Виды контактной сварки и варианты её использования

Контактная сварка – явление соединения друг с другом двух, сжимаемых с большой силой металлических деталей, за счет нагревания места их контакта электрическим током большой величины. Чаще всего используется в промышленности для массового производства однотипных изделий.

Схема контактной сварки.

Выделяющееся при этом процессе количество теплоты можно вычислить по закону Джоуля-Ленца: Q = I²R Δt, где I – средняя сила импульса тока, R – переходное сопротивление, Δt – длительность импульса. Для того чтобы это количество теплоты было достаточно для надежного соединения свариваемых деталей, сила сварочного тока должна быть достаточно большой: от сотен до сотен тысяч ампер.

Это означает, что источник тока (сварочная машина) должен развивать достаточную мощность (1-500 кВА) при выходном напряжении 1-15 В и внутреннем сопротивлении порядка 500 мкОм. Электроды для контактной сварки должны иметь достаточно большое поперечное сечение и изготавливаться из медных сплавов с малым удельным сопротивлением. Сила сжатия соединяемых деталей может меняться в широких пределах: от нескольких ньютонов до сотен килоньютонов.

Контактная сварка: принцип работы.

Сердцем сварочной машины чаще всего является специальный трансформатор для контактной сварки, вторичная обмотка которого обычно имеет небольшое число витков провода с большой площадью поперечного сечения. На первичную его обмотку обычно подается переменное напряжение, но могут в ней создаваться и мощные импульсы выпрямленного тока. Так, например, работает конденсаторная схема контактной сварки. Импульсы в ней возникают при разрядке на первичную обмотку трансформатора заряженного конденсатора большой емкости.

Если сравнивать с иными способами крепления деталей друг с другом, то сварка контактная имеет следующие неоспоримые преимущества:

• большая скорость (доли секунды) выполнения отдельных операций, позволяющая обеспечить высокую производительность труда;
• простота осуществления контроля за соблюдением оптимальных режимов процесса, что позволяет обеспечить надежность и высокое качество сварки даже при невысокой квалификации исполнителей;
• процесс сварки можно легко механизировать и автоматизировать;
• высокая степень экологичности.

Виды контактной сварки

Точечная контактная сварка

Принцип работы точечной сварки.

Эти схемы сварки обычно предусматривают соединение деталей в отдельно взятых точках. Схематическая иллюстрация такого метода их соединения показана на рисунке 1а. Цифрой 1 на всех схемах этого рисунка обозначены свариваемые детали. Электроды подключены к вторичной обмотке сварочного трансформатора.

Надежность и качество сварного соединения определяется структурой и размерами сварных точек. А они, в свою очередь, зависят от следующих факторов:

• размеров и формы контактной поверхности электродов;
• величины протекающего тока сварки;
• времени его протекания;
• величины сжимающей силы (P_сж);
• состояния поверхностей соединяемых деталей.

Контактная электрическая сварка.

Таким способом можно соединять как миниатюрные детали, имеющие толщину порядка долей микрометра, в электронных приборах, так и стальные листы толщиной до нескольких сантиметров в машиностроительных областях промышленности.

В домашних условиях точечная сварка дает возможность обеспечить надежное крепление выводов аккумуляторов при их замене в ноутбуках или им подобных устройствах. С двух противоположных сторон подвести электроды в этом случае нельзя, поэтому их прижимают к контактной металлической пластинке, прижатой к аккумулятору, на расстоянии несколько миллиметров друг от друга. Используется ручная сварочная установка с накопительным конденсатором.

Автоматизация одноточечных сварочных машин позволяет довести их производительность до 200 операций в минуту, но это уже предел, поскольку время тратится на перемещение детали от одной точки к другой. Для дальнейшего увеличения производительности используется многоточечная сварка со своей системой электродов для каждой отдельной точки. Поскольку движение детали от точки к точке уже не нужно, получается значительный выигрыш в производительности.

Стыковая сварка

Схема стыковой сварки.

Соединение деталей в этом случае происходит по линии их соприкосновения. Существует три определяемых маркой металла: площадью поверхности сварки и требованиями к сварочному шву, способом его осуществления:

1. Для соединения деталей со сравнительно небольшой площадью сечения (до 200 мм²) обычно применяется сварка сопротивлением. Металл в месте стыка при этом нагревается настолько, что становится пластичным, но не плавится. За счет взаимной диффузии сильно прижатые друг к другу нагретые части деталей образуют прочное соединение.
2. Сварка оплавлением используется для сварки деталей с большой (до 100000 мм²) площадью поперечного сечения (рельсов, трубопроводов, якорных цепей и т.д.) Технологически отличается от первого способа тем, что детали, закрепленные в зажимах сварочной машины, плавно прижимают друг к другу при включении тока. Свариваемые торцы оплавляются и после осадки на заданную величину, ток выключается. После остывания образуется прочное соединение. Допускается соединение разнородных металлов. Основные недостатки: угар и распыление металла, вызывающие его существенные потери.
3. При прерывистом оплавлении соединяемые детали совершают возвратно-поступательное движение. Сварочная цепь периодически замыкается, пока места сварки не разогреются до температур порядка 800-900^ОC, после чего происходит оплавление и осадка. Обычно этим способом соединяют детали из низкоуглеродистых сталей, если мощность сварочной машины недостаточна для сварки оплавлением. Когда осуществляется ручная сварка этим способом, предварительный разогрев нередко осуществляют способом сопротивления.

Рельефная сварка

Такое название получил сварочный процесс, в ходе которого детали свариваются в точках, снабженных заранее подготовленными рельефными выступами. Основное отличие от точечной заключается в том, что сварочный контакт зависит от формы поверхностей соединяемых деталей, а не электродов. Выступы необходимой формы получаются за счет предварительной штамповки или другого вида обработки.

Рельефную сварку широко используют в автомобилестроении: приварка дверных петель и скоб к капоту, соединение крепежа: шпилек, болтов и гаек и т. д. В радиоэлектронике этим методом крепятся проводники к мелким деталям. За один цикл этот способ сварки позволяет получить большое количество сварных соединений.

Шовная (роликовая) сварка

Электроды для контактной сварки.

Этот вид сварки используется при необходимости получения герметичных сварных соединений (изготовление бензобаков, различных резервуаров, емкостей и т. д.). Осуществляется такая сварка на специализированных машинах, имеющих один или два прижимных ролика-электрода, изготовленных в форме дисков. При прокатке ролики тесно сжимают соединяемые изделия и сваривают их. Толщина этих изделий может иметь значения от 0,2 до 3 мм.

Шовная сварка может осуществляться тремя способами:

1. Непрерывная, при которой получается сплошное соединение, не содержащее литых ядер, перекрывающих друг друга. Недостатки: сильный разогрев роликов, вызывающий потребность их частой перезаточки.
2. Прерывистая (в виде отдельных импульсов). Меняя продолжительность самих импульсов и промежутков между ними можно изменять степень перекрытия литых ядер. Стойкость роликов-электродов при таком способе сварки заметно повышается.
3. Шаговая, в ходе которой ток также включается прерывисто, а в момент его возникновения электроды останавливаются. Благодаря этим остановкам улучшаются контакты в зоне протекания тока и уменьшается риск возникновения горячих трещин.

Другие виды и варианты использования контактной сварки

Схема шовной сварки.

При необходимости обеспечения высокого качества сварного соединения может быть использована контактно дуговая сварка. В процессе ее осуществления сварочная машина поддерживает импульс сварочного тока необходимой мощности и продолжительности. Этот ток поджигает электрическую дугу между привариваемым материалом и поверхностью, к которой он приваривается. Процесс продолжается десятые доли секунды.

Качество сварного соединения может быть повышено с помощью керамических колец, а также за счет подачи в зону сварки инертного газа:

1. Привариваемый крепежный элемент вставляется в сварочный пистолет и приставляется к основе. На крепежный элемент надето защитное керамическое кольцо.
2. Электромагнит приподнимает крепежный элемент, на который к этому моменту подано сварочное напряжение. Между основанием и крепежным элементом возникает электрическая дуга, частично расплавляющая их. Расплавленный металл не растекается благодаря керамическому кольцу.
3. Электромагнит отключается, а пружина вдавливает крепежный элемент в основание.

Преимущества этого вида сварки – высокое качество и быстрота. Диаметр привариваемых крепежных элементов не должна превышать 24 мм. Качество сварки не зависит от состояния поверхности. Благодаря этому она используется, прежде всего, там, где нужны качество и надежность сварных соединений.

Установка контактной сварки может быть для пайки твердыми припоями. Их плавление происходит за счет нагрева электрическим током, протекающим через место спайки. Расплавленный припой заполняет шов. Таким образом, например, осуществляется пайка резцов.

Сварочная машина подвергается небольшим переделкам:

• на нижнем электрододержателе крепится суппорт для зажима резца;
• суппорт соединяется с электрододержателем гибкой медной шиной;
• верхний электрод не переделывается.

В качестве припоя лучше применить смесь равных частей латунных опилок и буры, играющей при пайке роль флюса, но можно использовать и чистую латунь. Резец зажимается в суппорте, на место спайки помещается небольшое количество припоя, а поверх нее – припаиваемая твердосплавная пластина.

Верхним электродом эта пластина прижимается к резцу, на электроды подается сварочное напряжение. Сварочный ток разогревает место контакта, в результате чего припой плавится. Давление электродов должно быть таким, чтобы припой не выдавился полностью, но и не возникло перегрева, в результате которого может произойти отпуск твердосплавной пластины. Величина этого давления подбирается экспериментально. Толщина качественного шва не должна превышать 0,1 мм.

В заключение следует напомнить, что человек, работающий с электросваркой, обязан использовать резиновый коврик, защитные очки и перчатки, причем самодельная контактная сварка исключением не является.