Электроды для контактной сварки

Особенности и принцип точечной сварки для выбора трансформатора

Метод точечной сварки применяют и на производственных площадках, и в кустарных мастерских. На производстве эту технологию применяют для работы с листовыми заготовками из разных марок металла – черного, цветного, нержавеющего и пр. С помощью точечной сварки обрабатывают детали разной формы и размеров, кроме того, на оборудовании такой сварки изготавливают пересекающиеся стрежни.

В домашней мастерской такую технологию применяют для выполнения ремонта бытовой техники, в т.ч. автомобильной, электрической, например, для наращивания силового кабеля. Надо отметить то, что способ точечной сварки включает в себя несколько последовательных операций, причем, эти операции одинаковы и для промышленного, и для бытового оборудования. На первом этапе заготовки, выполненные из металла, соединяют между собой в заданном пространственном положении. Для их фиксации могут быть использованы обыкновенные строительные струбцины или друга технологическая оснастка.

Затем, соединенные детали помещают в рабочую зону оборудования, в пространстве между электродами. После этого их приводят в движение, начинается сжимание заготовок и подача электрического тока с определенными характеристиками. Подаваемый ток, выполняет нагревание металла до определенной температуры, в результате, этого будет произведена необходимая деформация заготовок. В промышленных условиях применяют автоматические установки точечной сварки, в условиях мастерской чаще применяют полуавтоматические сварочные аппараты. Некоторые виды оборудования позволяют получать до 600 сварных контактов в минуту. Еще один способ точечной сварки — это лазерная. Ее применение обеспечивает высокое качество, получаемых швов.

Смысл сварки этого типа заключается в следующем: После сильного нагрева заготовок происходит их оплавление и происходит образование однородной структуры (шва).

Именно она обеспечивает требуемый нагрев. Кроме того, важную роль играет и сила, с которой заготовки прижимают друг с другом. Именно в результате этого происходит кристаллизация металлической структуры. Импульсная сварка гарантирует максимальную прочность стыков, при практически полной автоматизации сварочного процесса. Но главный недостаток такой технологии это невозможность обеспечения 100% герметичности заготовок между собой.

Состав и свойства электродов

Самое важное свойство в разделении сварных расходников по типу сварки, для которого они пригодны. Необходимо рассматривать самые широко используемые из них

Для точечной сварки

При таком способе соединения в качестве шва выступает точка размером с диаметром рабочей поверхности стержня. Чаще всего это металлический электрод с основой из меди, изготовленный в соответствии с ГОСТом-14111-90. Окружность его изменяется от 10 до 40 мм.

Для выполнения работ необходимо точно подобрать его размер и тип рабочей поверхности:

• цилиндрический;
• конический;
• сферический или со скошенным рабочим концом;
• с переходным цилиндрическим участком;
• сплошной или составной.

Это происходит при увеличении рабочей зоны более чем на 20% от первоначального габарита.

Преимуществами подобного вида сварки стали:

• простота выполнения;
• эстетика сварочного пятна;
• высокая производительность;
• использование инверторов в процессе работы.

Недостатком считается низкая герметичность шва.

Для ручной дуговой

В этом случае следует рассматривать характеристики обмазки, которая применяется для стабилизации дуги во время выполнения операции. Каждая из классификаций сварочных электродов здесь предусматривает каждую особенность как материала свариваемых деталей, так и свойства покрытия, позволяющего выполнить наиболее качественный шов.

Среди электродов для дуговой сварки выделяются самые популярные:

1. Легированные, с химическими добавками для улучшения эксплуатационных характеристик. У подобного инструмента в маркировке имеется буква Т.
2. Если в названии стержня есть литера У, то в процессе производства использованы металлы с повышенным содержанием углерода. Подобные соединения увеличивают механическую прочность соединения на разрыв до 600 МПа.
3. Популярны электроды из конструкционной стали, помечаемые знаком Н. Они предназначены для напайки металлов для усиления специализированных эксплуатационных качеств соединения.

Другие виды

Для ручной и электродуговой сварки существуют не только электроды в виде отдельных стержней.

В зависимости от потребностей и условий работы в качестве расходников можно применять:

1. Сварочную проволоку из медного, алюминиевого сырья. Она изготавливается в соответствии с ГОСТом 2246-70, который допускает 77 разновидностей сердечников – низкоуглеродистых, низко- и высоколегированных, цветных металлов. Толщина стержня составляет 0,3-12,0 мм в случае ручного применения, до 3 мм для полуавтоматов и 2,5 мм для автоматической сварки. Для наплавочных работ есть более толстые виды проволоки. Для прочности и чистоты шва, повышения устойчивости горения дуги и уменьшения разбрызгивания окалины рекомендуется использовать омедненные типы изделий.
2. Следующая разновидность материала для сварки – порошковая, флюсовая или самозащитная проволока. Ее используют в полуавтоматических аппаратах в виде металлической оболочки с наполнением из ферросплавов, минералов, химикатов, рудных пород. Этот компонент предназначен для защиты стыка из железа от окисления, легирования, раскисления соединения и стабилизации дуги. С помощью этой технологии появилась возможности отказаться от применения газовых баллонов.

Рельефный метод

Рельефная сварка нередко применяется в автомобильной промышленности для соединения кронштейнов с листовыми элементами (в частности, рельефным способом крепятся скобы к автомобильному капоту и дверные петли к кабине), а также для фиксации стандартных крепежных изделий — шпилек, болтиков, гаек.

Вне зависимости от типа сварки, поверхности заготовок необходимо очищать от грязи, коррозии, горюче-смазочных материалов. Однако рельефная сварка требует дополнительной подготовки изделий. На них должны быть сделаны с помощью спецоборудования достаточно сложные по форме (допустим, круглые или продолговатые) выступы.

Состав и характеристики

Технологические свойства электродов определяет их химический состав. В зависимости от состава, стержни обеспечивают качественное соединение при работе со сталями и конструкциями, использующимися в определенных условиях. Основными компонентами, содержащимися в электродах, являются:

• углерод;
• марганец;
• фтор;
• сера;
• фосфор и т. д.

Электроды могут содержать такие элементы как ванадий, медь и др. Они придают стержням нужные качества, для обеспечения надежного соединения металлов.

Основными характеристиками электродов, на которые следует обращать внимание при работе, являются такие параметры как коэффициент наплавки, производительность, расход, тип покрытия, текучесть и сопротивление. Ознакомившись с этими характеристиками, опытные мастера могут сделать вывод, насколько эффективны электроды будут в работе

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.

Принцип работы аппаратов контактной сварки

Сущность метода контактной сварки состоит в том, что скрепляемые поверхности одновременно нагреваются до пластичного состояния и подвергаются механической деформации. Поэтому основных блоков в сварочном аппарате два:

1. Механический, включающий в себя:

• 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. Данный 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.

Вспомогательные блоки:

• 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 область контактной сварки сжимается или прокатывается между двумя медными электродами, к которым подведен ток малого напряжения и большой силы. В некоторых аппаратах сила тока может достигать десятков тысяч ампер. Напряжение во вторичной обмотке низкое, и составляет менее 15 В. Сила сжатия между электродами варьируется от сотой доли 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 способа относят:

• 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 малым переходным сопротивлением (таких, как медь).

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.

Технология

Суть сварки электродом заключается в том, что на металл происходит воздействие высокой температуры. Между электродом и металлической поверхностью возникает дуга, происходит плавление и образование сварного шва. Однако, получить качественный, прочный и красивый сварной шов можно только изучив все тонкости того, как правильно варить сваркой электродами и типы швов, а так же, как правильно вести электрод при сварке металла.

Сварка одиночными электродами состоит из следующих этапов:

1. Выбор электрода.
2. Установка тока необходимой величины.
3. Поджог дуги.
4. Определение с расположением электрода.
5. Выбор, как вести электрод при сварке.
6. Формирование шва.
7. Контроль зазора.
8. Выявление дефектов и их ликвидация.

Повышенную трудность представляет собой сварка тонкого металла. Она заключается в опасности появления прожогов. Этот дефект относится к категории недопустимых, поскольку значительно снижает прочность конструкции. Чтобы уменьшить температуру свариваемого материала, следует величину тока сделать минимальной. Сварку надо вести с обратной полярностью. Шов следует делать прерывистым.

Сильное коробление шва предотвратит перемещение электрода в разные зоны, чтобы дать возможность небольшого остывания на предыдущем участке. Если металл не просто тонкий, а очень тонкий, то придется прибегать к непопулярному методу – периодическому прерыванию дуги. При окончании процесса сварки следует заварить кратер.

После окончания формирования шва необходимо выявить наличие дефектов. Наружные изъяны можно определить внешним осмотром. Применение лупы с большим увеличением поможет найти микродефекты. Для определения внутренних дефектов существует контроль с применением специальных приборов. Имеется возможность обратиться в лаборатории, специализирующиеся на контроле сварных соединений, в которых работают профессиональные сотрудники, и имеется оборудование, проходящее обязательную поверку.

Особенности сварного процесса

При точечном сваривании к месту соединения металлических деталей применяется кратковременный импульс электрического тока, длительность которого меняется в пределах 0,01-0,1 секунды.

При этом в зоне наложения электродов кромки изделий расплавляются, приобретают общее ядро. После подачи тока детали остывают под давлением для кристаллизации этого ядра, а также его полного остывания.

Технические данные машин контактной сварки.

Основные способы контактной сварки:

• точечный метод;
• шовный или роликовый способ;
• стыковая контактная сварка.

Особенности такого вида сварки заключаются в том, что он не требует повышенных мер безопасности. Прижатие деталей друг к другу приводит к образованию уплотняющего пояска между ними без выплеска расплавленного металла.

Но давление с деталей стоит снимать с некоторой отсрочкой, чтобы обеспечить им лучшую кристаллизацию, проковывание и добиться устранения неоднородностей.

Достоинства точечной сварки ‒ экономичность, высокая механическая прочность швов, возможность автоматизировать рабочие процессы. Недостатки контактной сварки заключаются в отсутствии герметичности созданных сварочных швов.

Обеспечить сварные швы высоким качеством позволит предварительная подготовка. Детали очищаются от всех видов загрязнений при помощи специальных щеточек, методом опескоструивания, травления в кислотах, а также иными способами.

Сборку перед сваркой важно выполнить таким образом, чтобы она обеспечила точное и плотное прилегание металлических изделий друг к другу. В противном случае, зазор между деталями уменьшит и поглотит часть давления на них, осадочное давление снизится, появится разброс прочности сварных точек

В целом, это снизит прочностные характеристики сварного шва, сделает его уязвимым для негативных факторов извне

В противном случае, зазор между деталями уменьшит и поглотит часть давления на них, осадочное давление снизится, появится разброс прочности сварных точек. В целом, это снизит прочностные характеристики сварного шва, сделает его уязвимым для негативных факторов извне.

Технология контактной сварки

Технология контактной сварки подразумевает нагрев металлических поверхностей до температуры плавления металла за счет тепла, образующегося в процессе прохождении мощного электрического тока от одной детали к другой сквозь точку их контакта.

В то же время, соединяемые детали сжимаются друг с другом, что приводит к взаимному проникновению и сплавлению нагретых участков металла. В итоге, создается ядро сварной точки в форме чечевицы, имеющие диаметр 4-12 мм.

Особенности точечной контактной сварки инвертором заключаются в:

• 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.

На заметку! Изделия из низкоуглеродистой стали могут свариваться без расплавления ядра, но такие соединения не будут надежными, поэтому данный вид сварочных работ применяется крайне редко.

Согласно общей классификации, технологию контактной сварки относят к классу термомеханических процессов.

Разновидности контактной сварки.

Все операции в процессе работы 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.

В условиях промышленного предприятия частота сваривания достигает сварных 600 точек в минуту, самодельная сварка точечным методом в домашних условиях осуществляется медленнее.

При осуществлении точечной сварки своими силами в домашней мастерской важно придерживаться постоянства следующих параметров:

• скорости перемещения сварочных электродов;
• уровня величины давления на детали до достижения полной контактности свариваемых деталей.

Не менее важно соблюдать технику безопасности при выполнении сварочных работ точечным методом:

• 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 точечной контактной сварки

Подобная технология прекрасно подходит для того, чтобы соединить между собой металлические элементы, причем присоединение осуществляется как в одной, так и в нескольких точках данных заготовок. Она пользуется огромной популярностью не только в промышленности (в частности, ее часто применяют в сельском хозяйстве, при строительстве самолетов, автомобильного транспорта и так далее), но и в бытовых условиях.

Принцип действия данного метода довольно простой: электрический ток при прохождении через детали, находящиеся в непосредственном контакте друг с другом, очень сильно разогревает их кромки. Нагрев получается настолько сильным, что металл начинает быстро плавиться, сразу заготовки быстро сдавливают со значительным усилием. В результате этого и осуществляется формирование сварного соединения.

Оборудование, разработанное для использования такой технологии, предназначено для соединения между собой листов, прутьев и других металлических изделий. Ключевыми преимуществами данного метода являются следующие:

• Отсутствие сварного соединения в традиционном его понимании;
• Нет необходимости использовать присадочный материал, газовую среду или же флюс;
• Оборудование очень легко в использовании;
• Скорость выполнения работ довольно высокая.

Главным и единственным недостатком подобного способа является то, что шов получается абсолютно не герметичным.

Выбор

В процессе выбора подходящих электродов для точечной сварки следует обратить особое внимание на размеры и форму рабочего элемента изделия. Также следует учитывать характеристики обрабатываемого материала, его толщину, форму сварочных узлов и режим сварки. У инструмента для контактной сварки бывают разные рабочие поверхности:

У инструмента для контактной сварки бывают разные рабочие поверхности:

1. Плоская;
2. Сферическая.

Изделия, имеющие сферическую рабочую поверхность, не особо чувствительны к скосам, потому они нередко используются на подвесных и радиальных установках, а также для фигурных электродов с прогибом. Изготовители из РФ советуют для обработки легких сплавов именно эту разновидность электродов, так как они позволяют предотвратить появление подрезов и вмятин при точечной сварке. Однако предотвратить эту проблему можно и в том случае, если пользоваться плоскими электродами, торец которых увеличен. А электроды, оснащенные шарнирами, могут даже заменить электроды сферического типа, но они рекомендованы для сварки металлических листов, толщина которых не превышает полутора миллиметров.

Габариты рабочего элемента инструмента подбираются в соответствии с типом и толщиной обрабатываемых материалов. Результаты исследования, которое было проведено экспертами французской компании «ARO» показали, что рассчитать необходимый диаметр можно, воспользовавшись следующей формулой:

dэл = 3 мм + 2t, где «t» — толщина листов, которые подлежат сварке.

Сложнее подсчитать необходимый диаметр инструмента при неодинаковой толщине листов, сварке материалов разного типа и сварке целого «пакета» элементов. Понятно, что для работы с деталями разной толщины, диаметр изделия нужно подбирать относительно самого тонкого металлического листа.

При сварке комплекта элементов диаметр следует подбирать, руководствуясь толщиной внешних элементов. Для сварки материалов различного типа наименьшее проплавление имеет металлический сплав с минимальным удельным электросопротивлением. В таком случае следует применять приспособление, сделанное из материала повышенной теплопроводности.

Роликовый стенд для контактной сварки

Для сваривания конструкций в форме цилиндра (или системы сопряженных цилиндров), используют роликовые стенды. Они отличаются большим вылетом кронштейнов роликов, что позволяет сваривать достаточно крупные и протяженные конструкции. Стенд оснащен большим числом регулируемых опор, позволяющих закрепить цилиндрические заготовки разной длины и диаметра. Роликовые электроды приводятся в движение червячной передачей. Заготовки вращаются на стенде, и таким образом ролики проходят всю линию шва. На стендах получают ровные и герметичные швы высокой прочности.

Роликовый стенд для контактной сварки