Машинки для заточки электродов контактной сварки. Соединение деталей контактной точечной сваркой

Точечная сварка, благодаря появлению компактных ручных аппаратов типа BlueWeldPlus, становится популярной не только при промышленных масштабах применения, но и в быту. Слабым местом такой технологии являются электроды для контактной сварки: их низкая стойкость во многих случаях отпугивает потребителя.

Причины недолговечности электродов контактной электросварки

Процесс контактнойсварки состоит из следующих стадий:

1. Предварительной подготовки поверхности соединяемых деталей – она должна быть непросто очищена от загрязнений и окислов, но и очень ровной, чтобы исключить неравномерность возникающего напряжения электрического поля.
2. Ручного или механического прижима свариваемых изделий – с увеличением усилия прижима растут интенсивность диффузии и механическая прочность сварного шва.
3. Локального расплавления металлов в зоне прижима теплом электрического тока, в результате чего формируется сварочное соединение. Прижим электродов на этой стадии препятствует образованию сварочных брызг.
4. Отключения тока и постепенного остывания сварного шва.

Таким образом, материал электродов для контактной сварки претерпевает не только значительные термические напряжения, но и механические нагрузки. Поэтому к нему предъявляется ряд требований – высокая электропроводность, высокая термическая стойкость (в том числе – и от постоянных колебаний температуры), повышенные значения предела прочности на сжатие, малый коэффициент теплоёмкости. Таким комплексом свойств обладает ограниченное число металлов. В первую очередь – это медь, и сплавы на её основе, однако и они не всегда удовлетворяют производственным требованиям.

В связи с постоянным повышением энергетических характеристик производимых многие торговые марки ориентируют потребителя на применение только «своих», фирменных электродов, что не всегда соблюдается. В результате снижается качество сварных швов, получаемых по такой технологии, подрывается доверие к самому процессу контактной электросварки.

Преодоление указанных проблем производится двумя путями: совершенствованием видов и конструкций сварочных электродов для точечной сварки, и разработкой новых материалов, используемых для изготовления таких электродов. Для частных пользователей имеет значение также и цена вопроса.

Материалы электродов

Согласно ГОСТ 2601, критерием качества готового шва является его прочность на разрыв или сдвиг. Она зависит от интенсивности тепловой мощности в зоне электрического разряда, а потому связывается в первую очередь с теплофизическими характеристиками материала электродов.

Использование медных электродов малоэффективно по двум причинам. Во-первых, медь, являясь высокопластичным металлом, не обладает достаточной упругостью, чтобы в период между рабочими циклами полностью восстановить геометрическую форму электродов. Во-вторых, медь весьма дефицитна, а частая замена электродов обуславливает и высокие финансовые затраты.

Попытки использовать более твёрдую, упрочнённую медь успеха не имеют: для нагартованного материала параллельно с повышением твёрдости снижается температура рекристаллизации, поэтому с каждым рабочим циклом износ рабочего торца электрода для контактной сварки будет возрастать. Поэтому практическое применение получили медные сплавы с добавлением ряда других металлов. В частности, введение в медный сплав кадмия, бериллия, магния, цинка и алюминия мало изменяет показатель теплопроводности, зато улучшает твёрдость при нагреве. Стойкость электрода от динамических тепловых нагрузок увеличивают железо, никель, хром и кремний.

При подборе оптимального материала сварочных электродов для контактной сварки ориентируются на показатель удельной электропроводности сплава. Чем меньше он будет отличаться (в меньшую сторону) от электропроводности чистой меди – 0,0172 Ом·мм 2 /м, тем лучше.

Наиболее эффективную стойкость против износа и деформации показывают сплавы, в состав которых входят кадмий (0,9…1,2%), магний (0,1…0,9%) и бор (0,02…0,03%).

Выбор материала для электродов точечной сварки зависит также и от конкретных задач процесса. Можно выделить три группы:

1. Электроды, предназначенные для проведения контактной сварки в жёстких условиях (непрерывное чередование циклов, поверхностные температуры до 450…500ºС). Их изготавливают из бронз, содержащих хром и цирконий (Бр.Х, Бр.ХЦр 0,6-0,05. В эту же группу включают никель- кремнистые бронзы (Бр.КН1-4), а также бронзы, дополнительно легированные титаном и бериллием (Бр.НТБ), используемые для точечной сварки нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов.
2. Электроды, применяемые при контактных температурах на поверхности до 250…300ºС (сварка обычных углеродистых и низколегированных сталей, медных и алюминиевых изделий). Их производят из медных сплавов марок МС и МК.
3. Электроды для относительно лёгких режимов эксплуатации (поверхностные температуры до 120…200ºС). В качестве материалов применяется кадмиевая бронза Бр.Кд1, хромистая бронза Бр.Х08, кремненикелевая бронза Бр.НК и др. Такие электроды могут использоваться также и для роликовой контактной электросварки.

Следует отметить, что по убыванию удельной электропроводности (по отношению к чистой меди) эти материалы располагаются в следующей последовательности: Бр.ХЦр 0,6-0,05→МС→МК→Бр.Х→Бр.Х08→Бр.НТБ→Бр.НК →Бр.Кд1→Бр.КН1-4. В частности, разогрев до требуемой температуры электрода, изготовленного из бронзы Бр.ХЦр 0,6-0,05 произойдёт примерно вдвое быстрее, чем полученного из бронзы Бр.КН1-4.

Конструкции электродов

Наименее стойким местом электрода является его сферическая рабочая часть. Электрод бракуется, если увеличение размеров торца превышает 20% от первичных размеров. Конструкция электродов определяется конфигурацией свариваемой поверхности. Различают следующие исполнения инструмента

1. С цилиндрической рабочей частью и конической посадочной частью.
2. С коническими посадочной и рабочей частью, и переходным цилиндрическим участком.
3. Со сферическим рабочим торцом.
4. Со скошенным рабочим торцом.

Кроме того, электроды могут быть сплошными и составными.

При самостоятельном изготовлении (либо перезаточке) рекомендуется выдерживать следующие соотношения размеров, при которых инструмент будет обладать максимальной стойкостью:

• Для расчёта диаметра электрода d пользуются зависимостью Р = (3…4)d 2 , где Р – фактически необходимое сжатие электродов при проведении процесса контактной электросварки. В свою очередь, рекомендуемые значения давления осадки, при котором получаются наиболее качественные соединения, составляет 2,5…4,0 кг/мм 2 площади получаемого сварного шва;
• Для электродов с конической рабочей частью оптимальный угол конусности варьируется от 1:10 (для инструмента с диаметром рабочей части до 30…32 мм) до 1:5 – в противоположном случае;
• Выбор угла конуса определяется также и наибольшим усилием сжатия: при максимальных усилиях рекомендуется принимать конусность 1:10, как обеспечивающую повышенную продольную стойкость электрода.

Основные формы электродов для контактной сварки устанавливает ГОСТ 14111, поэтому, применяя те или иные соотношения размеров, следует учитывать размеры посадочного пространства под инструмент для конкретной модели машины контактной сварки.

Значительную экономию материала даёт применение составных конструкций. При этом для изготовления корпуса применяют материалы с высокими значениями электропроводности, а съёмную рабочую часть изготавливают из сплавов с высокой твёрдостью и износостойкостью (в том числе и термической). В частности, подобным сочетанием свойств обладают металлокерамические сплавы от швейцарской фирмы АМРСО марок A1W или A1WC, содержащие 56% вольфрама и 44% меди. Их электропроводность достигает 60% от электропроводности чистой меди, что определяет малые потери на нагрев при выполнении сварки. Рекомендуемым материалом могут быть и бронзовые сплавы с добавками хрома и циркония, а также вольфрам.

Электроды для контактной сварки лёгких сплавов, где не требуется значительного усилия прижима, выполняют со сферической рабочей частью, а для контактных губок аппаратов точечной электросварки целесообразно применять кремнистые бронзы.

Механические характеристики электродов должны находиться в следующих пределах:

• Твёрдость по Бринеллю, НВ – 1400…2600;
• Модуль Юнга, ГПа – 80…140;
• Предельный изгибающий момент, кгсм – не ниже 750…800.

Конструкции электродов всегда должны быть полыми, для обеспечения эффективного охлаждения.

Точечная сварка — метод, при котором соединение деталей внахлест производится в одной или нескольких точках. При подаче электротока происходит местный нагрев, в результате чего металл расплавляется и схватывается. В отличие от электродуговой или газовой сварки не требуется присадочный материал: плавятся не электроды, а сами детали. Не нужно и обволакивание инертным газом: сварочная ванна в достаточной мере локализована и защищена от попадания атмосферного кислорода. Сварщик работает без маски и рукавиц. Это позволяет лучше визуализировать и контролировать процесс. Точечная сварка обеспечивает высокую производительность (до 600 точек/мин) при низких затратах. Она широко используется в различных отраслях хозяйства: от приборостроения до самолетостроения, а также в бытовых целях. Без точечной сварки не обходится ни одна автомастерская.

Оборудование для точечной сварки

Работы выполняются на специальном сварочном аппарате, называемом споттер (от англ. Spot — точка). Споттеры бывают стационарные (для работы в цехах) и переносные. Установка работает от электросети 380 или 220 В и генерирует заряды тока в несколько тысяч ампер, что значительно больше, чем у инверторов и полуавтоматов. Ток подается на медный или карбоновый электрод, который прижимается к свариваемым поверхностям пневматикой или ручным рычагом. Возникает тепловое воздействие, длящееся несколько миллисекунд. Однако этого хватает для надежной стыковки поверхностей. Так как время воздействия минимально, то тепло не распространяется дальше по металлу, а точка сварки быстро остывает. Свариванию подлежат детали из рядовых сталей, оцинкованного железа, нержавейки, меди, алюминия. Толщина поверхностей может быть различна: от тончайших деталей для приборостроения до листов толщиной 20 мм.

Контактно-точечная сварка может проводиться одним электродом или двумя с разных сторон. Первый способ используется для сварки тонких поверхностей или в тех случаях, когда прижим с двух сторон осуществить невозможно. Для второго способа используют специальные клещи, зажимающие детали. Этот вариант обеспечивает более надежное крепление и чаще используется для работы с толстостенными заготовками.

По типу тока аппараты для точечной сварки подразделяются на:

• работающие на переменном токе;
• работающие на постоянном токе;
• низкочастотные аппараты;
• аппараты конденсаторного типа.

Выбор оборудования зависит от особенностей технологического процесса. Наиболее распространены аппараты переменного тока.

Вернуться к оглавлению

Электроды для точечной сварки

Электроды для точечной сварки отличаются от электродов для электродуговой сварки. Они не только обеспечивают подачу тока на свариваемые поверхности, но и выполняют прижимную функцию, а также задействованы в отводе тепла.

Высокая интенсивность рабочего процесса обуславливает необходимость использования материала, стойкого к механическим и химическим воздействиям. Более всего выдвинутым требованиям соответствует медь с добавлением хрома и цинка (0,7 и 0,4% соответственно).

Качество сварной точки во многом определяется диаметром электрода. Он должен быть минимум в 2 раз больше толщины стыкуемых деталей. Размеры стержней регламентируются ГОСТом и имеют от 10 до 40 мм в диаметре. Рекомендуемые размеры электродов представлены в таблице. (Изображение 1)

Для сварки рядовых сталей целесообразно использовать электроды с плоской рабочей поверхностью, для сварки высокоуглеродистых и легированных сталей, меди, алюминия — со сферической.

Электроды со сферическими наконечниками более стойкие: способны произвести больше точек до перезаточки.

К тому же они универсальны и подойдут для сварки любого металла, а вот использование плоских для сварки алюминия или магния приведет к образованию вмятин.

Точечная сварка в труднодоступных местах выполняется электродами изогнутой формы. Сварщик, который сталкивается с подобными условиями работы, всегда имеет набор различных фигурных электродов.

Для надежной передачи тока и обеспечения прижима электроды должны плотно соединяться с электрододержателем. Для этого их посадочным частям придают форму конуса.

Некоторые виды электродов имеют резьбовое соединение или крепятся по цилиндрической поверхности.

Вернуться к оглавлению

Параметры точечной сварки

Основными параметрами процесса являются сила тока, продолжительность импульса, усилие сжатия.

От силы сварочного тока зависит количество выделяемого тепла, скорость нагрева, величина сварного ядра.

Наряду с силой тока на количество тепла и размеры ядра влияет продолжительность импульса. Однако при достижении определенного момента наступает состояние равновесия, когда все тепло отводится от зоны сварки и уже не влияет на расплавление металла и размер ядра. Поэтому увеличение продолжительности подачи тока сверх этого нецелесообразно.

Усилие сжатия влияет на пластическую деформацию свариваемых поверхностей, перераспределение по ним тепла, кристаллизацию ядра. Высокое усилие сжатия снижает сопротивление электрического тока, идущего от электрода к свариваемым деталям и в обратном направлении. Таким образом, возрастает сила тока, ускоряется процесс расплавления. Соединение, выполненное с высоким усилием сжатия, отличается высокой прочностью. При больших токовых нагрузках сжатие препятствует выплескам расплавленного металла. С целью снятия напряжения и увеличения плотности ядра в некоторых случаях производится дополнительное кратковременное повышение усилия сжатия после отключения тока.

Выделяют мягкий и жесткий . При мягком режиме сила тока меньше (плотность тока составляет 70-160 А/мм²), а продолжительность импульса может достигать нескольких секунд. Такая сварка применяется для соединения низкоуглеродистых сталей и более распространена в домашних условиях, когда работы проводятся на маломощных аппаратах. При жестком режиме продолжительность мощного импульса (160-300 А/мм²) составляет от 0,08 до 0,5 секунды. Деталям обеспечивают максимально возможное сжатие. Быстрый нагрев и быстрое охлаждение позволяют сохранить сварному ядру антикоррозийную стойкость. Жесткий режим используют при работе с медью, алюминием, высоколегированными сталями.

Выбор оптимальных параметров требует учета многих факторов и проведения испытаний после расчетов. Если же выполнение пробных работ невозможно или нецелесообразно (например, при разовой сварке в домашних условиях), то следует придерживаться режимов, изложенных в справочниках. Рекомендованные параметры силы тока, продолжительности импульса и сжатия для сварки рядовых сталей приведены в таблице. (Изображение 2)

Вернуться к оглавлению

Возможные дефекты и их причины

Качественно выполненная точечная обеспечивает надежное соединение, срок службы которого, как правило, превышает срок службы самого изделия. Однако нарушение технологии может привести к дефектам, которые можно разделить на 3 основные группы:

• недостаточные размеры сварного ядра и отклонение его положения относительно стыка деталей;
• механические повреждения: трещины, вмятины, раковины;
• нарушение механических и антикоррозийных свойств металла в зоне, прилегающей к сварной точке.

Рассмотрим конкретные виды дефектов и причины их возникновения:

1. Непровар может быть вызван недостаточной величиной силы тока, чрезмерным сжатием, изношенностью электрода.
2. Наружные трещины возникают при слишком большом токе, недостаточном сжатии, загрязненности поверхностей.
3. Разрывы у кромок обусловлены близким расположением к ним ядра.
4. Вмятины от электродов возникают при их слишком малой рабочей поверхности, неправильной установке, чрезмерном сжатии, слишком высоком токе и продолжительном импульсе.
5. Выплеск расплавленного металла и заполнение им пространства между деталями (внутренний выплеск) происходит из-за недостаточного сжатия, образования в ядре воздушной раковины, несоосно установленных электродах.
6. Наружный выплеск расплавленного металла на поверхность деталей может быть вызван недостаточным сжатием, слишком большими режимами тока и времени, загрязненностью поверхностей и перекосом электродов. Последние два фактора оказывают негативное влияние на равномерность распределения тока и плавление металла.
7. Внутренние трещины и раковины возникают из-за чрезмерных режимов тока и времени, недостаточного или запаздывающего проковочного сжатия, загрязненности поверхностей. Усадочные раковины появляются в момент охлаждения ядра. Для их предотвращения и используют проковочное сжатие после прекращения подачи тока.
8. Причиной неправильной формы ядра или его смещения является перекос или несоосность электродов, загрязненность поверхности деталей.
9. Прожог является следствием загрязненности поверхностей или недостаточного сжатия. Во избежание этого дефекта ток необходимо подавать только после того, как сжатие обеспечено полностью.

Для выявления дефектов используют визуальный осмотр, рентгенографию, ультразвуковое исследование, капиллярную диагностику.

При испытательных работах контроль над качеством сварной точки производится методом разрыва. Ядро должно остаться полностью на одной детали, а на второй — глубокий кратер.

Исправление дефектов зависит от их характера. Применяют механическую зачистку наружных выплесков, проковку при деформации, термическую обработку для снятия напряжений. Чаще же бракованные точки просто переваривают.

Большинство металлических изделий, которые нас окружают, изготовлены при помощи контактной сварки. Существуют различные виды сварки, но контактная позволяет создавать достаточно прочные и эстетично красивые швы. Поскольку металл сваривается не традиционным методом, то для такого процесса нужны электроды для контактной сварки.

Контактная сварка возможна только для сваривания двух металлических деталей, наложенных одна на другую, их невозможно соединить данным методом встык. В тот момент, когда обе детали зажаты токопроводящими элементами сварочного аппарата, кратковременно подается электрический ток, который плавит детали непосредственно в точке сжатия. Главным образом это возможно благодаря сопротивлению тока.

Конструкции электродов

Для работы с электродуговой сваркой также используются электроды, но они кардинально отличаются от токопроводящих элементов для контактной сварки, и не подходят для данного вида работ. Поскольку в момент сварки детали сдавливаются контактными частями сварочного аппарата, то электроды для контактной сварки способны проводить электрический ток, выдерживать нагрузку на сжатие и отводить тепло.

Диаметр электродов определяет насколько прочно и качественно будут сварены детали. Их диаметр должен быть в 2 раза толще сварного узла. Согласно государственным стандартам они бывают диаметром от 10 до 40 мм.

Свариваемый металл определяет форму применяемого электрода. Данные элементы, имеющие плоскую рабочую поверхность, используют для сварки обычных сталей. Сферическая форма идеально подходит для соединения меди, алюминия, высокоуглеродистых и легированных сталей.

Сферическая форма наиболее устойчива к сгоранию. Благодаря своей форме они способны выполнить большее количество сварных швов до заточки. Кроме того, применение такой формы позволяет варить любой металл. В то же время, если сваривать алюминий или магний плоской поверхностью, то будут образовываться вмятины.

Посадочное место электрода часто выполнено в форме конуса или с резьбой. Данная конструкция позволяет избежать потерь тока и эффективно выполнить сжатие деталей. Посадочный конус может быть коротким, однако их применяют при малых усилиях и низких токах. Если используется крепление с резьбой, то зачастую через накидную гайку. Резьбовое крепление особенно актуально в специальных многоточечных машинах, так как необходим одинаковый зазор между клешнями.

Для выполнения сварки в глубине детали, применяются электроды искривленной конфигурации. Существует разнообразие изогнутых форм, поэтому при постоянной работе в таких условиях, необходимо иметь подборку различных форм. Однако пользоваться ими неудобно, и они имеют более низкую стойкость, в сравнении с прямыми, поэтому к ним прибегают в последнюю очередь.

Поскольку давление на фигурный электрод приходится не по его оси, во время нагрева он подвержен изгибанию, и об этом нужно помнить при выборе его формы. Кроме того, в такие моменты, возможно смещение рабочей поверхности искривленного электрода, по отношении к ровному. Поэтому в таких ситуациях обычно применяется сферическая рабочая поверхность. Не осевая нагрузка сказывается также на посадочном месте электрододержателя. Поэтому при чрезмерной нагрузке, нужно использовать электроды с увеличенным диаметром конуса.

Выполняя сварку в глубине детали можно использовать прямой электрод, если наклонить его по вертикали. Однако угол наклона должен быть не больше 30 о, так как при большем градусе наклона происходит деформация электрододержателя. В таких ситуациях применяют два изогнутых токопроводящих элемента.

Использование хомута в месте крепления фигурного электрода позволяет снизить нагрузку на конус и продлить срок службы посадочного места сварочного аппарата. При разработке фигурного электрода, необходимо вначале выполнить чертеж, затем изготовить из пластилина или дерева пробную модель, и только после этого приступать к его изготовлению.

В промышленной сварке применяется охлаждение контактной части. Зачастую такое охлаждение происходит через внутренний канал, но если электрод небольшого диаметра или происходит увеличенный нагрев, то охлаждающую жидкость подают снаружи. Однако наружное охлаждение допускается при условии, что свариваемые детали не поддаются коррозии.

Труднее всего охладить фигурный электрод из-за его конструкции. Для его охлаждения применяют тонкие медные трубки, которые располагаются по боковым частям. Однако даже при таких условиях он недостаточно хорошо охлаждается, поэтому не может варить в том же темпе, что и прямой электрод. В противном случае происходит его перегрев и срок эксплуатации сокращается.

Сварка в глубине маленькой детали производится фигурными электродами, а с большими деталями предпочтительнее использовать фигурные держатели. Преимуществом такого способа является возможность регулировать длину электрода.

Во время контактной сварки ось двух электродов должна быть 90 о по отношению к поверхности детали. Поэтому когда свариваются крупногабаритные детали с уклоном, используются поворотные, самоустанавливающиеся держатели, а сварка выполняется сферической рабочей поверхностью.

Стальная сетка диаметром до 5 мм сваривается пластинчатым электродом. Равномерное распределение нагрузки достигается путем свободного вращения вокруг своей оси верхнего токопроводящего контакта.

Хотя сферическая форма рабочей поверхности является самой устойчивой из остальных форм, все же она, вследствие тепловых и силовых нагрузок, теряет свою первоначальную форму. Если рабочая поверхность контакта увеличивается на 20 % от первоначального размера, то он считается непригодным, и его нужно затачивать. Заточка электродов контактной сварки производится в согласии ГОСТом 14111.

Материалы электродов для контактной сварки

Одним из решающих факторов качества сварного шва, является прочность на разрыв. Это определяется температурой сварной точки и зависит от теплофизических свойств материала проводника.

Медь в чистом виде неэффективна, поскольку является очень пластичным металлом и не имеет необходимой упругости, чтобы между сварными циклами восстановиться в геометрической форме. Кроме того, себестоимость материала относительно высока, а при таких свойствах электроды требовали бы регулярной замены, что привело бы к удорожанию процесса.

Использование упрочненной меди также не увенчалось успехом, так как снижение температуры рекристаллизации приводит к тому, что с каждой следующей сварной точкой износ рабочей поверхности будет увеличиваться. В свою очередь, эффективными оказались сплавы меди с рядом других металлов. К примеру, кадмий, бериллий, магний и цинк добавили твердости сплаву во время нагрева. В то же время железо, никель, хром и кремний позволяют выдерживать частые тепловые нагрузки и сохранять темп работы.

Электропроводность меди составляет 0,0172 Ом*мм 2 /м. Чем меньше этот показатель, тем наиболее он подходит в качестве материала электродов для контактной сварки.

В случае, если нужно сварить элементы из разных металлов или деталей разной толщины, тогда электротеплопроводность электрода должна составить до 40% от данного свойства чистой меди. Однако если выполнить весь проводник из такого сплава, то он будет достаточно быстро нагреваться, поскольку имеет высокое сопротивление.

Используя технологию составных конструкций можно добиться ощутимой экономии средств. В таких конструкциях материалы, используемые в основании, подбирают с высоким показателем электропроводности, а наружную или сменную часть изготавливают из тепло и износостойких сплавов. Например, металлокерамические сплавы, состоящие на 44 % из меди и на 56 % из вольфрама. Электропроводность такого сплава составляет 60 % от электропроводности меди, что позволяет минимальными усилиями нагреть сварную точку.

В зависимости от условий работы и поставленных задач, сплавы делятся на:

1. Тяжелые условия. Электроды, работающие при температуре до 500 о С, выполнены из сплавов бронз, хрома и циркония. Для сварки нержавейки используют сплавы бронз, легированных титаном и бериллием.
2. Средняя нагрузка. Сваркустандартно углеродистых, медных и алюминиевых деталей, производят электродами из сплавов, в которых марка меди для электродов, способная работать при температуре до 300 о С.
3. Легко нагруженные. Сплавы, в состав которых входит кадмиевая, хромистая и кремненикелевая бронзы, способны работать при температуре до 200 о С

Электроды для точечной сварки

Процесс точечной сварки объясняет сам себя из своего же названия. Соответственно сварочным мини швом является одна точка, размер которой обусловлен диаметром рабочей поверхности электрода.

Электродами для контактной точечной сварки являются стержни, выполненные из сплавов, в основе которых находится медь. Диаметр рабочей поверхности обусловлен ГОСТом 14111-90, и изготавливается в диапазоне от 10-40 мм. Электроды на точечную сварку тщательно подбираются, поскольку имеют различные свойства. Они выполняются как со сферической, так и с плоской рабочей поверхностью.

Электроды для точечной сварки своими руками теоретически можно изготовить, но необходимо быть уверенным, что сплав соответствует заявленным требованиям. Кроме того нужно выдержать все размеры, что в домашних условиях не так-то просто. Поэтому, приобретая заводские токопроводящие элементы, можно рассчитывать на качественное выполнение сварочных работ.

Точечная сварка имеет массу плюсов, среди которых эстетическое сварочное пятно, простота эксплуатации сварочного аппарата и высокая производительность. Имеется также один недостаток, а именно отсутствие герметичного сварочного шва.

Электроды для шовной сварки

Одной из разновидностей контактной сварки являетс, шовная сварка. Однако электроды для шовной сварки – это также сплав металлов, только в форме ролика.

Ролики для шовной сварки бывают таких видов:

• без скоса;
• со скосом с одной стороны;
• со скосом с обеих сторон.

Конфигурация свариваемой детали определяет, ролик какой формы следует использовать. В труднодоступных местах недопустимо применять ролик со скосом с обеих сторон. В этом случае подойдет ролик без скосов или со скосом с одной стороны. В свою очередь ролик со скосом на двух сторонах эффективнее прижимает детали и быстрее охлаждается.

Применение роликовой сварки помогает добиться герметичных сварочных швов, что позволяет использовать их в изготовлении емкостей и резервуаров.

Итак, контактная сварка позволяет производить высокотехнологичные швы, но чтобы добиться качественного результата, нужно тщательно следовать значениям, указанным в таблицах. Какую сварку выбрать, точечную или шовную, зависит от ваших потребностей.

Электроды (ролики) – это инструмент, который осуществляет непосредственный контакт машины со свариваемыми деталями. Электроды в процессе сварки выполняют три основные задачи:
- сжимают детали;
- подводят сварочный ток;
- отводят теплоту, выделяющуюся в процессе сварки на участке электрод – электрод.
Непосредственно от формы рабочей поверхности электродов, контактирующей с деталями, зависит качество получаемых сварных соединений. Износ рабочей поверхности связанное с этим увеличение площади контакта электрод – деталь приводит к уменьшению плотности тока и давления в зоне сварки, а следовательно, к изменению ранее получаемых параметров литой зоны и качества соединений.
Увеличение рабочей поверхности плоского электрода при его износе в большей степени уменьшают размеры литой зоны при сварке пластичного металла, чем при сварке высокопрочного металла (Рис.1а). Износ сферической рабочей поверхности электрода, установленного со стороны тонкой детали, уменьшает ее проплавление (Рис. 1б,в).
Основные требования, предъявляемые к электродам:
- высокая электропроводность сварки
- сохранение формы рабочей поверхности в процессе сварки заданного числа точек или метров роликового шва.
При точечной и роликовой сварке электроды нагреваются до высоких температур в результате выделения теплоты непосредственно в электродах и передачи ее от свариваемых деталей.

Рис. 1. Зависимость размеров литой зоны от изменений рабочей поверхности электродов:
а - толщина 1+1 мм: 1 - сталь Х18Н10Т; 2 - сталь ВНС2
б,в - при износе сферической поверхности электрода со стороны тонкой детали

Степень нагрева электродов зависит от применяемого режима сварки и толщины свариваемых деталей. Например, при точечной сварке коррозионностойкой стали с увеличением толщины деталей от 0,8+0,8 до 3+3 мм отношение теплоты, выделяющейся в электродах, к общей теплоте, выделяющейся при сварке, увеличиваются от 18 до 40%. По результатам непосредственных измерений температура рабочей поверхности электродов при сварке единичными точками образцов толщиной 1,5-2 мм составляет: 530°С для стали ЗОХГСА, 520°С для стали Х18Н9Т, 465°С для титана ОТ4 и 420°С для сплава ВЖ98. При темпе (скорости) сварки 45 точек в минуту температура повысилась и составила соответственно: 660, 640, 610 и 580°С.

Табл. 1
Свойства металлов для электродов и роликов

Марка металла электродов и роликов	Удельное электросопротивление, Ом мм 2 /м	Максимальная электропроводность, % от электропроводности меди	Минимальная твердость по Бринелю, кгс/мм 2	Температура разупрочнения, о С	Материалы для сварки
Кармиевая бронза Бр.Кд-1 (МК)	0,0219	85	110	300	Латунь, бронза
Хромокармиевая бронза Бр.ХКд-0,5-0,3	0,0219	85	110	370	Латунь, бронза, низколегированные стали, титан*
Хромовая бронза Бр.Х	0,023	80	120	370	Латунь, бронза, низколегированные стали, титан*
Хромоциркониевая бронза Бр.ХЦр-0,6-0,05	0,023	80	140	500	Низколегированные стали, титан
Сплав Мц4	0,025	75	110	380	Коррозионностойкие, жаропрочные стали и сплавы, титан*
Бронза Бр.НБТ	0,0385	50	170	510	Коррозионностойкие, жаропрочные стали и сплавы, титан

* Для металла толщиной 0,6 мм и менее

Для электродов и роликов используют специальные медные сплавы, обладающие высокой жаропрочностью и электропроводностью (Табл.1). Наилучшим металлом для электродов и роликов, применяемых при сварке коррозионностойких, жаропрочных сталей и сплавов и титана, является бронза Бр.НБТ, которую выпускают в виде термически обработанных катаных плит и литых цилиндрических заготовок. Из бронзы Бр.НБТ особенно целесообразно изготовлять фигурные электроды, т.к. для обеспечения необходимой твердости не требуется нагартовки, которая необходима для кадмиевой меди, сплава Мц5Б и бронзы Бр.Х.
Не рекомендуется использовать электроды и ролики из бронзы Бр.НБТ для сварки низколегированных сталей, особенно без наружного охлаждения, из-за возможного налипания меди на поверхность деталей в месте контакта с электродами.
Наиболее универсальным является сплав Мц5Б, его можно использовать для электродов и роликов при сварке всех рассматриваемых металлов. Однако сплав Мц5Б несколько сложен в изготовлении и термомеханической обработке, поэтому не получил широкого распространения. Кроме того, его стойкость при сварке коррозионностойких и жаропрочных сталей и сплавов значительно ниже, чем у бронзы Бр.НБТ. При точечной сварке коррозионностойких сталей толщиной 1,5+1,5 мм стойкость электродов из сплава Бр.НБТ составляет в среднем 7-8 тыс. точек, из бронзы Бр.Х – 2-3 тыс. точек, а при роликовой сварке – соответственно 350 и 90 м шва.
Наибольшее применение для точечной сварки получили электроды с плоской и сферической поверхностью и ролики с цилиндрической и сферической рабочей поверхностью. Размеры рабочей поверхности электродов выбирают в зависимости от толщины свариваемых деталей; для большинства металлов форма поверхности может быть плоской (цилиндрической для роликов) или сферической (Табл.2).

Табл. 2
Размеры электродов и роликов

Толщина тонкого листа, мм	Электроды			Ролики
	D	d эл	R эл	S	f	R эл
0.3	12	3.0	15-25	6.0	3.0	15-25
0.5	12	4.0	25-50	6.0	4.0	25-30
0.8	12	5.0	50-75	10.0	5.0	50-75
1.0	12	5.0	75-100	10.0	5.0	75-100
1.2	16	6.0	75-100	12.0	6.0	75-100
1.5	16	7.0	100-150	12.0	7.0	100-150
2.0	20	8.0	100-150	15.0	8.0	100-150
2.5	20	9.0	150-200	18.0	10.0	150-200
3.0	25	10.0	150-200	20.0	10.0	150-200

Примечание: Размеры D и S минимально рекомендуемые

Электроды со сферической рабочей поверхностью лучше отводят теплоту, имеют большую стойкость и менее чувствительны к перекосам осей электродов при их установке, чем электроды с плоской рабочей поверхностью, поэтому их используют при сварке на подвесных машинах (клещах).
При сварке электродами со сферической рабочей поверхностью изменение F св в большей степени влияет на размеры литой зоны, чем при использовании электродов с плоской поверхностью, особенно при сварке пластичных металлов. Однако при уменьшении I св и t св от заданного значения d и А понижаются меньше при сварке электродами со сферической поверхностью, чем при сварке электродами с плоской поверхностью.
При использовании сферических электродов площадь контакта электрод-деталь в начале сварки значительно меньше, чем в конце. Это приводит к тому, что на машинах с пологой нагрузочной характеристикой (машины с большим Z м , клещи с кабелем) плотность тока в контакте электрод-деталь при включении может быть очень высокой, что способствует снижению стойкости электродов. Поэтому целесообразно применять плавное нарастание i св , которое обеспечивает практически постоянную плотность тока в контакте.
При точечной и роликовой сварке медных и титановых сплавов предпочтительно применять электроды и ролики со сферической рабочей поверхностью. В отдельных случаях использование только сферической поверхности обеспечивает требуемое качество соединений, например при сварке деталей неравной толщины.
Электроды в большинстве случаев соединяются с электрододержателями с помощью конусной посадочной части. По ГОСТ 14111-90 на прямые электроды конусность посадочной части принята 1:10 для электродов диаметром D ≤25 мм и 1:5 для электродов D >25 мм. В зависимости от диаметра электрода практически допустимое усилие сжатия F эл=(4-5)D2 кгс .
На практике для сварки различных деталей и узлов применяются разнообразные электроды и электрододержатели. Для получения точечных соединений стабильного качества лучше применять фигурные электрододержатели, чем фигурные электроды. Фигурные электрододержатели имеют больший срок службы, а также имеют лучшие условия для охлаждения электродов, что повышает их стойкость.

Рис. 2. Электроды различных конструкций

На рис. 2 показаны некоторые электроды специального назначения. Сварку Т-образного профиля с листом выполняют с использованием нижнего электрода с прорезью под вертикальную стенку профиля (рис.2а,I). При сварке деталей неравной толщины, когда недопустима глубокая вмятина на поверхности тонкой детали, может быть применен электрод 1 со стальным кольцом 2 на рабочей поверхности, стабилизирующим площадь контакта электрод-деталь (рис. 2а,II). Наличие медной фольги 3 между электродом и деталью исключает поджоги в контакте кольцо - деталь. Для герметизации тонкостенных трубок 3 из коррозионностойкой стали с помощью точечной сварки используют электрод 1 с продолговатой рабочей поверхностью (рис. 2 а,III). Стальная насадка 2 концентрирует ток и позволяет производить смятие трубок без опасности повреждения рабочей поверхности. На рабочей поверхности электродов 1 могут быть закреплены стальные трубки 2, стабилизирующие контакт электрод-деталь и уменьшающие износ электродов (рис. 2а, IV, V).
При точечной сварке оси электродов должны быть перпендикулярны поверхностям свариваемых деталей. Поэтому детали, имеющие уклоны (плавно изменяющуюся толщину), целесообразно сваривать с использованием самоустанавливающегося поворотного электрода со сферической опорой (рис. 2б).
Для точечной сварки деталей с большим отношением толщин иногда со стороны тонкой детали устанавливают электрод (рис. 2в, I), рабочая часть которого выполнена из металла с низкой теплоэлектропроводностью (вольфрама, молибдена и т. п.). Такой электрод состоит из медного корпуса 1 и вставки 2, припаянной в корпусе. Рабочую часть электрода 3 иногда выполняют сменной и закрепляют на корпусе электрода 1 накидной гайкой 2 (рис.2в,II). Электрод обеспечивает быструю замену рабочей части при ее износе или при необходимости – перестановку вставки с другой формой рабочей поверхности.
Для роликовой сварки применяют ролики составной конструкции, у которых основание 1 из медного сплава, а припаянная к нему рабочая часть 2 – из вольфрама или молибдена (рис.2в, III). При роликовой сварке швов большой протяженности на деталях малой толщины (0,2-0,5 мм) рабочая поверхность роликов быстро изнашивается, в связи с чем ухудшается качество сварки. В таких случаях ролики имеют канавку, в которой помещена проволока их холоднотянутой меди (рис.3), перематываемая при вращении роликов с одной катушки на другую. Этот способ обеспечивает стабильную форму рабочей поверхности и многократное использование электрода-проволоки при роликовой сварке деталей малой толщины или деталей с покрытием.

Чтобы избежать частой смены электродов, для сварки на одной машине деталей различной толщины могут быть использованы многоэлектродные головки. В головку устанавливают электроды с рабочей поверхностью различной формы. При точечной сварке деталей неравной толщины важно обеспечить стабильную рабочую поверхность электрода со стороны тонкой детали. Для этой цели используют многоэлектродную головку 1; со стороны толстой детали устанавливают ролик 2 (рис.4). При износе рабочей поверхности электрода его заменяют новым, поворачивая головку. Многоэлектродные головки позволяют также без съема электродов со сварочной машины автоматически зачищать электрод, не осуществляющий в данный момент сварку.
Иногда электроды подводят ток к свариваемым деталям но не связаны непосредственно со сварочной машиной. Например необходимо сварить продольным роликовым швом тонкостенные трубы малого диаметра (10-40 мм). Для этого заготовку трубы 1 с медной оправкой 2 помещают между роликами поперечной сварочной машины (рис. 5а). Таким образом могут быть сварены швы достаточно большой длины. Для сварки деталей 1 коробчатой формы используют электрод-шаблон 2, закрепленный на оси 3 для поворота его после сварки первого шва (рис.5б).

Рис. 5. Электроды-оправки, применяемые на роликовых машинах
поперечной сварки:
а - сварка тонкостенной трубы;
б - сварка кожуха;
1- детали; 2 - электроды; 3 - ось.

Стойкость электродов и роликов зависит от условий их охлаждения. Электроды для точечной сварки должны иметь внутреннее водяное охлаждение. Для этого электроды со стороны посадочной части имеют отверстие, в которое вводится трубка, закреп ленная в электрододержателе. Вода поступает по трубке, омывает дно и стенки отверстия и через пространство между внутренними стенками электрода и трубкой проходит в электрододержатель. Конец трубки должен иметь скос под углом 45°, край которого должен отстоять от дна электрода на 2-4 мм. При увеличении этого расстояния образуются воздушные пузыри и ухудшается охлаждение рабочей поверхности электрода.
На стойкость электродов оказывает влияние расстояние от рабочей поверхности до дна охлаждающего канала. При уменьшении этого расстояния повышается стойкость электродов (число точек до переточки), но уменьшается число его возможных пере¬точек до полного износа и тем самым сокращается срок его службы. Анализируя влияние этих двух факторов на затраты электродного металла, а следовательно, и на стоимость электродов установлено, что расстояние от дна до рабочей поверхности должно составлять (0,7 -0,8)D (где D - наружный диаметр электрода). Для усиления интенсивности охлаждения при точечной сварке можно применять дополнительное водяное охлаждение электродов и места сварки. Вода в этом случае подается через отверстия в электродах или отдельно по специальной трубке наружного охлаждения. Иногда применяют внутреннее охлаждение жидкостями с температурой ниже 0°С или сжатым воздухом.
При роликовой сварке чаще применяют наружное охлаждение роликов и места сварки. Однако такой способ охлаждения не при¬годен при сварке закаливающихся сталей. Если при точечной сварке легко осуществить внутреннее охлаждение электродов то при роликовой сварке это достаточно сложная задача.
При эксплуатации электродов и роликов периодически необходимо зачищать и восстанавливать их рабочую поверхность. Электроды с плоской рабочей поверхностью обычно зачищают личным напильником и абразивным полотном, электроды со сферической рабочей поверхностью – с помощью резиновой подушки толщиной 15-20 мм, обернутой абразивным полотном.
Рабочую поверхность электродов чаще всего восстанавливают на токарных станках. Для получения рабочей поверхности правильной формы целесообразно использовать специальные фасонные резцы.

Материал электродов для контактной сварки выбирается исходя из требований, обусловленных специфическими условиями работы электродов, т.е. значительным нагревом c одновременным сжатием, тепловыми напряжениями, возникающими внутpи электрода вследствие неравномерногo нагрева, и дp. Стабильность качества зависит oт сохранения формы рaбочей поверхности электрода, контактирующей сo свариваемой деталью. Обычнo стойкость электродов oценивают по количеству точек, сваренных пpи интенсивном режиме, пpи котором диаметр торца электрода увeличивается до размеров, требующих заточки (около 20%).

Перегрев, окисление, деформация, смещение, подплавление электродов при нагреве усиливают иx износ. Чистая медь является тепло- и электропроводной, но не жаропрочной. Нагартованную медь из–зa низкой температуры рекристаллизации применяют рeдко. Чаще используются сплавы меди c добавлением легирующих элементов. Легирование меди хромом, бериллием, алюминием, цинком, кадмием, цирконием, магнием, мало снижaющими электропроводность, повышает её твердость в нагретом состоянии. Никель, железо, и кремний вводятся в медь для упрочнения электродов. Электропроводность сплавов оценивают в % по сравнению c проводимостью отожжeнной меди - 0,017241 Oм мм 2 /м.

Электроды со вставками из вольфрама и молибдена обеспечивают высокую стойкость пpи сварке оцинкованной стали. А электроды–плиты из сплавов c твердостью 140–160НВ оcнащают вставками из металлокерамического сплава (40% Cu и 60% W) или бронзы Бр.НБТ (смотрите таблицу).

Таблица. Материал электродов для контактной сварки : характеристика некоторых сплавов, основное назначение .

Материал для электродов контактной сварки, марка	Минимальная твердость НВ	Содержание легирующих элементов, % массы	Тр, °С		Основное назначение
		99 Сu	150– 300		Электроды и ролики для сваpки алюминиевых сплавов
		1,0 Ag	250– 300
Бронза Бр.ХЦрА 0,3–0,09		0,03–0,08 Zr; 0,4–1,0 Cr;	340– 350		Электроды и ролики для сваpки алюминиевых и медных сплавов
Бронза Бр.К1 (МК)		0,9–1,2 Сd	250– 300
Бронза Бр.Х		0,4–1,0 Cr	350– 450		Электроды и ролики для сваpки углеродистых, низколегированных стaлей и
Бронза Бр.ХЦр 0,6–0,05		0,03–0,08 Zr; 0,4–1,0 Cr;	480– 500
Бронза Бр.НТБ		1,4–1,6 Ni; 0,05–0,15 Тi; 0,2–0,4 Ве;	500– 550		Электроды, ролики для сварки углеродистых, нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов
Бронза Бр.КН1–4		3–4 Ni; 0,6–1 Si;	420– 450		Губки для сварки углеродистых, нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов
Кадмиевая бронза Бp.Кд1 (МК)		0,9–1,2 Cd	-		Электроды, ролики для сварки лeгких и медных сплавов
Хромо–циркониевая бронза Бp.ХЦp 0,3–0,9		0,07–0,15 Zr; 0,15–0,35 Cr;	-
Хромовая бронза Бр.X для , никеля, титана и их сплавов		0,3–0,6 Zn; 0,4–1,0 Cr;	-		Электроды и ролики
Хромо–циркониевая бронза Бp.ХЦр 0,6–0,05		0,03–0,08 Zr; 0,4–1,0 Cr;	-
Никeлево–хромо–кобальтовая бронза Бp.НКХКо		≤ 0,5 Ni; ≤ 5,0 Со; ≤ 1,5 Cr; ≤ 2,0 Si	-
Никелево–бериллиевая бронза Бp.НБТ		1,4–1,6 Ni; 0,05–0,15 Тi; 0,2–0,4 Be;	-		Электроды, губки, ролики для сварки химически активных, тугоплавких металлов и сплавов
Хромовая бронза Бp.Х08		0,4–0,7 Сr	-		Контактные губки
Кpемне–никелевая бронза Бp.КН1–4		3–4 Ni; 0,6–1,0 Si;	-
Кремне–никелевая бронза Бp.НК1,5–0,5		1,2–2,3 Ni; 0,15–0,5 Ti; 0,3–0,8 Si;	-