Контактная сварка на несколько электродов. Вольфрамовые электроды. Параметры точечной сварки

Параметрия контактных машин для стали и алюминия

Выбор портативных клещей

Эффективное применение машин многоточечной контактной сварки

➔ Уход за электродами

Методы устранения сварочных дефектов

Точечная сварка металлов

Стыковая сварка металлов

Контактная сварка – особенности конструирования средств автоматизации и механизации

Эксплуатация контактных машин

Средства механизации и автоматизации при контактной сварке

Монтаж контактных машин

Основные технико-экономические показатели эффективности

Техника безопасности контактной сварки

Проверка контактной машины перед запуском

Выбор режима контактной сварки

Способы стыковой сварки, подготовка сварных конструкций

Режимы стыковой сварки оплавлением

Режимы стыковой сварки сопротивлением

Метод планирования эксперимента для выбора оптимальных параметров контактной точечной сварки.

Технологическая схема производства сварных узлов

Виды контактной сварки

Руководство по эксплуатации многоточечных машин для изготовления проволочных сеток МАЛС,МАКС

Контроллер машины многоточечной контактной сварки SA-2000AF

Контактная сварка со столом автоподачи SA-2000 AF для многоточечной сварки проволочной сетки

Руководство по эксплуатации тавровой сварки ST-1500

Данная таблица наглядно показывает важность обслуживания электродов. Это важно не только для сохранения качества сварного соединения, которое имеет первостепенное значение, но и для снижения лишней нагрузки на сварочное оборудование. После изучения табличных данных вы сможете сделать собственные выводы.

ПРОФИЛЬ НАКОНЕЧНИКА

СВАРОЧНОЕ ПЯТНО

ТРЕБУЕМАЯ СИЛА ТОКА, А

РЕЗУЛЬТАТ

ПРАВИЛЬНОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ И РЕЛЬЕФНОЙ СВАРКИ

Электроды для рельефной сварки

Для обеспечения точного выравнивания, необходимого для хорошего контакта и качества сварных соединений, электроды для рельефной сварки должны быть расположены прямо на центральной линии приложения давления. В дополнение к появлению некачественных сварных соединений недостаточная центровка электродов может привести к повреждению их поверхностей [рис. 1].

Другой серьёзной причиной плохой сварки является непараллельность поверхностей электродов. Она влечёт за собой неравномерное давление на электродах, что приводит к выплёскиванию расплавленного металла из области сварки во время сварочного цикла. В том случае, если сварка пошла через несущую часть электрода, повреждаются рельефы, и может сгореть изоляция. Кроме того, непараллельность приводит к закусыванию наконечников электродов их несущими частями во время сварки, в результате чего возникает ожог на заготовке в месте контакта со смещёнными рельефами, и возможен сдвиг относительно ответных частей сварочной оснастки [рис. 2].

СЛЕДУЕТ
... держать запас электродов на станке, чтобы минимизировать простои из-за замены электрода,
... подтачивать электроды на токарном станке,
... использовать специальный 3 класс меди для наконечников электродов.
НЕ СЛЕДУЕТ
... подпиливать электроды (неровная поверхность приведет либо к частичной сварке, либо к выплеску металла из сварочной зоны),

Электроды для точечной сварки

При контактной точечной сварке тепловая концентрация зависит от размеров и формы наконечников электродов. Сварка осуществляется по всей площади под наконечником электрода, через который проходит ток. Наконечники небольших диаметров электродов для точечной сварки разрушаются или стачиваются гораздо быстрее своих собратьев по рельефной сварке, и, следовательно, их необходимо регулярно подтачивать, чтобы поддерживать правильный контакт [рис. 3].

СЛЕДУЕТ
... держать запас электродов на станке,
... периодически подтачивать электроды на специализированном станке,
... менять диаметра наконечников при работе с разными толщинами свариваемого металла.
НЕ СЛЕДУЕТ
... подпиливать электроды (неровная поверхность приведет к непроварам),
... хранить электроды в местах, где возможно повреждение их поверхностей,
... использовать разводной ключ для снятия электродов.

1. Для обеспечения идеального выравнивания, поверхности и оси электродов должны быть параллельны. Это может быть проверено путем вставки между электродами куска угля и листа чистой белой бумаги и запуска электродов в тестовом режиме. Получившийся на бумаге отпечаток покажет размер и однородность плоскости контакта между двумя поверхностями.

2. Используйте водяную рубашку в случае необходимости и располагайте её как можно ближе к сварочной поверхности.

3. Держите свариваемый материал чистым: без масла, пленки, грязи и других посторонних веществ.

4. Следуйте предписанной технологической процедуре сварки.

СВАРОЧНЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ И ДЕРЖАТЕЛИ

РЕКОМЕНДУЕТСЯ

ВОСПРЕЩАЕТСЯ

1. Используйте электроды из материала, подходящего для вашей задачи. 2. Используйте стандартные электроды везде, где это возможно. 3. Используйте наконечники оптимального диаметра для заданной толщины свариваемых материалов. 4. Использование прозрачные шланги, чтобы постоянно контролировать ток воды через электроды. 5. Подключите шланг подачи воды к соответствующему входу на держателе для того, чтобы вода сначала поступала в центральную охлаждающую трубу. 6. Охлаждайте электроды водой, текущей со скоростью не менее 7 литров в минуту через каждый наконечник. 7. Убедитесь, что внутренняя трубка системы охлаждения держателя вставлена в отверстие для воды на наконечнике на глубину до 6мм. 8. Отрегулируйте внутреннюю трубку системы охлаждения держателя по высоте при переходе на наконечник другой длины. 9. Убедитесь, что верхний конец трубки системы охлаждения держателя обрезан под углом, не вызывающим заедание наконечника и перекрытие подачи воды. 10. Нанесите тонким слоем специальную смазку на стержень наконечника до вставки в держатель, чтобы легче было его вытаскивать. 11. Используйте держатели эжекторного типа для легкого извлечения наконечников и чтобы избежать повреждений стержней наконечников. 12. Держите наконечник и держатель чистыми, гладкими и свободными от посторонних субстанций. 13. Подтачивайте электроды точечной сварки достаточно часто для сохранения качества сварки. 14. Подтачивайте электроды на токарном станке до первоначальной формы по мере возможности. 15. Используйте кусок кожи или резиновый молоток при выравнивании держателя или наконечника. 16. Подавайте охлаждающую жидкость с обеих сторон диска при шовной сварке. 17. Используйте специально разработанные накаточные диски для поддержания надлежащей формы дискового электрода для шовной сварки.

1. Никогда не используйте неизвестные электроды или электродные материалы. 2. Избегайте специальных, офсетных или нестандартных наконечников, когда работу можно выполнить с помощью стандартного прямого наконечника. 3. Не используйте маленькие наконечники для сварочных работ с тяжёлыми большими заготовками и наоборот. 4. Не забудьте включить подачу охлаждающей воды на полную мощность прежде, чем начать сварку. 5. Никогда не используйте шланг, который неплотно садится на сосок подачи воды на держателе. 6. Не допускайте протечек, засорения или повреждения водяной оснастки. 7. Избегайте использования держателей с текущими или деформированными трубками. 8. Никогда не используйте держатели электродов, которые не имеют регулируемых внутренних трубок системы охлаждения. 9. Не давайте трубке закупориться из-за накопления примесей. Несколько капель масла с разумной периодичностью помогут сохранить трубку рабочей. 10. Не позволяйте электродам оставаться без дела в держателях на длительные промежутки времени. 11. Не используйте разводные ключи или аналогичные инструменты для извлечения электродов. 12. Избегайте использования свинцовых белил или подобных соединений для герметизации протечки переходников. 13. Никогда не позволяйте наконечнику электрода точечной сварки сплющиться до такой степени, что подточка станет затруднительной. 14. Никогда не используйте грубые диски для подточки электродов. 15. Не бейте по держателю или наконечнику стальным молотком при выравнивании оснастки. 16. Избегайте в шовной сварке использования дисков слишком тонких для данной тепловой или физической нагрузки. 17. Не давайте сварочным дискам выходить за пределы свариваемых заготовок.

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

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

Конструкции электродов

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Материалы электродов для контактной сварки

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

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

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

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

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

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

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

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

Электроды для точечной сварки

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

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

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

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

Электроды для шовной сварки

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

Ролики для шовной сварки бывают таких видов:

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

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

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

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

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

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

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

Табл. 1
Свойства металлов для электродов и роликов

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

* Для металла толщиной 0,6 мм и менее

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

Табл. 2
Размеры электродов и роликов

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

Примечание: Размеры D и S минимально рекомендуемые

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

Рис. 2. Электроды различных конструкций

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

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

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

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

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.

Рассказ об электрододержателях и электродах для точечной сварки мы решили выделить в отдельную статью из-за большого объема материала по этой теме.

Электрододержатели машин точечной сварки

Электрододержатели служат для установки электродов, регулирования расстояния между ними, подвода сварочного тока к электродам и отвода тепла, выделяющегося при сварке. Форма и конструкция электрододержателей определяется формой свариваемого узла. Как правило, электрододержатель представляет собой медную или латунную трубу с конусным отверстием для установки электрода. Это отверстие может быть выполнено по оси электрододержателя, перпендикулярно оси или под углом. Часто одна и та же машина может комплектоваться несколькими вариантами электрододержателей для каждого вида электродов — в зависимости от формы свариваемых деталей. В некоторых машинах малой мощности электрододержатели могут совсем не входить в комплектацию, так как их функции выполняют сварочные хоботы.
В машинах стандартной комплектации чаще всего используются прямые электрододержатели (рис. 1), как наиболее простые. В них могут устанавливаться электроды различной формы. В случае сварки деталей больших размеров с ограниченным доступом к месту сварки целесообразно использовать фигурные электрододержатели с простыми электродами прямой формы. Крепятся они в электрододержателях за счет конусной посадки, штифтов или винтов. Удаление электрода из держателя производят легкими постукиваниями деревянным молотком или специальным экстрактором.

Электроды для точечной сварки

Электроды для точечной сварки служат для сжатия деталей, подвода сварочного тока к деталям и отвода тепла, выделяющегося при сварке. Это один из самых ответственных элементов сварочного контура машины точечной сварки, потому что форма электрода определяет возможность сварки того или иного узла, а его стойкость — качество сварки и продолжительность бесперебойной работы машины. Различают прямые (рис. 4) и фигурные электроды (рис. 5). Некоторые примеры применения прямых электродов приведены в таблице 1. Многие прямые электроды изготавливаются в соответствии с ГОСТ 14111-77 или ОСТ 16.0.801.407-87.

У фигурных электродов ось, проходящая через центр рабочей поверхности, значительно смещена относительно оси посадочной поверхности (конуса). Их применяют для сварки деталей сложной формы и узлов в труднодоступных местах.

Конструкция электродов для точечной сварки

Электрод для точечной сварки (рис. 6) конструктивно состоит из рабочей части (1), средней (цилиндрической) части (2) и посадочной части (3). Внутри тела электрода проходит внутренний канал, в который вводится трубка подачи охлаждающей воды электрододержателя.
Рабочая часть (1) электрода имеет плоскую или сферическую поверхность; диаметр рабочей поверхности d эл или радиус сферы R эл выбирают в зависимости от материала и толщины свариваемых деталей. Угол конуса рабочей части обычно составляет 30°.
Средняя часть (2) обеспечивает прочность электрода и возможность использования экстракторов или иного инструмента для демонтажа электродов. Производители применяют различные методики для расчета размеров электродов. В СССР согласно ОСТ 16.0.801.407-87 были установлены типоразмерные ряды:

D эл = 12, 16, 20, 35, 32, 40 мм

L = 35, 45, 55, 70, 90, 110 мм

В зависимости от максимального усилия сжатия машины:

D эл = (0,4 - 0,6)√F эл (мм).

Где: F эл — максимальное усилие сжатия машины (даН).

Посадочная часть (3) должна иметь конусность для плотной установки в электрододержатель и предотвращения протечек охлаждающей воды. Для электродов диаметром 12-25 мм конусность составляет 1:10, для электродов диаметром 32-40 мм — конусность 1:5. Длина конусной части не менее 1,25D эл. Обрабатывают посадочную часть с чистотой не ниже 7-го класса (R z 1,25).

Диаметр внутреннего канала охлаждения определяется расходом охлаждающей воды и достаточной прочностью электрода на сжатие и составляет:

d 0 = (0,4 - 0,6) D эл (мм).

Расстояние от рабочей поверхности электрода до дна внутреннего канала в значительной степени влияет на эксплуатационные характеристики электрода: стойкость, ресурс работы. Чем меньше это расстояние, тем лучше охлаждение электрода, но тем меньше переточек может выдержать электрод. По опытным данным:

h = (0,75 - 0,80) D эл (мм).

Тугоплавкие вставки из вольфрама W или молибдена Мо (рис. 4ж) запрессовываются в медные электроды или припаиваются серебросодержащими припоями; такие электроды применяют при сварке оцинкованных или анодированных сталей. Электроды со сменной рабочей частью (рис. 4и) и с шаровым шарниром (рис. 4к) применяют при сварке деталей из разных материалов или разнотолщинных деталей. Сменная рабочая часть изготавливается из вольфрама, молибдена или их сплавов с медью и крепится к электроду накидной гайкой. Применяются также стальные или латунные электроды с напрессованной медной оболочкой (рис. 4з) или медные электроды со стальной подпружиненной втулкой.

Материалы для электродов точечной сварки

Стойкость электродов — их способность сохранять размеры и форму рабочей поверхности (торца), противостоять взаимному переносу металла электродов и свариваемых деталей (загрязнение рабочей поверхности электрода). Она зависит от конструкции и материала электрода, диаметра его цилиндрической части, угла конуса, свойств и толщины свариваемого материала, режима сварки, условий охлаждения электрода. Износ электродов зависит от конструкции электродов (материал, диаметр цилиндрической части, угол конуса рабочей поверхности) и параметров режима сварки. Перегрев, оплавление, окисление при работе во влажной или коррозионной среде, деформации электродов при больших усилиях сжатия, перекос или смещение электродов усиливают их износ.

Материал электродов выбирают с учетом следующих требований:

• электропроводность, сравнимая с электропроводностью чистой меди;
• хорошая теплопроводность;
• механическая прочность;
• обрабатываемость давлением и резанием;
• стойкость к разупрочнению при циклическом нагреве.

По сравнению с чистой медью сплавы на ее основе имеют в 3-5 раз большую стойкость к механическим нагрузкам, поэтому для электродов точечной сварки с их, казалось бы, взаимоисключающими требованиями применяют сплавы меди. Легирование кадмием Cd, хромом Сr, бериллием Be, алюминием Al, цинком Zn, цирконием Zr, магнием Мg не снижает электропроводность, но повышает прочность в нагретом состоянии, а железо Fe, никель Ni и кремний Si повышают твердость и механическую прочность. Примеры использования некоторых медных сплавов для электродов точечной сварки приведены в таблице 2.

Выбор электродов для точечной сварки

При выборе электродов основными параметрами являются форма и размеры рабочей поверхности электрода. При этом обязательно учитывают марку свариваемого материала, сочетания толщин свариваемых листов, форму сварного узла, требования к поверхности после сварки и расчетные параметры режима сварки.

Различают следующие виды формы рабочей поверхности электрода:

• с плоскими (характеризуются диаметром рабочей поверхности d эл);
• со сферическими (характеризуются радиусом R эл) поверхностями.

Электроды со сферической поверхностью менее чувствительны к перекосам, поэтому их рекомендуют к применению на машинах радиального типа и подвесных машинах (клещах) и для фигурных электродов, работающих с большим прогибом. Российские производители рекомендуют использовать для сварки легких сплавов только электроды со сферической поверхностью, что позволяет избежать вмятин и подрезов по краям сварной точки (см. рис. 7). Но избежать вмятин и подрезов можно, применяя плоские электроды с увеличенным торцом. Такие же электроды на шарнире позволяют избежать перекоса и поэтому могут заменить сферические электроды (рис. 8). Однако эти электроды рекомендуются в основном для сварки листов толщиной ≤1,2 мм.

Согласно ГОСТ 15878-79 размеры рабочей поверхности электрода выбираются в зависимости от толщины и марки свариваемых материалов (см. табл. 3). После исследования сечения сварной точки становится ясно, что есть прямые отношения между диаметром электрода и диаметром ядра сварной точки. Диаметр электрода определяет площадь поверхности контакта, которая соответствует фиктивному диаметру проводника сопротивления r между свариваемыми листами. Сопротивление контакта R будет обратно пропорционально этому диаметру и обратно пропорционально предварительному сжатию электродов для сглаживания микронеровностей поверхности. Исследования компании ARO (Франция) показали, что расчет диаметра рабочей поверхности электрода можно вести по эмпирической формуле:

d эл = 2t + 3 мм.

Где t — номинальная толщина свариваемых листов.

Наиболее сложно рассчитать диаметр электрода при неравной толщине свариваемых листов, сварке пакета из трех и более деталей и сварке разнородных материалов. Очевидно, что при сварке разнотолщинных деталей диаметр электрода должен выбираться относительно более тонкого листа. Используя формулу для расчета диаметра электрода, которая пропорциональна толщине свариваемого листа, формируем фиктивный проводник с сужающимся диаметром, который, в свою очередь, перемещает пятно нагрева к точке контакта этих двух листов (рис. 10).

При одновременной сварке пакета из деталей выбор диаметра рабочей поверхности электрода делается по толщине наружных деталей. При сварке разнородных материалов с разными теплофизическими характеристиками меньшее проплавление наблюдается у металла с меньшим удельным электрическим сопротивлением. В этом случае со стороны детали из металла с меньшим сопротивлением применяется электрод с большим диаметром рабочей поверхности d эл или изготовленный из материала с большей теплопроводностью (например, из хромистой бронзы БрХ).

Валерий Райский
Журнал «Оборудование: рынок, предложение, цены», № 05, май 2005 г.

Литература:

1. Кнорозов Б.В., Усова Л.Ф., Третьяков А.В. Технология металлов и материаловедение. - М., Металлургия, 1987.
2. Справочник машиностроителя. Т. 5, кн. 1. Под ред. Сатель Э.А. - М., Машгиз, 1963.