделий в отдельных точках применяется точечный способ;
- для соединения деталей из металла по заранее имеющемуся рельефу шва подойдет шовный способ.
Также важной задачей сварщика является проверка сварочного оборудования при работе со стальными конструкциями. Очень важно проанализировать, подходят ли выбранные параметры станка для выполнения поставленной задачи.
Важно выбрать правильный режим сварки:
- Мягкий режим. Применяется при умеренной силе тока и плотности на электрод до 100 а/мм2. Характеризуется более продолжительным сварным процессом, плавным нагревом металлических поверхностей, низкой мощностью. Но при этом сварщик может уменьшить мощность сварного агрегата, потребляемую от электросети, что позволит в целом снизить нагрузку на сеть.
- Жесткий режим. Используется для сталей высокой прочности при большом давлении при плотности до 300 а/мм2 и отличается повышенным уровнем мощности, высокой загрузкой электросети, повышенной стоимостью. К достоинствам жесткого режима относят незначительную продолжительность сварочных работ и высокую производительность труда.
Мягкий режим важен как для высокоуглеродистых, так и для легированных сталей.
При контактной точечной сварке важно следовать процедуре, выбирать правильный режим и убедиться, что оператор знаком с преобладающими условиями, чтобы избежать некачественных сварных швов. Могут возникать различные дефекты, наиболее опасным из которых является несваренная область, где литейный сердечник отсутствует полностью или имеет лишь крошечный размер сердечника.
Важно не только знать, как выполнять точечную сварку, но и как улучшить прочностные характеристики изготовленной конструкции после завершения работ. Это требует термической обработки металлического изделия.
Нагрев металла в контактном процессе соединения металлических деталей высоким пониженным или электрическим током сразу после завершения работы устраняет внутренние напряжения, возникшие в процессе работы.
Кроме того, качественная термическая обработка полученного сварного шва способствует улучшению структуры соединения и разрушению опасного мартенсита, что в целом многократно увеличивает срок службы металлических деталей.
Дефекты сварки и контроль качества
Несмотря на отсутствие шва в классическом понимании, шов может иметь дефекты. Одним из них является разрушение во время сварки. Наконечник обеспечивает склеивание сторон, но при динамической нагрузке «клея» оказывается недостаточно, и соединение рассыпается. Чаще всего причиной такого отказа является слишком короткий импульс сварочного тока или слишком низкий ток.
«Аналогичным дефектом является точечный сварной шов уменьшенного диаметра. Соединение производится путем смешивания материалов на плоскости кристаллической решетки, но диаметр пятна недостаточен для удержания под нагрузкой граней определенной толщины и веса.
Противоположная неисправность — перегрев материала. Если применяется более высокий сварочный ток или изделие перегревается пистолетом, то место сварки может сильно нагреться. Это приводит к уменьшению толщины металла в зоне контакта, боковому выбросу жидкого металла и деформации поверхности. Сильный перегрев может привести к ожогам, образованию отверстия вместо места сварки.
Контроль качества осуществляется визуально. Сварщик или уполномоченное лицо осматривает места сварки с помощью лупы на наличие трещин, деформаций и выступов металла.
Образцы должны быть исследованы с помощью разрушающих испытаний. Сваренные точечной сваркой стороны отделяются зубилом и молотком, поворачиваются молотком и отламываются ломом. После отсоединения осматриваются боковые стороны. В качественном шве видны следы растрескавшегося металла, а структура однородная, без пор и трещин. После определения способа, которым соединение было выполнено с приемлемым качеством, принимаются аналогичные меры предосторожности для серийного производства.
Машины для контактной сварки
Аппараты контактной сварки могут быть ручными (переносными), подвесными, настольными или напольными. Все они доступны:
Источник видео: Telwin Viet Nam
Сварочные пистолеты подходят для сборки кузовов автомобилей и деталей транспортных средств, чтобы добраться до труднодоступных мест. Эти машины легко транспортировать, а также работать в полевых условиях. Машины контактной сварки востребованы в мастерских и производственных цехах для серийного производства. Они повышают скорость производства и качество соединений. Существуют версии с полностью ручным управлением (время сжатия задается оператором) и с автоматическим управлением (после установки силы тока и длительности импульса аппарат сжимает заготовку и выполняет сварку).
При выборе аппаратов контактной сварки обратите внимание на следующие параметры:
При выборе также обратите внимание на размер рукояток сварочного пистолета. Длина определяет, на каком расстоянии от края листа может быть выполнен сварной шов. Высота раскрытия щипцов влияет на возможность работы на неровных конструкциях с выступающими частями.
Марка оборудования также важна. Практический опыт показывает, что оборудование марки Foxweld и Telwin надежно работает даже в самых сложных промышленных условиях.
Расходные материалы
Из расходных материалов для аппаратов контактной сварки и сварочных пистолетов только медные электроды требуют замены чаще всего. Несмотря на то, что снаружи они выглядят как медные, на самом деле они отлиты из бронзы с кадмиевым или хромовым покрытием. Расходные материалы рассчитаны на температуру 600 градусов и давление 5 кг/мм².
Во время работы они перегреваются, плавятся и деформируются. При замене электродов выбирайте электроды одинаковой длины и диаметра. Иногда может потребоваться замена комплекта кронштейнов. В этом случае можно купить такие же или с большей длиной и высотой проема. Существуют манипуляторы с воздушным и водяным охлаждением.
Сварочный процесс
Независимо от технологии, используемой для сварки стали, меди, нержавеющей стали и других металлов, процесс включает в себя несколько этапов.
- Для более плотного соприкосновения деталей поверхности нужно предварительно обработать, так напряжение электроэнергии будет одинаковым по всей поверхности. Для получения ровной поверхности материал обрабатывают механическими способами.
- После чего детали помещают в специальные зажимные клещи сварочной установки. Прижать детали можно и вручную, но из-за недостаточного давления качество шва будет хуже.
- На свариваемые детали поступает электрический импульс, который преобразуется в тепло и плавит металл – образуется ядро. Так как на поверхности оказывается давление, выплескивание ядра не происходит.
- После того как ток был отключен, остывшее ядро образует сварочный шов. Если варить правильно с соблюдением технологии, то прочность шва не будет уступать прочности металла.
Дополнительно
- Для работы с большими деталями или труднодоступными местами применяют сварочные пистолеты или переносные клещи.
- При сварке алюминия используются специальные электроды с наконечниками – это нужно для того, чтобы избежать образования вмятин на поверхности.
- Точечную сварку иногда приходится убирать при помощи высверливания, например, для ремонта автомобилей. Для этого есть специальные фрезы или сверла для высверливания.
- Для бытовых работ обычно приобретают компактных аппараты с регулятором мощности. Самый востребованный – это споттер. У него низкая цена, в конструкции отсутствуют зажимные клещи, а импульс передается через вывод, подводимый сразу к электроду и детали.
- Перед началом сварки можно потренироваться в подборе оптимального импульса. На таймере аппарата для точечной сварки можно менять длительность импульса, для разных материалов он будет разный (например: для проволоки 2 – 3 миллиметра нужен не сильно длинный импульс, иначе возможен прожог; а для соединения арматуры чуть больше, чтобы место сварки было прочным).
Возможные дефекты
В процессе работы могут возникнуть дефекты, которые негативно влияют на конечный результат.
- Прожог – этот дефект появляется из-за большого напряжения, из-за продолжительного импульса или при сильном сжатии деталей. Перегретый металл начинает стекать, образуется отверстие, в итоге сваренные края можно легко оторвать. Чтобы избежать этого, нужно уменьшить силу подачи электрического тока и силу прижима.
- Расплескивание металла – в процессе работы из точек соединения начинают вылетать искры. Возникает это из-за сильного сжатия элементов или из-за слабой подачи импульса длительное время. Металл начинает выходить за контуры «ядра», а в этом месте образуются пустоты – прочность соединения нарушается.
- Непровар – появляется из-за слабо-подаваемого тока, недостаточной силы прижима или ослабленных щипцов. Возникает непровар, если места сварки находятся рядом.
- Уменьшение размера сварки – возникает из-за непродолжительного импульса либо детали были не плотно сжаты.
Этот дефект приводит к появлению в суставе множества микроточек — такой шов нельзя назвать прочным.
В следующем видеоролике вы можете увидеть новейший процесс точечной сварки металлических объектов.
