Электроды для контактной сварки точечной и шовной: излагаем в общих чертах

Контактная сварка — это процесс образования соединения в результате нагрева металла проходящим через него электрическим током и пластической деформации зоны соединения под действием сжимающего усилия.

Родоначальник контактной сварки — английский физик Уильям Томсон (лорд Кельвин), который в 1856 г. впервые применил стыковую сварку. В 1877 г. в США Томсон самостоятельно разработал стыковую сварку и внедрил ее в промышленность. В том же 1877 г. в России Н.Н.Бенардос предложил способы контактной точечной и шовной (роликовой) сварки. На промышленную основу в России контактная сварка была поставлена в 1936 г. после освоения серийного выпуска контактных сварочных машин.

Причины недолговечности электродов контактной электросварки

Процесс контактной сварки 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 сварочными клещями для точечной сварки 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.

Преимущества контактной сварки перед другими способами:

• Высокая производительность (время сварки одной точки или стыка составляет 0,02… 1,0 с)
• Малый расход вспомогательных материалов (воды, воздуха)
• Высокое качество и надежность сварных соединений при небольшом числе управляемых параметров режима, что снижает требования к квалификации сварщика
• Это экологически чистый процесс, легко поддающийся механизации и автоматизации

Материал электродов

Материал электродов для контактной сварки не может быть абсолютно любым. Сама контактная сварка предполагает высокие температуры, сжатие, напряжение, неравномерный прогрев электрода и прочее. Соответственно, металл, из которого будут изготовлены электроды, должен обладать характеристиками, которые позволят изделию противостоять всем нагрузкам. Ведь чем дольше форма электрода будет оставаться неизменной, тем качественнее будут сварные точки. Как только форма начнет меняться под воздействием нагрузок, так сразу начнет ухудшаться качество соединений.

Что еще может привести к деформации электрода? Постоянный перегрев, плавление или даже окисление — все это ждет электроды, применяемые при контактной сварке. Поэтому важно правильно подобрать материал, из которого они будут изготовлены.

Основным материалом является медь. Но она никогда не используется в чистом виде, поскольку не является жаропрочной. А это важно при контактной сварке. Производители учитывают эту особенность и применяют различные медные сплавы, в составе которых помимо меди есть разные легирующие компоненты.

Это может быть хром, алюминий, цинк, магний, кадмий, цирконий, бериллий и некоторые другие металлы. Благодаря им медные электроды не теряют своей высокой электропроводности, при этом приобретают улучшенные эксплуатационные характеристики. Для сравнения, исключительно медные электроды приходят в негодность в 6 раз быстрее, чем электроды, изготовленные из смеси меди и любого легирующего компонента.

Но это не значит, что при покупке электродов вы можете просто выбрать изделия с выше описанным составом и забыть о трудностях. Нужно также учитывать особенности металла, который вы будете варить. Так, например, если вы будете работать с оцинкованной сталью, то необходимо приобрести электроды с медью, вольфрамом и молибденом в составе. Так электроды будут достаточно твердыми и стойкими по отношению к основному металлу. И не придут в негодность.

Основные способы контактной сварки

Основные способы контактной сварки — это точечная, шовная (роликовая) и стыковая сварка.

Вместо заключения

Материалы для электродов, их форма и размер могут быть самыми разнообразными: от примитивных и простых до замысловатых и с трудно выговариваемым составом. Здесь важно четко осознавать, какой тип работ вам предстоит. И уже, исходя из этого, подбирать электроды.

Какой металл вы варите? Какова его толщина? В каком пространственном положении будет происходить сварка? Вы должны дать ответ на каждый из этих вопросов, чтобы правильно выбрать электроды для контактной сварки. Если у вас уже есть опыт, поделитесь им в комментариях ниже. Любой совет будет полезен для всех новичков. Желаем удачи в работе!

Электроды в контактной сварке

Электроды в контактной сварке служат для замыкания вторичного контура через свариваемые детали. Кроме этого при шовной сварке электроды-ролики перемещают свариваемые детали и удерживают их в процессе нагрева и осадки.

Важнейшая характеристика электродов — стойкость, способность сохранять исходную форму, размеры и свойства при нагреве рабочей поверхности до температуры 600 0С и ударных усилиях сжатия до 5 кг/мм2. Электроды для точечной сварки — это быстроизнашивающийся сменный инструмент сварочной машины. Для изготовления электродов используют медь и жаропрочные медные сплавы — бронзы. Это может быть хромоциркониевая бронза БрХЦрА; кадмиевая БрКд1; хромистая БрХ; бронза, легированная никелем, титаном и бериллием БрНТБ или кремний-никелевая бронза БрКН-1-4. Последние две бронзы обладают повышенной износостойкостью, из них можно изготавливать электроды-губки стыковых машин. Материалы для электродов должны обладать также высокой электро- и теплопроводностью, чтобы их нагрев в процессе сварки был меньше. Температура разупрочнения бронз не превышает 0,5 их температуры плавления, а рабочая поверхность электрода нагревается до 0,6 Тпл. При таких условиях электродные бронзы относительно быстро разупрочняются. Повысить износостойкость электродов можно, используя технологические факторы. Сварку алюминиевых и магниевых сплавов лучше производить на конденсаторных машинах, а не на машинах переменного тока. Вместо механической зачистки нужна химическая очистка поверхности, травление и пассивация. Расстояние l от рабочей поверхности до дна охлаждающего канала (рис. 2) не должно превышать 10…12 мм, увеличение его до 15 мм повышает износ электрода в 2 раза. При сварке черных металлов стойкость электродов можно повысить в 3…4 раза только за счет сферической заточки электрода и снижения темпа сварки до 40…60 точек в минуту.

Рис. 2. Схемы электродов для точечной сварки: а — с наружным посадочным конусом; б — колпачковых

Электрод должен иметь минимальную массу, удобно и надежно устанавливаться на сварочной машине. Диаметр D должен обеспечивать устойчивость электрода против изгиба при сжатии его усилием сварки, а также возможность захвата инструментом для снятия. Внутренний диаметр должен обеспечивать ввод трубки с охлаждающей водой и выход воды, обычно d0 = 8 мм. Длина конусной части для крепления электрода в свече машины l1 <= 1,2 D. Угол конусности 1:10 при D < 25 мм и 1 : 5 при D > 32 мм. Диаметр рабочей части электрода выбирают в зависимости от толщины кромок свариваемых деталей dэ = 3S. Стойкость электродов с наружным посадочным конусом (рис. 2, а) обычно не превышает 20 000 сварок. Стойкость колпачковых электродов (рис. 2, б) с внутренним посадочным конусом достигает 100 000 сварок вследствие лучших условий охлаждения. Для сварки деталей сложной конфигурации в труднодоступных местах применяют фигурные электроды.

Электроды для рельефной сварки конструктивно приближаются к форме изделия. В простейшем случае это плиты с плоской рабочей поверхностью.

Электроды-ролики шовных машин имеют форму дисков. Ширина рабочей поверхности ролика В и его толщина Н зависят от толщины S свариваемой детали.

Токоведущие губки стыковых машин по форме и размерам должны соответствовать поперечному сечению свариваемых деталей. Длину губок выбирают такой, чтобы обеспечить соосность деталей и предотвратить их проскальзывание при осадке. При сварке стержней она составляет 3…4 их диаметра, а при сварке полос — не менее 10 толщин полосы.

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.

Теория

Основные параметры режима всех способов контактной сварки — это сила сварочного тока, длительность его импульса и усилие сжатия деталей. Теплота в свариваемом металле выделяется при прохождении через него импульса тока длительностью в соответствии с законом Джоуля — Ленца:

За величину принимают сопротивление столбика металла между электродами. При расчёте сварочного тока и времени импульса сварочного трансформатора,  — исходный параметр, так как его легко рассчитать, зная материал детали, её толщину и требуемую температуру сварки. При этом сопротивлениями в контактах между деталями и между электродами и деталями пренебрегают.

Согласно закону Джоуля — Ленца увеличение должно увеличивать количество выделяющейся теплоты . Но по закону Ома увеличение не всегда увеличивает количество выделяющейся при сварке теплоты , многое зависит от соотношения и полного сопротивления вторичного контура сварочного трансформатора.

Где  — напряжение на вторичном контуре сварочного аппарата, a  — полное сопротивление вторичного контура, в которое входит . При увеличении сопротивления уменьшится сила сварочного тока , которая учитывается в законе Джоуля — Ленца в квадрате. Отсюда следуют несколько практических выводов. С ростом общего сопротивления вторичного контура от 50 до 500 мкОм тепловыделение в зоне сварки уменьшается по мере падения примерно в 10 раз. Недостаток тепла компенсируется увеличением напряжения() или времени сварки. Сварочный процесс на контактных машинах с малым сопротивлением вторичного контура (~ 50 мкОм) сопровождается интенсивным ростом нагрева по мере падения в процессе увеличения сварного ядра. При достижении равенства нагрев достигает максимума, а затем, по мере ещё большего снижения (по достижении требуемого размера ядра), уменьшается. Таким образом, сварка на контактных машинах с малым сопротивлением вторичного контура (а их большинство) сопровождается нестационарным нагревом и нестабильным качеством соединений. Уменьшить этот недостаток можно надёжным сжатием зачищенных деталей, обеспечивающим поддержание на минимальном уровне, либо поддерживая высокий уровень за счёт слабого сжатия деталей и разделения импульса сварочного тока на несколько более коротких импульсов. Последнее ещё и экономит энергию и обеспечивает прецизионное соединение с остаточной деформацией 2…5 %.

При сварке на машинах с большим сопротивлением вторичного контура (> 500 мкОм) снижение в процессе сварки практически не влияет на выделение теплоты, нагрев остаётся стационарным, что характерно для сварки на подвесных машинах с длинным кабелем во вторичном контуре. Сваренные на них соединения обладают более стабильным качеством.

Промышленное применение точечной и шовной сварки

Из-за высокой производительности и качества сварных соединений, эти способы сварки являются одними из наиболее перспективных, в первую очередь, в условиях массового производства. Среди механизированных способов сварки контактная уверенно занимает первое место. Наиболее широкое применение эта сварка нашла в автомобилестроении. Не меньшее применение она находит и вагоностроении, при соединении обшивки вагона с рамой.

Другими областями массового применения являются производство комбайнов и тракторов, бытовых приборов, электроники, спортинвентаря и в строительстве при изготовлении строительных панелей, каркасов. Отдельное место точечная и шовная сварка занимает при изготовлении металлоконструкций ответственного назначения, например, при производстве современных авиалайнеров.

В приборостроении при помощи этого вида сварки изготавливают чувствительные элементы, корпуса приборов, реле. В электронике при изготовлении выводов интегральных схем, проводников, электронно-оптических систем.

Рельефную сварку используют при изготовлении арматуры железобетона, сеток, решёток, соединений крепёжных деталей и штуцеров, шипов с листами, тормозных колодок автомобилей, сепараторов шарикоподшипников и т.д.

При помощи шовной контактной сварки можно получить прочные соединения, работающие при высоком давлении и в условиях глубокого вакуума, к примеру, топливные баки автомобилей и сельхозтехники, барабаны стиральных машин, корпуса холодильников и различных ёмкостей (огнетушителей, бидонов, сифонов и др.). При этом, скорость сварки герметичных швов достигает 10-15 м/мин.

Контроль качества сварных соединений

Контроль качества сварки при шовной и точечной контактной сварке имеет особо важное значение, поскольку процесс протекает очень быстро и характер формирования соединения скрыт от внешнего наблюдения. К образованию таких дефектов в сварном шве, как непровары, могут приводить различные факторы. Это и состояние поверхностей деталей и электродов, качество сборки, непостоянство режимов сварки. Кроме непроваров, при сварке могут возникать горячие трещины, выплески металла и раковины.

Наибольшую опасность представляют непровары, они существенно снижают эксплуатационные характеристики соединения, такие как прочность и герметичность. Наружные и внутренние выплески металла ухудшают внешний вид изделия и могут засорять магистрали. Трещины и раковины могут влиять, в основном, на герметичность и, в меньшей степени на прочность, поскольку находятся вне зоны наибольших рабочих напряжений.

При контактной сварке обычно применяют комплексный контроль соединений, начиная с контроля оборудования, приспособлений, состояния поверхностей деталей и электродов, проверки качества сборки и заканчивая контролем самого сварного соединения.

Контроль готового сварного соединения достаточно сложная задача при контактной сварке. Для этого применяется радиографический метод контроля рентгеновскими лучами. С помощью этого метода неразрушающего контроля хорошо выявляются трещины, раковины, выплески.

Видео: Точечная контактная сварка

Видео: Шовная контактная сварка

Дополнительные материалы по теме:

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...

Читайте также:

Сталь 08Х18Н10Т — характеристики, аналог... Термическая обработка стали — режимы, ви... Как залудить жало паяльника с покрытием... Полуавтоматическая сварка — в защитном г...