Контактная точечная сварка

Виды контактной сварки

Точечная сварка – один из самых популярных видов контактной сварки в домашних условиях. Однако, есть еще два типа сварки этой категории, которые используются чаще всего на заводах и в специализированных металлообрабатывающих цехах.

1. Шовная контактная сварка.Принцип действия шовной контактной сварки не отличается от точечной. Привычные нам щипцы заменяют специальные медные ролики. Сварка в этом случае происходит точечно, но на определенном расстоянии, а сварочный шов напоминает дорожку из отдельных сваренных участков.
2. Стыковая контактная сварка. Этот тип сварки отличается большей площадью одномоментной сварки. Электрический ток переменного импульса подается на свариваемые изделия, контактирующие в стыках. Таким образом, во время подачи импульса нагрев происходит по всей площади касания, еще её называют площадью сечения. Процесс этот полностью механизирован, поэтому для самостоятельной сборки в домашних условиях не подходит.
3. Конденсаторная сварка. По такому же принципу работает и конденсаторная сварка. Ее применяют в тех сферах промышленности, где сплавляются миниатюрные детали толщиной от 0,5 – до 1,5 мм. Такой тип сварки используется в сфере электроники и приборостроения. Преимущество в том, что она практически не оставляет следов и не прожигает металл.

Устройства

Оборудование для выполнения такого вида сварки выпускают в виде:

• изделий, функционирующих от сети переменного тока;
• машин, которые используют ток низкой частоты;
• аппаратов, делающих сварку наподобие конденсатора;
• агрегатов, использующих сети с постоянным током.

По утверждению экспертов, точечный сварочный аппарат, работающий от сети с переменным током, пользуется повышенным спросом. Высокое напряжение достигается преобразованием аналогичного параметра от сети с применением повышающего трансформатора, а время его работы регулирует специальный модуль.

Какие нужны электроды?

Эффективность работы аппарата напрямую зависит от характеристик стержней: размер, форма и материала. Все электроды выполняют два вида работы: сжимают заготовки с нужным усилием и подают ток в место сварки. Подразделяют такие стержни на фигурные и прямые, которые в основном и используются на производстве. Наконечники также делаются разной формы: плоской или сферической.

Первые отличаются диаметром, а второй вариант — радиусом сферы на конце стержня. От их площади зависит контакт с поверхностью соединяемых деталей, что влияет на степень сжатия, плотность подаваемого тока, а также величина расплавленной точки и размер зернистости. Стержни со сферой на конце менее изнашиваются во время длительной эксплуатации, не особо чувствительны к неправильной ориентации относительно поверхности детали.

Из-за этих особенностей они применяются для соединения мягких сплавов из алюминия или меди, потому что не остается вмятин. Размер электродов варьируется в пределах 10—40 мм, что отражено в специальном ГОСТе, выбирают их в соответствии с толщиной соединяемых пластин.

Оборудование для точечной и шовной контактной сварки

Современное оборудование для точечной и шовной контактной сварки – это комплекс
элементов для решения технологических задач. В состав оборудования входит сама
сварочная машина, средства механизации и автоматизации процессов сварки и систему
управления всеми этими устройствами.

Схема машины для точечной сварки показана на рисунке выше. В составе машины
две основные части. Первая – это механическая с элементами конструкции, которые
обеспечивают жёсткость и прочность машины (корпус, кронштейн и т.п.) и приводами
для передачи усилия и перемещения деталей. Вторая часть электрическая, в составе
которой имеется источник сварочного тока (сварочный трансформатор, выпрямитель,
аккумуляторы тока – батареи конденсаторов, инверторы – преобразователи частоты
и т.д.) и вторичный контур с токоподводами – консолями, электродержателями и
электродами.

Средства механизации и автоматизации представляют собой приспособления к универсальным
машинам или устройства, обеспечивающие подготовку изделия к сварке, сборку,
прихватку, установку, перемещение и съём узла.

Система управления необходима для задания программы работы (режимов сварки,
очерёдности выполнения операций, контроля и автоматической регулировки параметров
технологического цикла, сбора и обработки информации о состоянии оборудования
и качества изделия).

Классификация сварочных машин

Сварочные машины для контактной роликовой и шовно сварки производят в разных
странах, но их все можно классифицировать по различным признакам:

1. По способу сварки. Различают машины для точечной, рельефной и шовной сварки.

2. По назначению. Бывают универсальные машины (общего назначения) и специализированные
(обычно, по типу узла или сортамента).

3. По способу установки. Различают стационарные и передвижные машины.

4. По роду питания. Существуют машины переменного тока, машины низкочастотные
и постоянного тока, конденсаторные машины.

5. По виду привода усилия. Машины могут быть рычажные, пружинные, пневматические,
гидравлические, электромеханические и др.

6. По степени автоматизации. Машины бывают неавтоматические, полуавтоматические
и автоматические.

Электроды сварочных машин

Электроды сварочных машин – это весьма важный элемент, ведь именно от их стойкости
зависит производительность точеной и, особенно, шовной контактной сварки. Основные
требования к материалам электродов изложены в ГОСТ 14111. Для сварки алюминиевых
сплавов и подобных материалов это, прежде всего, тепло- и электропроводность.
Среди предъявляемых требований также сопротивление пластическим деформациям
при температуре 300-500°C (для сварки жаропрочных сталей).

Для изготовления электродов применяют такие материалы, как медные сплавы. В
качестве электродных вставок применяют чистые тугоплавкие металлы – молибден
и вольфрам. Отдельную группу представляют материалы, упрочнённые частицами оксидов
(Al₂O₃, CrO₃), карбидов и нитридов, обладающих высокой жаростойкостью и электропроводностью.

Для сварки медных сплавов и сплавов алюминия применяют электродные материалы
с высокой электропроводностью, для сварки жаропрочных сплавов – с высокой твёрдостью
при больших температурах (около 500°C).

Механизация и автоматизация шовной и точечной контактной сварки

Сварочные машины для точечной и шовной контактной сварки обеспечивают почти
полную автоматизацию процесса. Для уменьшения длительности вспомогательных операций
и повышения производительности всего процесса используют различные механизированные
приспособления, машины-автоматы, автоматические линии и промышленные роботы.

К сборочно-сварочным приспособлениям относятся кондукторы, стапели, сборочные
стенды, на которых выполняют сборку, прихватку и сварку изделий. На практике
также нашли широкое применение поддерживающие (выравнивающие) приспособления,
при помощи которых можно сориентировать свариваемый узел относительно электродов
или роликов сварочной машины. Примерная схема подобного приспособления показана
на рисунке.

Автоматические линии востребованы в автомобилестроении, при производстве сельскохозяйственной
техники, в вагоностроении, в электронике, при производстве трубных заготовок
и в других областях при массовом производстве.

Процесс сварки

Контактное сваривание имеет важные особенности и нюансы, которые обязательно должны соблюдаться при проведении процесса. Но как показывает практика, чтобы выполнить этот метод не обязательно иметь большой метод, с технологией смогут справиться даже новички.

Но все же в этом деле потребуется знание алгоритма сварочной технологии:

1. На начальном этапе сварные поверхности требуется очистить, тщательно обработать. Это необходимо для получения прочного и качественного соединения.
2. При сваривании показатель электрического напряжения на поверхности деталей должен быть одинаковым. Для этого поверхности максимально выравнивают. Они обрабатываются механически, при помощи травления, зачистки, рихтования или обезжиривающих средств.
3. После детали следует плотно прижать. Это можно выполнить с помощью механизмов или вручную, но в данном случае качество соединения выйдет не таким хорошим из-за недостаточного давления.
4. Затем при помощи оборудования подается ток на поверхность деталей. Сварщик обязательно должен знать какое действие тока используется при контактной сварке, если он хочет получить прочный и качественный шов.
5. Выделяемая тепловая энергия от электрического тока производит расплавление требуемой области металла. Она образует жидкое ядро, в котором возникают связи между поверхностями.
6. Давление, которое подается на металл, предотвращение вытекание жидкого металла за пределы рабочей области.
7. После прекращения подачи тока жидкое ядро быстро остывает. Оно образует качественное сварное соединение. Шов выходит прочным, ровным и износостойким.

Технология контактной сварки

Современная контактная сварка предусматривает использование электрического тока, за счет которого проводится соединение металла между собой. Рассматриваемый метод контактной сварки предусматривает формирование электрической дуги, которая расплавляет металл. При повышении температуры в зоне воздействия металл становится пластичным, за счет чего молекулы начинают соединяться между собой. К особенностям метода соединения контактной сваркой можно отнести нижеприведенные моменты:

1. На мощность образующейся дуги оказывает влияние величина тока. Именно поэтому технология применяется при соединении самых различных деталей. При повышении показателя силы тока появляется возможность работать с металлам большой толщины.
2. Время воздействия и сила сжатия металлов также оказывает влияние на полученный результат. Стоит учитывать, что преимущества контактной сварки заключается именно в фиксации соединяемых элементов. За счет этого существенно повышается качество получаемого шва.

В целом можно сказать, что за счет применения специального оборудования создаются точки сварки.

На сегодняшний день выделяют различные виды контактной сварки. Наибольшее распространение получили следующие:

1. Шовная.
2. Точечная.
3. Рельефная.
4. Стыковая.

Контактная шовная сварка

Управление контактной сваркой можно провести при применении специального оборудования, которое можно изготовить самостоятельно или приобрести в специализированном магазине. Стоит учитывать, что обычный сварочный аппарат в подобном случае не подходит.

Применение контактной сварки

Область применения контактной сварки весьма обширна – от крупногабаритных строительных конструкций и космических аппаратов до миниатюрных полупроводниковых устройств и микросхем.

Контактной сваркой можно соединять практически все известные конструкционные материалы – низкоуглеродистые и легированные стали, жаропрочные и коррозионно-стойкие сплавы, сплавы на основе алюминия, магния и титана и др.

Точечная сварка – наиболее распространенный способ контактной сварки. Этот способ широко используется в автомобиле-, вагоно- и авиастроении, строительстве, радиоэлектронике и т.д. Диапазон свариваемых толщин – от нескольких микрометров до 30 мм.

Шовная сварка обеспечивает получение прочноплотных швов при производстве чувствительных элементов в приборостроении.

Скорость сварки швов может достигать на отдельных участках 10 м/мин, а плотность соединений обеспечивает высокую надежность работы сварных конструкций в условиях очень низкого вакуума или больших давлений рабочей среды.

Стыковая сварка сопротивлением находит ограниченное применение, ввиду сложности обеспечения равномерного нагрева стыка и получения соединения по всей поверхности контакта, что обусловлено присутствием оксидных пленок. Этот способ применяется в основном при соединении проволоки, стержней и труб из низкоуглеродистой стали относительно малых сечений.

Стыковая сварка оплавлением применяется для соединения трубопроводов, арматурных стержней железобетонных изделий, железнодорожных рельсов (бесстыковые пути) в стационарных и полевых условиях, длинномерных заготовок из различных конструкционных сталей и сплавов и цветных металлов. Стыковая сварка оплавлением обеспечивает экономию легированной стали при производстве режущего инструмента. Например, данным способом сваривается рабочая часть сверла из инструментальной стали с хвостовой частью из обычной стали.

• Технология и оборудование контактной сварки / Б.Д. Орлов, А.А. Чакалев, Ю.В. Дмитриев и др.; Под общ. ред. Б.Д. Орлова. – М.: Машиностроение. 1986. – 352с.
• Сварка на контактных машинах / Н.С. Кабанов. – М.: Высшая школа. 1979. – 215с.
• Основы сварочного дела / В.Г. Геворкян. – М.: Высшая школа. 1991. – 239с.
• Сварка, резка и пайка металлов / К.К. Хренов. Машиностроение. 1952. 384с.
• Справочник сварщика / Под ред. В.В. Степанова. М., Машиностроение, 1974, 520с.

Шовный метод

При шовной сварке на месте соединения деталей создается шов, состоящий из сварных зон, перекрывающих друг друга. Все необходимые операции в данном случае должны осуществляться на специализированных аппаратах с одним или несколькими роликами-электродами, которые будут прижимать, прокатывать и варить металлоизделия.

Приемлемая толщина свариваемых листов – в диапазоне от 0,2 до 3 мм. При создании объектов и предметов, для которых важна герметичность соединений (бочки, водопроводные трубы, баки для бензина) специалисты рекомендуют пользоваться именно шовной технологией.

Точечная сварка для литиевых аккумуляторов своими руками: особенности работы

Довольно часто возникает ситуация, когда к литиевым аккумуляторам нужно прикрепить тонкую металлическую пластину. А они очень боятся перегрева от воздействия высоких температур. Помочь в этой ситуации поможет сделанная своими руками точечная сварка для аккумуляторов. Особенность такого оборудования заключается в том, что управление процессом происходит автоматически. Ниже мы рассмотрим, как работает сварочный аппарат для литиевых батарей.

Принцип действия точечной сварки

Технология контактной сварки работает довольно просто — детали плотно сжимаются и через кратчайшее расстояние подается мощный электрический импульс. Металл разогревается, в точке соприкосновения образуется расплавленное ядро. Так как детали сжаты, происходит диффузия металлов. Ток выключается, точка остывает, металл кристаллизуется. Сварная точка получается прочной, при попытке разорвать соединение лопается материал рядом с точкой. Принцип работы аппаратов сварки — генерирование этого импульса и плотное сжатие деталей.

Чтобы импульс тока хорошо разогрел металл, он должен быть с большой силой и низким напряжением. Промышленные аппараты имеют характеристики: напряжение на контактах всего 1 — 3 Вольта, способны давать силу тока в 10 — 15 килоАмпер.

Устройство аппарата точечной сварки

Любой аппарат точечной сварки состоит из двух блоков:

• источник питания;
• зажимные клещи.

Чтобы получить мощный разряд при небольшом напряжении, потребуется трансформатор индукционного типа. Соотношение первичной и вторичной обмоток позволяет получить электрический импульс, достаточный для расплавления металла.

Зажимные клещи состоят из двух медных или графитовых контактов, расположенных на разных рычагах, и прижимного механизма. Прижимы бывают с разным приводом:

• Механические. Состоят из мощной пружины и рычага, сжатие металлов происходит за счет мускульной силы. Применяются в самодельных или бытовых аппаратах, не дают должного контроля за степенью сжатия, обладают малой производительностью.
• Пневматические. Наиболее популярны для переносных ручных аппаратов, легко регулируются при помощи изменения давления в воздушной магистрали. Недостаток — сравнительно медленные, не дают возможности изменения давления в процессе сваривания.
• Гидравлические. Не так популярны, гидравлический привод также медленный, но обладает большей широтой настроек, благодаря применению перепускных регулируемых клапанов.
• Электромагнитные. Самые «молниеносные», применяются как на ручных аппаратах, так и на больших стационарных. Позволяют регулировать сжатие металлов в процессе сварки, что позволяет добиться провара и отсутствия «выплесков» металла.

Клещи для точечной контактной сварки

Усложнение конструкции возможно при использовании контуров жидкостного охлаждения на нагруженных аппаратах, применении различных систем управления током и прижимом, роботизации перемещения электродов.

Где применяется

Точечную сварку применяют для соединения различных конструкционных металлов и сплавов. Особенности технологии — экологичность, скорость, надежность, легкость автоматизации — позволяют широко применять ее в:

• автомобилестроении для сборки кузовов;
• ювелирном деле для соединения деталей;
• микроэлектронике для спайки микросхем;
• производстве сварных арматурных каркасов для монолитных плит;
• производстве корпусов, деталей товаров народного потребления.

Преимущества и недостатки

Среди основных преимуществ точечной сварки особо выделяются:

• прочность соединения;
• технологичность;
• экономичность;
• возможность соединения как толстых, так и ультратонких деталей;
• возможность автоматизации и роботизации сварочного процесса;
• высокая культура производства и экологичность;
• универсальность в материалах и возможность масштабирования.

Среди недостатков можно выделить:

• сложность диагностики сварного соединения;
• требования к чистоте металлов при сварке;
• сложность настройки аппаратуры.

Как сделать машину для сварки своими руками?

Процесс контактной сварки можно осуществить при помощи специальных установок или при помощи самодельных, сделанных своими руками. Стандартная сварочная техника для электроконтактной сварки не подойдет.

Из трансформатора

Создать простой аппарат для сварки точечным методом в домашних условиях можно из обычного трансформатора. Для этого не нужны специальные схемы и оборудование. Разбирать сердечник нет необходимости, нужно просто спилить и высверлить вторичную обмотку – обычно она находится вверху

С помощью ножовки по металлу срезается вторичная обмотка, во время работы нужно соблюдать осторожность и аккуратность, чтобы не нарушить целостность первичной обмотки. А сверлом по металлу удаляются остатки

Теперь понадобится многожильный провод в изоляции, около 5 – 7 метров. Его наматывают на трансформатор: высота – 6 рядов; толщина – 3 слоя. Должно выйти 8 – 10 витков. Обмотка не должна быть слабой и болтаться. Направление вторичной намотки должно быть в ту же сторону, что и у первичной. Выводы первичной обмотки подсоединяются к шнуру питания, а вторичной – к сварочным кабелям. На кабель устанавливается электрододержатель и медный электрод, размер которого подбирается в зависимости от силы тока.

Из микроволновки

Для работы понадобятся две микроволновки, а точнее – два трансформатора, которые находятся внутри. Они характеризуются как повышающие – напряжение в 220 вольт преобразуют в 2.5 киловольт. Мощность достигает 1200 ватт. Для начала нужно разобрать технику и демонтировать трансформаторы. Весь процесс работы проходит так же, как и при создании сварочного аппарата из трансформатора, только в данном методе их используется два, соответственно, и провода понадобится больше – около 11 – 13 метров. Его наматывают на каждый трансформатор. Включаются они последовательно – можно сделать механизм одним проводом, а можно двумя, но потом соединить их.

Затем параллельно подключаются обмотки на 220 вольт, для этого можно взять автомобильные наконечники с термоусадочной трубкой. Для удобства оба трансформатора можно монтировать на деревянную доску. Так как в процессе сварки трансформаторы сильно нагреваются, нужно давать время им остыть. Для тонкого металла такой самодельный станок не подойдет, так из-за высоко напряжения его попросту разрежет.

Из сварочного аппарата

Изготовление споттера из инвертора (сварочного аппарата) – один из популярных способов создания контактной электросварки своими силами. Различные модификации споттера можно найти в сети интернет на различных чертежах и схемах, главное – разобраться в обозначениях. Для сборки конструкции понадобятся следующие материалы.

• Трансформатор.
• Тиристор.
• Реле.
• Контроллер.
• Диодный мост.
• Переключатель контактов.
• Сварочный инвертор.
• Кнопки, регулирующие работу.

До трансформатора должен быть подключен диодный мост. К нему подсоединяется тиристор. Трансформатор нужен для подачи питания в узел управления в цепи. Силовой кабель следует подбирать в зависимости от мощности сварочного станка – от 70 мм2. Длина провода на массу – 1.7 метров, для подсоединения молотка – 2.1 метров.

Внешняя обмотка трансформатора создается из медной проволоки размеров – 4, 5, 6. Если в оборудовании будет использоваться батарея, то медный провод можно заменить на алюминиевый. Главный механизм в устройстве споттера – это пистолет. Его можно заменить деталью от полуавтоматической сварки или приспособлением для строительного клея. Если «под рукой» не оказалось тиристора и диодного моста, в качестве замены можно взять симистры.

Работа самодельного споттера проходит в следующем порядке.

• Через кнопку питания подается сигнал на конденсатор, он включается, а вместе с ним тиристор и резистор.
• Через диоды подается электрический импульс на трансформатор.
• Затем электрод начинает «свариваться» с обрабатываемой поверхностью.
• После того как конденсатор разрядился, тиристор должен закрыться, а от трансформатора отходит электрический ток.
• На этом работа сварочной установки закончена, кроме конденсатора, который начинает заряжаться от трансформатора.

Машины для контактной сварки

Сварочные аппараты разделяют на группы по следующим критериям:

• Назначение: узкоспециальные машины, рассчитанные на работу с большими партиями однотипных деталей, или универсальные, которые обрабатывают малое количество заготовок, но легко поддаются перенастройке;
• Тип механического блока, осуществляющего сжатие и усадку деталей. По этому признаку аппараты делятся на гидравлические, пневматические, пневмогидравлические, механические и другие;
• По мобильности – передвижные, переносные, стационарные;
• По способу сварки;
• По типу блока питания: машины с выпрямителем или машины, работающие от переменного тока (однофазного, трехфазного).

Конкретный вид машины выбирается в зависимости от выполняемой задачи.

Электроды для алюминия

Сварка изделий из алюминия является непростым делом и имеет свои особенности. На поверхности этого металла имеется оксидная пленка, что вносит свои трудности при работе с этим металлом. Быстрое окисление алюминия ведет к образованию тугоплавкой пленки, что препятствует образованию цельного шва на соединениях.

Присутствие в сплавах на основе алюминия такого элемента, как кремний, приводит к формированию трещин между кристаллами металла. Возникновение шлака при остановках техпроцесса приводит к затруднению вторичного разжигания дуги. Сварочный валик при затвердевании может потерять свою форму вследствие высокого значения коэффициента линейного расширения.

Однако с этими проблемами могут справиться с большим или меньшим успехом самодельные электроды по алюминию. Для получения качественного шва необходимо, чтобы состав стержня электрода по своему составу соответствовал основному материалу. Поэтому для сварки алюминиевых изделий следует использовать алюминиевую проволоку в качестве стержня для самодельного электрода.

Чтобы получить качественный результат, используя электроды по алюминию своими руками, необходимо тщательно очистить поверхности соединяемых алюминиевых деталей. Это можно сделать с помощью различных растворителей типа технического спирта. Также помогут щелочные ванны.

Если изготавливаются электроды по алюминию для дуговой сварки своими руками, то при их использовании необходимо обращать внимание на значении выставленного на оборудовании тока. Он должен быть минимальным

Чтобы получить электроды для сварки алюминия своими руками, надо подготовить проволоку, изготовленную из алюминия, диаметр которой не превышает 4 миллиметра, и нарезать ее на отрезки длиной приблизительно 20-25 миллиметров. По своему усмотрению можно немного скорректировать эти значения.

Затем следует приступить к приготовлению обмазки. Для этого тщательно измельченный мел, обычно белого цвета, надо смешать с приобретенным в магазине силикатным клеем, называемым часто жидким стеклом. Эту смесь следует перемешать до получения жидкой консистенции. Затем надо начинать обмакивать в ней поочередно нарезанные прутки, оставляя сухим небольшой конец. Толщина покрытия не должна превышать два миллиметра и за этим необходимо тщательно следить.

Далее электроды следует оставлять на просушку, дождавшись, чтобы покрытие в виде обмазки прочно затвердело. Прокаливание самодельных алюминиевых электродов надо проводить в течение двух часов при температуре не меньше, чем 200 градусов.

Сварку с помощью алюминиевых электродов надо проводить, используя постоянный ток, установив на применяемом оборудовании обратную полярность. Если предполагается сваривать толстостенные изделия, то проволоку для изготовления электродов надо выбирать большого диаметра.

Технология контактной сварки

Технология контактной сварки включает в себя нагрев стыковочной кромки деталей в сочетании с механическим давлением. Для нагрева на электроды подается ток – непрерывно или импульсами.

Меры предосторожности

При работе с контактными сварочными аппаратами опасность представляет как раскаленный металл в области шва, так и движущиеся части, соприкосновение с которыми – прямая дорога к травмам. Опасно и напряжение, подаваемое на первичную обмотку трансформатора – оно составляет 220 или 380 В. Поэтому нельзя работать на машинах, у которых не заземлен корпус, плохо изолированы провода, или неисправна система жидкостного охлаждения. Категорически запрещено переключать ступени первичной обмотки, если аппарат не отключен от сети.

Все сварочные работы необходимо производить в защитных очках, во избежание попадания в глаза капель раскаленного металла. Для защиты от ожогов нужно носить спецодежду, брезентовые рукавицы и головной убор.

При контактной сварке обрабатываемая поверхность выделяет ядовитые пары – особенно, если детали имеют свинцовое или иное антикоррозионное покрытие. Требования техники безопасности предписывают, чтобы рабочее место было оборудовано вытяжкой – это предотвратит попадание паров металла, масел, угарного газа в дыхательные пути.

Подготовка поверхностей

Перед сваркой необходимо подготовить соединяемые поверхности. Подготовка заключается прежде всего в их зачистке от коррозии, грязи, машинного масла и других нежелательных наслоений. Для этого подойдет напильник, или насадка на дрель в виде щетки. Если места сваривания имеют неровности, их нужно выровнять и подогнать друг к другу

Особенно это важно для стыковой контактной сварки, где любой зазор может испортить шов, сделав его непрочным. При подгонке отрезков трубы для их выравнивания применяется фреза