Точечная сварка металла. Сварка своими руками (контактная, точечная): схемы, расчет, изготовление

Точечная сварка является разновидностью контактной сварки. При этом способе, нагрев металла до температуры его плавления осуществляется теплом, которое образуется при прохождении большого электрического тока от одной детали к другой через место их контакта. Одновременно с пропусканием тока и некоторое время спустя после него производится сжатие деталей, в результате чего происходит взаимное проникновение и сплавление нагретых участков металла.

Особенностями контактной точечной сварки являются: малое время сварки (от 0,1 до нескольких секунд), большой сварочный ток (более 1000А), малое напряжение в сварочной цепи (1-10В, обычно 2-3В), значительное усилие сжимающее место сварки (от нескольких десятков до сотен кг), небольшая зона расплавления.

Точечную сварку чаще всего применяют для соединения листовых заготовок внахлестку, реже - для сварки стержневых материалов. Диапазон толщин, свариваемых ею, составляет от нескольких микрометров до 2-3 см, однако чаще всего толщина свариваемого металла варьируется от десятых долей до 5-6 мм.

Кроме точечной, существуют и другие виды контактной сварки (стыковая, шовная и пр.), однако точечная сварка является наиболее распространенной. Она применятся в автомобилестроении, строительстве, радиоэлектронике, авиастроении и многих других отраслях. При строительстве современных лайнеров, в частности, производится несколько миллионов сварных точек.

Заслуженная популярность

Большая востребованность точечной сварки обусловлена целым рядом достоинств, которыми она обладает. В их числе: отсутствие необходимости в сварочных материалах (электродах, присадочных материалах, флюсах и пр.), незначительные остаточные деформации, простота и удобство работы со сварочными аппаратами, аккуратность соединения (практическое отсутствие сварного шва), экологичность, экономичность, подверженность легкой механизации и автоматизации, высокая производительность. Автоматы точечной сварки способны выполнять до нескольких сотен сварочных циклов (сварных точек) в минуту.

К недостаткам можно отнести отсутствие герметичности шва и концентрацию напряжений в точке сварки. Причем последние могут быть значительно уменьшены или вообще устранены особыми технологическими приемами.

Последовательность процессов при контактной точечной сварке

Весь процесс точечной сварки можно условно разделить на 3 этапа.

• Сжатие деталей, вызывающее пластическую деформацию микронеровностей в цепочке электрод-деталь-деталь-электрод.
• Включение импульса электрического тока, приводящего к нагреву металла, его расплавлению в зоне соединения и образованию жидкого ядра. По мере прохождения тока ядро увеличивается по высоте и диаметру до максимальных размеров. Происходит образование связей в жидкой фазе металла. При этом продолжается пластическая осадка контактной зоны до окончательного размера. Сжатие деталей обеспечивает образование уплотняющего пояса вокруг расплавленного ядра, который препятствует выплеску металла из зоны сварки.
• Выключение тока, охлаждение и кристаллизация металла, заканчивающаяся образованием литого ядра. При охлаждении объем металла уменьшается, и возникают остаточные напряжения. Последние являются нежелательным явлением, с которым борются различными способами. Усилие, сжимающее электроды, снимается с некоторой задержкой после отключения тока. Это обеспечивает необходимые условия для лучшей кристаллизации металла. В некоторых случаях в заключительной стадии контактной точечной сварки рекомендуется даже увеличивать усилие прижима. Оно обеспечивает проковывание металла, устраняющее неоднородности шва и снимающее напряжения.

При следующем цикле все повторяется снова.

Основные параметры контактной точечной сварки

К основным параметрам контактной точечной сварки относятся: сила сварочного тока (I СВ), длительность его импульса (t СВ), усилие сжатия электродов (F СВ), размеры и форма рабочих поверхностей электродов (R - при сферической, d Э - при плоской форме). Для лучшей наглядности процесса эти параметры представляются в виде циклограммы, отражающей их изменение во времени.

Различают жесткий и мягкий режимы сварки. Первый характеризуется большим током, малой продолжительностью токового импульса (0,08-0,5 секунд в зависимости от толщины металла) и большой силой сжатия электродов. Его применяют для сварки медных и алюминиевых сплавов, обладающих большой теплопроводностью, а также высоколегированных сталей для сохранения их коррозионной стойкости.

При мягком режиме производится более плавный нагрев заготовок относительно небольшим током. Продолжительность сварочного импульса составляет от десятых долей до нескольких секунд. Мягкие режимы показаны для сталей, склонных к закалке. В основном именно мягкие режимы используются для контактной точечной сварки в домашних условиях, поскольку мощность аппаратов в этом случае может быть ниже, чем при жесткой сварке.

Размеры и форма электродов . С помощью электродов осуществляется непосредственный контакт сварочного аппарата с деталями, подвергаемыми сварке. Они не только подводят ток в зону сварки, но и передают сжимающее усилие и отводят тепло. Форма, размеры и материал электродов являются важнейшими параметрами аппаратов для точечной сварки.

В зависимости от их формы электроды подразделяются на прямые и фигурные. Наиболее распространены первые, они применяются для сварки деталей, допускающих свободный доступ электродов в свариваемую зону. Их размеры стандартизованы ГОСТом 14111-90, который устанавливает такие диаметры электродных стержней: 10, 13, 16, 20, 25, 32 и 40 мм.

По форме рабочей поверхности существуют электроды с плоскими и сферическими наконечниками, характеризуемыми соответственно значениями диаметра (d) и радиуса (R). От величины d и R зависит площадь контакта электрода с деталью, влияющая на плотность тока, давление и величину ядра. Электроды со сферической поверхностью имеют большую стойкость (способны сделать больше точек до переточки) и менее чувствительны к перекосам при установке, чем электроды с плоской поверхностью. Поэтому со сферической поверхностью рекомендуется изготовлять электроды, используемые в клещах, а также фигурные электроды, работающие с большими прогибами. При сварке легких сплавов (например, алюминия, магния) применяют только электроды со сферической поверхностью. Использование для этой цели электродов с плоской поверхностью приводит к чрезмерным вмятинам и подрезам на поверхности точек и повышенным зазорам между деталями после сварки. Размеры рабочей поверхности электродов выбирают в зависимости от толщины свариваемых металлов. Следует отметить, что электроды со сферической поверхностью могут быть использованы практически во всех случаях точечной сварки, электроды же с плоской поверхностью очень часто неприменимы.

* - в новом ГОСТе вместо диаметра 12 мм, введено 10 и 13 мм.

Посадочные части электродов (места соединяемые с электродержателем) должны обеспечивать надежную передачу электрического импульса и усилие прижима. Часто они выполняются в виде конуса, хотя существуют и другие виды соединений - по цилиндрической поверхности или резьбе.

Очень важное значение имеет материал электродов, определяющий их электрическое сопротивление, теплопроводность, термостойкость и механическую прочность при высоких температурах. В процессе работы электроды нагреваются до больших температур. Термоциклический режим работы, совместно с механической переменной нагрузкой, вызывает повышенный износ рабочих частей электродов, результатом чего становится ухудшение качества соединений. Чтобы электроды были в состоянии противостоять тяжелым условиям работы, их делают из специальных медных сплавов, обладающих жаропрочностью и высокой электро- и теплопроводностью. Чистая медь также способна работать в качестве электродов, однако она обладает низкой стойкостью и требует частых переточек рабочей части.

Сила сварочного тока . Сила сварочного тока (I СВ) - один из основных параметров точечной сварки. От нее зависит не только количество тепла, выделяющегося в зоне сварки, но и градиент его увеличения по времени, т.е. скорость нагрева. Напрямую зависят от I СВ и размеры сварного ядра (d, h и h 1), увеличивающиеся пропорционально увеличению I СВ.

Необходимо отметить, что ток, который протекает через зону сварки (I СВ), и ток, протекающий во вторичном контуре сварочной машины (I 2), различаются между собой - и тем больше, чем меньше расстояние между сварными точками. Причиной этого является ток шунтирования (I ш), протекающий вне зоны сварки - в том числе и через ранее выполненные точки. Таким образом, ток в сварочной цепи аппарата должен быть больше сварочного тока на величину тока шунтирования:

I 2 = I СВ + I ш

Для определения силы сварочного тока можно пользоваться разными формулами, которые содержат различные эмпирические коэффициенты, полученные опытным путем. В случаях, когда точное определение сварочного тока не требуется (что и бывает чаще всего), его значение принимают по таблицам, составленным для разных режимов сварки и различных материалов.

Увеличение времени сварки позволяет сваривать токами намного меньшими, чем приведенные в таблице для промышленных аппаратов.

Время сварки . Под временем сварки (t СВ) понимают продолжительность импульса тока при выполнении одной сварной точки. Вместе с силой тока, оно определяет количество теплоты, которое выделяется в зоне соединения при прохождении через нее электрического тока.

При увеличении t СВ повышается проплавление деталей и растут размеры ядра расплавленного металла (d, h и h 1). Одновременно с этим увеличивается и теплоотвод из зоны плавления, разогреваются детали и электроды, происходит рассеивание тепла в атмосферу. При достижении определенного времени может наступить состояние равновесия, при котором вся подводимая энергия отводится из зоны сварки, не увеличивая проплавление деталей и размер ядра. Поэтому увеличение t СВ целесообразно только до определенного момента.

При точном расчете продолжительности сварочного импульса должны учитываться многие факторы - толщина деталей и размер сварной точки, температура плавления свариваемого металла, его предел текучести, коэффициент аккумуляции тепла и пр. Есть сложные формулы с эмпирическими зависимостями, по которым при необходимости осуществляют расчет.

На практике чаще всего время сварки принимают по таблицам, корректируя при необходимости принятые значения в ту или иную сторону в зависимости от полученных результатов.

Усилие сжатия . Усилие сжатия (F СВ) оказывает влияние на многие процессы контактной точечной сварки: на пластические деформации, происходящие в соединении, на выделение и перераспределение тепла, на охлаждение металла и его кристаллизацию в ядре. С увеличением F СВ увеличивается деформация металла в зоне сварки, уменьшается плотность тока, снижается и стабилизируется электрическое сопротивление на участке электрод-детали-электрод. При условии сохранения размеров ядра неизменными, прочность сварных точек с ростом усилия сжатия возрастает.

При сварке на жестких режимах применяют более высокие значения F СВ, чем при мягкой сварке. Это связано с тем, что при увеличении жесткости возрастает мощность источников тока и проплавление деталей, что может приводить к образованию выплесков расплавленного металла. Большое усилие сжатия как раз и призвано воспрепятствовать этому.

Как уже отмечалось, для проковки сварной точки с целью снятия напряжений и повышения плотности ядра, технология контактной точечной сварки в некоторых случаях предусматривает кратковременное увеличение силы сжатия после отключения электрического импульса. Циклограмма в этом случае выглядит следующим образом.

При изготовлении простейших аппаратов контактной сварки для домашнего пользования нет большого резона заниматься точными расчетами параметров. Ориентировочные значения диаметра электродов, сварочного тока, времени сварки и усилия сжатия можно взять из таблиц, имеющихся во многих источниках. Нужно только понимать, что данные в таблицах являются несколько завышенными (или заниженными, если иметь в виду время сварки) по сравнению с теми, которые подойдут для домашних аппаратов, где обычно используются мягкие режимы.

Подготовка деталей к сварке

Поверхность деталей в зоне контакта деталей между собой и в месте контакта с электродами зачищают от окислов и других загрязнений. При плохой зачистке возрастают потери мощности, ухудшается качество соединений и увеличивается износ электродов. В технологии контактной точечной сварки, для зачистки поверхности используют пескоструйную обработку, наждачные круги и металлические щетки, а также травление в специальных растворах.

Высокие требования предъявляются к качеству поверхности деталей из алюминиевых и магниевых сплавов. Целью подготовки поверхности под сварку является удаление без повреждения металла относительно толстой пленки окислов с высоким и неравномерным электрическим сопротивлением.

Оборудование для точечной сварки

Различия между существующими видами аппаратов для точечной сварки определяются в основном родом сварочного тока и формой его импульса, которые производятся их силовыми электрическими контурами. По этим параметрам оборудование контактной точечной сварки подразделяется на следующие виды:

• машины для сварки переменным током;
• аппараты низкочастотной точечной сварки;
• машины конденсаторного типа;
• машины сварки постоянным током.

Каждый из этих типов машин имеет свои преимущества и недостатки в технологическом, техническом и экономическом аспектах. Наибольшее распространение получили машины для сварки переменным током.

Машины контактной точечной сварки переменного тока . Принципиальная схема машин для точечной сварки переменным током представлена на рисунке ниже.

Напряжение, при котором осуществляется сварка, формируется из напряжения сети (220/380В) с помощью сварочного трансформатора (ТС). Тиристорный модуль (КТ) обеспечивает подключение первичной обмотки трансформатора к питающему напряжению на необходимое время для формирования сварочного импульса. С помощью модуля можно не только управлять продолжительностью времени сварки, но и осуществлять регулирование формы подаваемого импульса за счет изменения угла открытия тиристоров.

Если первичную обмотку выполнить не из одной, а нескольких обмоток, то, подключая их в различном сочетании друг с другом, можно менять коэффициент трансформации, получая различные значения выходного напряжения и сварочного тока на вторичной обмотке.

Кроме силового трансформатора и тиристорного модуля, машины контактной точечной сварки переменного тока имеют набор управляющего оборудования - источник питания для системы управления (понижающий трансформатор), реле, логические контроллеры, панели управления и пр.

Конденсаторная сварка . Сущность конденсаторной сварки заключается в том, что сначала электрическая энергия относительно медленно накапливается в конденсаторе при его зарядке, а затем очень быстро расходуется, генерируя токовый импульс большой величины. Это позволяет производить сварку, потребляя из сети меньшую мощность по сравнению с обычными аппаратами для точечной сварки.

Кроме этого основного преимущества, конденсаторная сварка имеет и другие. При ней происходит постоянное контролируемое расходование энергии (той, которая накопилась в конденсаторе) на одно сварное соединение, что обеспечивает стабильность результата.

Сварка происходит за очень короткое время (сотые и даже тысячные доли секунды). Это дает концентрированное выделение тепла и минимизирует зону термического влияния. Последнее достоинство позволяет использовать её для сварки металлов с высокой электро- и теплопроводностью (медных и алюминиевых сплавов, серебра и др.), а также материалов с резко различающимися теплофизическими свойствами.

Жесткая конденсаторная микросварка используется в радиоэлектронной промышленности.

Количество энергии, накопленное в конденсаторах, можно рассчитать по формуле:

W = C U 2 /2

где С - емкость конденсатора, Ф; W - энергия, Вт; U - зарядное напряжение, В. Изменяя величину сопротивления в зарядной цепи, регулируют время зарядки, зарядный ток и потребляемую из сети мощность.

Дефекты контактной точечной сварки

При качественном исполнении, точечная сварка обладает высокой прочностью и способна обеспечить эксплуатацию изделия в течение длительного срока службы. При разрушениях конструкций, соединенных многоточечной многорядной точечной сваркой, разрушение происходит, как правило, по основному металлу, а не по сварным точкам.

Качество сварки зависит от приобретенного опыта, который сводится в основном к выдерживанию необходимой продолжительности токового импульса на основании визуального наблюдения (по цвету) за сварной точкой.

Правильно выполненная сварная точка расположена по центру стыка, имеет оптимальный размер литого ядра, не содержит пор и включений, не имеет наружных и внутренних выплесков и трещин, не создает больших концентраций напряжения. При приложении усилия на разрыв, разрушение конструкции происходит не по литому ядру, а по основному металлу.

Дефекты точечной сварки подразделяются на три типа:

• отклонения размеров литой зоны от оптимальных, смещение ядра относительно стыка деталей или положения электродов;
• нарушение сплошности металла в зоне соединения;
• изменение свойств (механических, антикоррозионных и др.) металла сварной точки или прилегающих к ней областей.

Наиболее опасным дефектом считается отсутствие литой зоны (непровар в виде "склейки"), при котором изделие может выдерживать нагрузку при невысокой статической нагрузке, но разрушается при действии переменной нагрузки и колебаниях температуры.

Прочность соединения оказывается сниженной и при больших вмятинах от электродов, разрывах и трещинах кромки нахлестки, выплеске металла. В результате выхода литой зоны на поверхность, снижаются антикоррозионные свойства изделий (если они были).

Непровар полный или частичный, недостаточные размеры литого ядра . Возможные причины: мал сварочный ток, слишком велико усилие сжатия, изношена рабочая поверхность электродов. Недостаточность сварочного тока может вызываться не только его малым значением во вторичном контуре машины, но и касанием электрода вертикальных стенок профиля или слишком близким расстоянием между сварными точками, приводящим к большому шунтирующему току.

Дефект обнаруживается внешним осмотром, приподниманием кромки деталей пробойником, ультразвуковыми и радиационными приборами для контроля качества сварки.

Наружные трещины . Причины: слишком большой сварочный ток, недостаточная сила сжатия, отсутствие усилия проковки, загрязненная поверхность деталей и/или электродов, приводящая к увеличению контактного сопротивления деталей и нарушению температурного режима сварки.

Дефект можно обнаружить невооруженным глазом или с помощью лупы. Эффективна капиллярная диагностика.

Разрывы у кромок нахлестки . Причина этого дефекта обычно одна - сварная точка расположена слишком близко от края детали (недостаточна нахлестка).

Обнаруживается внешним осмотром - через лупу или невооруженным глазом.

Глубокие вмятины от электрода . Возможные причины: слишком малый размер (диаметр или радиус) рабочей части электрода, чрезмерно большое ковочное усилие, неправильно установленные электроды, слишком большие размеры литой зоны. Последнее может являться следствием превышения сварочного тока или длительности импульса.

Внутренний выплеск (выход расплавленного металла в зазор между деталями) . Причины: превышены допустимые значения тока или длительности сварочного импульса - образовалась слишком большая зона расплавленного металла. Мало усилие сжатия - не создался надежный уплотняющий пояс вокруг ядра или образовалась воздушная раковина в ядре, вызвавшая вытекание расплавленного металла в зазор. Неправильно (несоосно или с перекосом) установлены электроды.

Определяется методами ультразвукового или рентгенографического контроля или внешним осмотром (из-за выплеска может образоваться зазор между деталями).

Наружный выплеск (выход металла на поверхность детали) . Возможные причины: включение токового импульса при несжатых электродах, слишком большое значение сварочного тока или продолжительности импульса, недостаточное усилие сжатия, перекос электродов относительно деталей, загрязнение поверхности металла. Две последние причины приводят к неравномерной плотности тока и расплавлению поверхности детали.

Определяется внешним осмотром.

Внутренние трещины и раковины . Причины: слишком велики ток или продолжительность импульса. Загрязнена поверхность электродов или деталей. Мала сила сжатия. Отсутствует, опаздывает или недостаточно ковочное усилие.

Усадочные раковины могут возникать во время охлаждения и кристаллизации металла. Чтобы воспрепятствовать их возникновению, необходимо повышать силу сжатия и применять проковывающее сжатие в момент охлаждения ядра. Дефекты обнаруживаются методами рентгенографического или ультразвукового контроля.

Смещение литого ядра или его неправильная форма . Возможные причины: неправильно установлены электроды, не очищена поверхность деталей.

Дефекты обнаруживаются методами рентгенографического или ультразвукового контроля.

Прожог . Причины: наличие зазора в собранных деталях, загрязнение поверхности деталей или электродов, отсутствие или малое усилие сжатия электродов во время токового импульса. Во избежание прожогов ток должен подаваться только после приложения полного усилия сжатия. Определяется внешним осмотром.

Исправление дефектов . Способ исправления дефектов зависит от их характера. Самым простым является повторная точечная или иная сварка. Дефектное место рекомендуется вырезать или высверлить.

При невозможности сварки (из-за нежелательности или недопустимости нагрева детали), вместо дефектной сварной точки можно поставить заклепку, высверлив место сварки. Применяются и другие способы исправления - зачистка поверхности в случае наружных выплесков, термическая обработка для снятия напряжений, правка и проковка при деформации всего изделия.

При использовании содержания данного сайта, нужно ставить активные ссылки на этот сайт, видимые пользователями и поисковыми роботами.

Аппарат точечной сварки позволяет производить соединение материалов различной толщины, даже очень тонких. Получаемый при этом шов аккуратен, прочен, а его качество мало зависит от профессионализма исполнителя.

1 Точечная сварка – технология быстрого соединения материалов

Точечная сварка представляет собой разновидность контактного способа сваривания. Эта технология обеспечивает соединение деталей в одной или нескольких точках, в которых происходит нагревание материала до температуры плавления пропускаемым током с одновременным приложением сжимающего усилия. После прекращения подачи сварочного напряжения и остывания зоны разогрева снимают воздействие сжатием на место соединения.

В основе технологии контактной сварки лежит тепловое воздействие на металл протекающего по нему электрического тока. Количество выделяемого при этом тепла определяется по закону Джоуля-Ленца и зависит от электрической проводимости материала (чем она меньше, тем больше нагрев). При точечном соединении напряжение подается по двум электродам, между которыми находятся свариваемые детали. Электроды изготавливают из материалов с высокой электропроводимостью, чтобы обеспечить наименьшее сопротивление в месте их контакта с соединяемыми изделиями.

В то же время, область соприкосновения деталей обладает низкой электрической проводимостью (большим сопротивлением). Поэтому проходящий через электроды и детали ток производит быстрый высокотемпературный нагрев именно места соединения изделий. Плавление материала в этой области приводит к образованию литых ядер сварочных точек. Их диаметр обычно варьируется в пределах 4–12 мм. Прочность соединения зависит как от размеров, так и структуры этих точек, определяемых силой и временем протекания сварочного тока, свойствами электродов и поверхностей деталей, усилием сжатия.

2 Особенности работы аппаратов точечной сварки

В зависимости от условий соединения деталей и мощности аппарата процесс точечной сварки характеризуется:

• малым временем протекания – от 0,01 до нескольких секунд;
• низким напряжением, подаваемым в сварочную цепь – обычно 2–3 В, может быть 1–10 В;
• большими величинами сварочного тока – как правило от 1000 А и более;
• значительным сжимающим усилием, приложенным к месту сварки - от десятков до сотен килограмм;
• малой зоной расплавления.

Различают два режима сварки:

• мягкий;
• жесткий.

Первый характеризуется плавным нагревом изделий при большей, чем во время жесткого режима, продолжительности сварки и меньших значениях протекающего тока. Длительность подачи сварочного импульса обычно составляет 0,5–3 секунды. Этот режим применяют для деталей из стальных сплавов, склонных к закалке. Помимо этого, в основном именно его используют для соединения изделий в домашних условиях, потому что в этом случае сварочный аппарат точечной сварки может иметь мощность более низкую, чем при жестком режиме. Преимущества мягких процессов по сравнению с жесткими:

• меньшие мощность потребления и нагрузка на сеть;
• менее мощные, а благодаря этому и более дешевые аппараты, необходимые для соединения изделий;
• уменьшение закалки области сварки.

Жесткий режим по сравнению с мягким характеризуется меньшей продолжительностью (обычно 0,08–1,5 с), более высокими величинами силы тока и сжимающего усилия электродов. В основном его используют для сварки сплавов из меди, алюминия и с высокой теплопроводностью, (позволяет сохранить их коррозионную устойчивость), а также деталей из разнородных материалов и неравной толщины. Преимуществами жестких режимов являются уменьшение времени и повышение производительности сварки. К недостаткам относят:

• повышенную потребляемую мощность;
• высокие нагрузки на сеть;
• сварочные машины большой мощности.

Точечная сварка получила наибольшее применение для соединения внахлест, причем обычно листовых материалов, реже используется при работах с стержневыми деталями.

Диапазон толщин изделий, свариваемых ею, варьируется от 0,02 мкм для тончайших деталей электронных приборов до 20 мм у листов металлоконструкций в судо-, автомобиле-, самолето-, машиностроении и иных промышленных отраслях. Ее преимуществами являются:

• высокая экономичность;
• отсутствие необходимости в расходных материалах (присадочных, электродах, флюсах и прочих);
• механическая прочность и надежность точечных швов;
• простота и удобство эксплуатации сварочного оборудования;
• минимальные остаточные деформации;
• аккуратность соединения;
• высокая производительность и возможность автоматизации работ (машина точечной сварки в составе автоматизированной линии способна выполнять до 600 точечных швов в минуту).

Существенный недостаток – невозможность получения герметичного сварочного шва.

3 Виды оборудования для проведения точечной сварки

Существующие аппараты в основном различаются родом подаваемого сварочного тока и формой его импульса, производимых их электрическими силовыми контурами. Исходя из этих параметров все оборудование подразделяют на нижеследующие виды:

• аппараты для сваривания переменным током;
• машины низкочастотной сварки;
• устройства конденсаторного типа;
• аппараты для сваривания постоянным током.

Всем типам оборудования свойственны свои преимущества и некоторые недостатки в техническом, технологическом и экономическом аспектах.

Аппарат точечной сварки переменным током получил наибольшее распространение. С помощью этих машин сварка осуществляется при рабочем напряжении, которое формируется из питающего напряжения электросети (220/380В) посредством сварочного трансформатора. Первичная обмотка трансформатора подключается к сети с помощью тиристорного модуля, который также обеспечивает длительность подачи электропитания, необходимую для формирования нужного сварочного импульса. Модуль позволяет не только задавать продолжительность времени работы сварки, но и управлять формой подаваемого токового импульса за счет регулирования процесса открытия тиристоров.

Вторичная обмотка, которая через электроды подсоединяется к деталям, может быть составной, выполненной из нескольких обмоток. Производя их подключение друг с другом в различном сочетании, можно изменять коэффициент трансформации, тем самым получая на рабочем выходе аппарата разные значения сварочного тока и напряжения. Помимо тиристорного модуля и силового трансформатора оборудование для точечного сваривания переменным током оснащено комплектом вспомогательных устройств – панель управления, источник питания схемы управления, логические контроллеры, реле и прочее.

Машины низкочастотной сварки и постоянным током по конструкции и принципу работы аналогичны аппаратам переменного тока. Устройства для сваривания постоянным током оснащены преобразователем переменного напряжения в постоянное.

4 Устройства точечной сварки конденсаторного типа

В устройствах конденсаторного типа электрическая энергия сначала относительно медленно аккумулируется в конденсаторе, когда осуществляется процесс его зарядки, после чего происходит очень быстрое ее расходование, сопровождающееся генерированием сварочного импульса с силой тока большой величины. Такой принцип работы позволяет проводить сварку, потребляя меньшую, чем при использовании обычных аппаратов, сетевую мощность. Это является основным преимуществом данного вида оборудования.

У конденсаторной сварки есть и другие достоинства:

• Расход энергии на каждое сварное соединение контролируется и постоянен (всегда равен величине, накопленной в конденсаторе), что обеспечивает стабильное качество результата.
• Сварка производится за очень малый промежуток времени (тысячные или сотые доли секунды) – обеспечивается концентрированное тепловыделение и минимизируется область термического воздействия. Это позволяет применять конденсаторную сварку для соединения металлов с высокой тепло- и электропроводностью (серебра, алюминиевых и , других), а также материалов, у которых теплофизические свойства резко отличаются.

Жесткая конденсаторная точечная микросварка применяется в радиоэлектронной промышленности.

5 Самодельная точечная сварка – основные принципы конструирования

При сборке простейших устройств контактной сварки, предназначенных для домашнего использования, нет острой необходимости производить точные расчеты всех параметров. Примерные значения сварочного тока, диаметра электродов, усилия сжатия и времени сварки можно взять из соответствующих таблиц. При этом следует понимать, что табличные данные являются немного завышенными (иногда заниженными, если речь идет о времени сварки) относительно тех, которые вполне подойдут для самодельных аппаратов, так как в домашних условиях наиболее востребованы мягкие режимы работы.

Прекрасная самодельная точечная сварка может получиться из микроволновки, инвертора, старенького ЛАТР. Во всех этих устройствах стоят мощные трансформаторы – основа собираемого оборудования. Переделки потребует вторичная обмотка, а первичная будет использоваться в качестве сетевой. Электроды должны быть из меди, диаметром в 2–3 раза больше толщины более тонкой свариваемой детали. Для соединения всех элементов аппарата необходимо использовать толстый многожильный медный провод в изоляции. Независимо от выбранной схемы устройства точечной сварки удобнее всего выключатель для него выполнить в виде педали. Провода, подводимые от реконструированного трансформатора к электродам, делают как можно более короткими.

Контактная точечная сварка отличается целым рядом преимуществ – это способность швов выдерживать значительные механические нагрузки, дешевизна оборудования, возможность создать автоматизированный процесс и пр.

Сварочный аппарат данного вида относительно просто собрать, что тоже является его достоинством и дает возможность сделать аппарат своими руками. Единственным недостатком подобного типа сварки является отсутствие возможности создать герметичный сварочный шов.

Как сделать трансформатор для точечной сварки

Основным составляющим элементом сварочного аппарата является трансформатор. Обеспечение повышенного показателя сварочного тока достигается большим коэффициентом трансформации. Трансформатор должен обладать мощностью не менее 1 кВт. Для данной цели отлично подходят трансформаторы от микроволновых печек, обладающих достаточной мощностью.

Найти такой трансформатор просто, а сварочный аппарат этого типа можно применять для сварки листов из стали в 1 мм. Для изготовления аппарата с большей мощностью можно применить несколько трансформаторных установок.

В трансформаторе располагаются первичная обмотка и магнитопровод, которые вам и понадобятся. Вторичную обмотку следует срезать с помощью ножовки или любого другого инструмента. При этом очень важно не допустить повреждения магнитопровода и первичной обмотки. В том случае, если в трансформаторе имеются шунты для ограничения тока, их необходимо снять.

Сняв все лишние (в данном случае) элементы, следует создать вторичную обмотку (новую). С целью обеспечить большой ток требуется применение медного толстого провода, диаметр которого должен составлять не меньше 1 см. Трех витков будет вполне достаточно, добейтесь того, чтобы на выходе получилось приблизительно 2 В.

Более мощная сварка своими руками получится в том случае, если вы соедините между собой два (или больше) трансформатора. Главное при этом – учесть возможности вашей сети, в противном случае, включая точечную сварку, вам придется сталкиваться с разными неприятностями, когда мигают лампочки, срабатывают предохранители и пр.

Вернуться к оглавлению

Сборка точечной сварки своими руками и изготовление электродов

Очень важным элементом в сварке являются электроды, поэтому изготавливать их следует с учетом всех рекомендаций. Для изготовления данных элементов вам потребуются медные прутья. Лучше подобрать стержни большого диаметра (как минимум с толщину провода). Если в ваши планы входит изготовление сварочного аппарата, имеющего небольшую мощность, можно использовать жала, которые содержат мощные паяльники.

В зависимости от того, как часто применяется точечная контактная сварка, со временем форма электродов теряется. Через некоторое время пользования их можно подточить, а при необходимости заменить новыми.

Желательно, чтобы провод, который идет от электродов к трансформатору, был минимальной длины и с минимальным количеством соединений. Дело в том, что в месте соединения мощность частично теряется. На кончики провода следует надеть наконечники из меди и уже через них соединить провод и электроды.

Каждый наконечник следует спаять с проводом. Такие меры необходимы по той причине, что при сварке медные контакты постепенно могут окисляться. Это объясняет значительную потерю мощности и выхода из строя сварочного аппарата, сделанного своими руками. Спаять провод и наконечник – достаточно сложная задача, что объясняется большим диаметром. Для данной цели можно воспользоваться лужеными наконечниками под пайку, которые можно приобрести в любом специализированном магазине.

Причина дополнительного сопротивления, которую способна вызывать точечная сварка, может быть в неспаянных соединениях наконечников с каждым из электродов. Однако этот недостаток исправить не удастся, ведь электроды периодически должны сниматься для заточки или с целью полной замены. Но здесь стоит отметить, что данные соединения достаточно легко поддаются очистке от окисла, в отличие от многожильных проводов, которые обжаты наконечником.

Вернуться к оглавлению

Точечная контактная сварка и как ей управлять

Точечная сварка управляется с помощью выключателя и рычага. Для того чтобы обеспечить должный контакт деталей, которые подвергаются сварке, необходимо предусмотреть достаточную силу сжатия между электродами.

При необходимости сварить толстые листы железа требуется применить более мощную контактную точечную сварку (с большей силой сжатия между электродами). Желательно, чтобы рычаг не был коротким, при этом он должен быть достаточно крепким. Сварочный аппарат должен иметь массивное основание, заранее позаботьтесь о том, чтобы его было возможно крепить к столу.

Для большого усилия прижима, которым должна обладать контактная точечная сварка, сделанная своими руками, может быть применен как описанный выше рычаг, так и рычажно-винтовой зажим в виде винтовой стяжки, расположенной между основанием и самим рычагом. При желании можно воспользоваться другими способами, но для них может потребоваться специальное оборудование.

Для установки выключателя следует выбрать первичную обмотку, точнее, ее цепь. Дело в том, что цепь вторичной обмотки отличается слишком большим током, что может стать причиной дополнительного сопротивления и сварки контактов.

Если вы решили применить рычажный прижимной механизм, для крепления выключателя лучше выбрать рычаг. В этом случае в процессе работы включение тока и управление рычагом можно будет выполнять одной рукой. Таким образом придерживать свариваемые детали будет максимально удобно.

Точечная сварка – достаточно распространенный и востребованный метод соединения металла, являющийся разновидностью контактной сварки. В этой статье мы рассмотрим принцип действия точечной сварки, разновидности машин для точечной сварки, их особенности, а также сам процесс точечной сварки и технику безопасности при ведении точечной сварки.

Что такое точечная сварка?

При точечной сварке металлов свариваемые детали привариваются друг к другу в одной либо нескольких точках – отсюда и название. Прочность соединения зависит от структуры и размеров точки, которые, в свою очередь, определяются свойствами электродов, сварочного тока, времени протекания тока через детали, усилия сжатия и самих поверхностей соединяемых деталей.

Сварка, имеет высокую степень травматизма, поэтому соблюдайте технику безопасности

Точечная контактная сварка – весьма перспективный метод соединения металла. Он отличается высокой производительностью и широкой областью применения – от соединения тонких деталей электронных приборов до разнообразных конструкций из стальных листов толщиной до 20 миллиметров для автомобилестроения, самолетостроения, судостроения, машиностроения и других областей промышленности. Также метод контактной сварки используется для прокладки нефтепроводов и газопроводов.

За счет легкой автоматизации процесса контактная точечная сварка широко применяется на различных производствах, при серийном массовом производстве каких-либо изделий. Здесь стоит отметить то, что прочность получаемых контактной сваркой соединений мало зависит от квалификации сварки и находится на высоком уровне.

Принцип действия точечной сварки

Как уже говорилось выше, точечная сварка – разновидность контактной. При этом сварное соединение образуется посредством нагревания металла с помощью пропускаемого через него тока и пластической деформации сварной зоны под воздействием сжимающих усилий.

В основе контактной сварочной технологии лежит разогрев металла под воздействием электричества по закону Джоуля-Ленца. При сварке ток идет между электродами, проходя при этом через металл свариваемых деталей. При этом электроды изготавливают из материалов с хорошей электропроводностью, чтобы сопротивление контакта детали и электрода было наименьшим.

За счет наибольшего сопротивления контакта деталей между собой наибольший нагрев происходит именно там. При этом нагрев и плавление металла приводит к появлению литых ядер сварных точек. Как правило, их диаметр составляет 4-12 миллиметров.

Разновидности и аппараты точечной сварки

Методы точечного соединения металла можно разделить на две группы: мягкие и жесткие.

Мягкие режимы отличаются плавным нагревом деталей с помощью умеренного тока (плотность тока на поверхности электродов обычно не превышает ста ампер на квадратный миллиметр). Разогрев происходит за 0.5-3 секунды. Такие режимы характеризуются меньшей потребляемой мощностью (если их сравнивать с жесткими режимами), меньшими нагрузками на электросеть, меньшими требованиями к мощности и цене сварочных машин, меньшей закалкой сварочной зоны. Такие режимы часто используются для сваривания склонных к закалке сталей.

Жесткие режимы отличаются меньшей продолжительностью процесса, более сильными токами и давлением при сжатии деталей. Плотность тока достигает трехсот ампер на квадратный миллиметр при сваривании стали. Время разогрева длится от 0.1 до 1.5 секунд. Давление электродов обычно составляет от 3 до 8 килограмм на квадратный миллиметр. Недостатками таких режимов являются повышенные требовании к мощности аппаратов контактной точечной сварки, большие нагрузки на сеть. Преимущества – меньшее время процесса и большая производительность. Жесткие режимы контактной сварки часто используют для сварки сплавов меди и алюминия, деталей с высокой теплопроводностью, неравной толщины, а также для сварки высоколегированных сталей, так как такие режимы сохраняют их коррозионную стойкость.

Точечная сварка не только надежна, но и выглядит эстетично

Время приложения усилий сжатия и подачи сварочного тока определяются заданной циклограммой процесса соединения металла.

Таким образом, аппараты точечной сварки разделяются по мощности. Существует достаточно большое количество моделей машин для этого не сложного, но в тоже время серьезного процесса — от мощных станков с высокой производительностью до ручных переносных аппаратов.

Преимущества точечной сварки

Этот процесс соединения металла имеет массу преимуществ. К достоинствам метода соединения различных металлов следует отнести:

• Возможность сварки тонких и очень тонких деталей из металлов различной природы (в том числе и дорогостоящих или легкоплавких сплавов). Во многих случаях такая возможность бывает весьма полезной, а аппарат точечной сварки – незаменимой машиной.
• Хорошие прочностные характеристики сварочного соединения, а также хороший внешний вид соединений. Соединения, полученные контактной сваркой, не подвержены старению, структура металла в зоне сварки практически не меняется, за исключением некоторого увеличения размера зерен.
• Высокую производительность контактной точечной сварки. Существуют машины контактной точечной сварки, позволяющие выполнять до восьмисот сварочных точек в минуту.
• Возможность полной автоматизации процесса точечной сварки. Все большее распространение приобретают автоматизированные машины контактной сварки, сварочные роботы и т.д. Это позволяет существенно сократить затраты труда, снизить себестоимость оборудования и повысить продуктивность работы.
• Экономичное расходование электродов, электрической энергии и других материалов. Себестоимость сварных точек также достаточно низка – хотя аппарат точечной сварки стоит достаточно дорого, за счет экономичного расходования материалов, высокой производительности аппарата и длительного срока службы себестоимость этого бесспорно не заменимого оборудования получается низкой.
• Низкие требования к квалификации персонала – для того, чтобы использовать аппарат точечной контактной сварки, вовсе не обязательно быть высококвалифицированным специалистом.

Техника безопасности при точечной сварке

Как и любой сварочный процесс, этот метод тоже требует беспрекословного соблюдения определенных мер безопасности.

Средства защиты

Основная угроза при работе со сварочным оборудованием – поражение электрическим током и высокой температурой. Для предотвращения поражения электрическим током необходимо соблюдать такие меры безопасности, как заземление тех частей оборудования, которые должны быть заземлены, проверка исправности оборудования перед работой, использование средств защиты. Управляющие элементы аппарата для точечного соединения металлических деталей не должны быть под высоким напряжением. Все провода должны иметь достаточное сечение.

При контактной точечной сварке выделяются брызги и пары металла. Для предотвращения ожогов брызгами металла сварщик должен использовать рукавицы, спецодежду и очки с прозрачными стеклами либо головной щиток. Пары металла могут быть вредны для здоровья, поэтому необходимо использовать вентиляцию, а при необходимости – средства защиты органов дыхания.

Части аппарата для соединения металла, должны быть хорошо зачищены

Меры безопасности

Все блокировочные устройства и устройства быстрого отключения аппарата точечной сварки должны быть исправны, находиться на виду, к ним должен быть легкий доступ.

При проведении таких технических работ, как зачистка или смена электродов, нужно соблюдать меры, исключающие возможность смещения электрода и травмирования рук. При работе аппарата точечной сварки пространство зажимных механизмов нужно закрывать щитком, а при работе на мощных машинах – огораживать ширмами.

Должна быть исключена возможность травмирования сварщика движущимися частями аппарата точечной сварки.

Заключение

Мы рассмотрели технологию контактной точечной сварки, выявили основные ее преимущества, принцип действия, рассмотрели аппараты точечной сварки и технику безопасности при выполнении всего процесса.

Само название контактная точечная сварка говорит о том, что детали прочно соединяются между собой точкой или точками в результате воздействия электрического тока и соответствующего усилия сжатия.

Таким способом можно соединять как самые тонкие детали, имеющие толщину до 0,02 мкм, так и детали толщиной до 20 мм, изготовленные из различных металлов и сплавов, а также их сочетаний. Сваривают этим видом сварки проволоку, прутки круглого, крестообразного сечения и др. профили. Чаще всего сваривают конструкции из мягкой и коррозионно-стойкой стали, а также все легкие сплавы и латунь.

Точечная сварка широко распространена при изготовлении конструкции в электронной промышленности, в судо-, самолето-, автомобилестроении, сельском хозяйстве, других отраслях промышленности и быту. Сварка применяется при рихтовке и сварке кузовов машин, при изготовлении шкафов и корпусов, которые применяются в электротехнической промышленности, производстве изделий каркасной формы, изготовлении посуды.

Ни одна станция технического обслуживания и небольшие мастерские по обслуживанию автомобилей не могут существовать, не имея в своем арсенале машины для точечной сварки.

Этапы выполнения точечной сварки

К ним относятся:

• подготовка кромок изделия под сварку;
• совмещение деталей в нужном положении и помещении их между электродами;
• нагрев изделия до состояния пластичности;
• деформирование.

Подготовка кромок под сварку заключается в зачистке их до металлического блеска и обезжиривания. Детали должны плотно прилегать друг к другу в процессе осуществления сварки. Для этого используют ручные тиски или струбцины.

К преимуществам относят:

• высокую скорость (некоторые аппараты позволяют совершать 600 соединений в минуту);
• отсутствие деформаций и короблений;
• нет необходимости использовать сварщика с высокой квалификацией;
• экономичность;
• возможность автоматизации сварочного процесса.

К недостаткам можно отнести большую трудоемкость сварки, невозможность получить герметичное соединение и невозможность применить этот вид сварки для нагруженных и силовых изделий.

Устройство сварочной машины

Основными частями любой сварочной машины для точечной сварки являются:

• трансформатор тока (вторичная обмотка у него подсоединяется к электродам);
• специальный механизм, предназначенный для сжатия электродов;
• сварочный зажим;
• устройство, позволяющее включать и выключать сварочный ток;
• шкаф управления (регулирует силу тока и время его протекания).

У сварочных аппаратов небольшой мощности шкаф управления может отсутствовать, тогда время пропускания тока и необходимое усилие сжатия электродов регулирует сам сварщик, полагаясь на свой опыт и навыки.

Обычно у сварочных аппаратов регулируются следующие основные параметры:

• сила тока;
• время прохождения тока;
• усилие сжатия электродов.

В процессе работы на любом сварочном аппарате необходимо следить за состоянием электродов. Диаметр электрода не должен увеличиваться. Это приводит к уменьшению концентрации тепла в месте соединения деталей. Диаметр электрода должен быть таким же, как и полученная впоследствии сварочная точка. Плоскость контакта электрода с металлом зачищают плоским напильником или шлифовальной шкуркой.

Необходимо помнить, что электроды изготавливаются из специальных материалов — меди и жаропрочных бронз, которые способны сохранять размеры и форму при высоких температурах (до 600 0С), однако в процессе эксплуатации они быстро изнашиваются и теряют свою форму. Поэтому надо не только следить за состоянием формы электродов, но и вовремя производить их замену.

Все аппараты можно классифицировать по следующим основным признакам:

• назначению;
• расположению электродов;
• передвижению;
• способу автоматизации.

По назначению аппараты делят на машины общего назначения и предназначенные для проведения конкретных работ (пециализированные). Аппараты общего назначения применяются в бытовых и производственных целях при выполнении разовых работ. Они характеризуются небольшими размерами и весом, легко транспортируются и работают, как правило, от бытовой электрической сети.

Специализированные аппараты используются для производственных целей при крупносерийном и массовом производстве однотипных изделий. Это позволяет максимально увеличить производительность. Характеризуются большими габаритами, питание у них часто осуществляется от электрической сети 380 В. К ним относятся специальные споттеры и машины, предназначенные специально для производства кузовных работ.

Электроды у машин могут располагаться следующим образом:

• друг напротив друга;
• рядом друг с другом (параллельно).

В первом случае электроды с двух сторон одновременно сжимают свариваемые детали, а во втором – электроды опираются с одной стороны деталей. Такие клещи называются двухточечными.

По способу передвижения аппараты могут быть 3 видов:

• стационарные;
• подвесные;
• мобильные.

В стационарных машинах для точечной сварки детали перемещают под машину, а в подвесных и мобильных происходит установка аппарата в положение сварки. Обычно в ремонтных целях используют сварочные клещи. Они имеют небольшие размеры и позволяют выполнять точечную сварку по месту проведения ремонтных работ.

По способу автоматизации оборудование может быть:

• ручным;
• автоматическим.

Основным параметром при выборе необходимой для тех или иных целей машины является сила сварочного тока и длина рычагов с электродами. Именно это определяет, какую толщину деталей можно сваривать, какой металл и с какими габаритами. Обычно производитель это указывает в паспорте на конкретную модель аппарата для точечной сварки. Простейший аппарат для точеной сварки можно вполне .

Порядок работы аппаратов точечной сварки

Детали, подлежащие соединению, накладываются внахлестку друг на друга. Потом они устанавливаются между электродами и закрепляются. Далее происходит пропускание токабольшой силы (около 5000 А) и небольшого напряжения (4В).Эти значения зависят от товщины свариваемых деталей. Это вызовет быстрый нагрев металла в месте контакта на всю толщину деталей. Произойдет его плавление.

Нагрев осуществляется подача импульса сварочного тока. Его длительность не более 0,1 сек, а то и меньше, в зависимости от условий сварки. За это время он расплавит металл в зоне соединения и образует жидкий металл. После его снятия еще некоторое время детали удерживаются под давлением. Это делается для того, чтобы металл остыл и закристаллизовался. Прижатие деталей происходит в момент действия сварочного импульса. Это позволяет предотвратить выплеск металла из зоны образования точки.

Дефекты контактной точечной сварки

Все дефекты, которые могут возникнуть при контактной точечной сварке можно разделить на видимые и невидимые (внутренние). К видимым дефектам относят:

• трещины;
• прожоги;
• разрывы металла;
• вырывы точек;
• темную поверхность точек;
• вмятины;
• неправильную форма точек.

К невидимым дефектам относят:

• непровар:
• внутренние трещины, выплески, раковины и поры.

Этому способствует неправильно подобранная технология сварки, неправильная подготовка металла к сварке, недостаточное охлаждение электродов в процессе сваривания, износ поверхности электродов и другие факторы, которые негативно сказываются на качестве изделия. Выявить наружные дефекты можно сразу, а внутренние только специальными методами неразрушающего контроля, которые применяются на производствах, производящих изделия ответственного назначения.

В магазинах, включая и интернет-магазины, можно приобрести аппараты от ведущих мировых и отечественных производителей сварочного оборудования.

Особой популярностью и хорошим спросом пользуются аппараты компании G.I.Kraft из Германии, сварочные аппараты BlueWeld, производимые в Италии, компании Forsage из Украины, мобильные аппараты «КРАБ» производителя из Украины и другие. Все они отличатся прекрасными качественными характеристиками, инновационными технологиями изготовления и высокой производительностью. Огромный ассортиментный ряд позволяет выбрать аппарат под конкретные нужды с превосходными характеристиками, который прослужит длительное время.