Процессы происходящие в точечной контактной сварки. Контактная точечная сварка своими руками. Чем хороши аппараты точечной сварки

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.

Контактная сварка – процесс создания монолитного сварного шва путем расплавления кромок свариваемых деталей электрическим током и последующей деформацией сжимающим усилием. Особое распространение технология получила в тяжелой промышленности и служит для беспрерывного производства однотипной продукции.

Данная технология является распространенной при серийном соединении тонколистового металла

Сегодня как минимум один аппарат контактной сварки имеется на каждом заводе, а все благодаря преимуществам технологии:

производительность – сварная точка создается не дольше 1 секунды;
высокая стабильность работы – однажды настроив устройство оно может работать долгое время без стороннего вмешательства, сохраняя качество работ;
низкие затраты на обслуживание – это касается расходных материалов, рабочим элементом служат контактные электроды;
возможность работы с машиной специалистов низкой квалификации.

Простая, на первый взгляд, технология контактной сварки состоит из ряда процедур, обязательных к выполнению. Достичь качественного соединения можно только в случае соблюдения всех технологических особенностей и требований процесса.

Сущность процесса

Для начала стоит разобраться, как работает данная система?

Суть электроконтактной сварки это два неразрывных физических процесса – нагрев и давление. При прохождении через зону соединения электрического тока выделяется тепло, которое служит для расплавления металла. Чтобы обеспечить достаточное выделение тепла сила тока должна достигать нескольких тысяч или даже десятков тысяч ампер. Одновременно с этим на деталь воздействует некоторое давление с одной или обеих сторон, при этом создается плотный шов без видимых и внутренних дефектов.

Процесс соединения связан с локальным нагревом заготовок с одновременным их прижатием

При правильной организации процесса сами детали практически не подвержены нагреву, так как их сопротивление минимально. По мере создания монолитного соединения сопротивление уменьшается, а вместе с тем и сила тока. Подверженные нагреву электроды сварочного аппарата охлаждаются внедренной технологией с применением воды.

Подготовка поверхностей

Существует множество технологий, которые позволяют обработать поверхность перед использованием контактной сварки. Сюда относят:

зачистку от грубых загрязнений;
обезжиривание;
снятие оксидной пленки;
сушку;
пассирование и нейтрализацию.

Порядок и сами технологии обуславливаются конкретным процессом и видом заготовок.

В целом, перед началом сваривания поверхность должна:

обеспечивать минимальное сопротивление между деталью и электродом;
обеспечивать равное сопротивление на всей протяженности контакта;
свариваемые детали должны иметь гладкие поверхности без выпуклостей и впадин.

Машины для контактной сварки

Оборудование для контактной сварки бывает:

неподвижным;
передвижным;
подвешенным или универсальным.

Разделяют сварки по роду тока на постоянного и переменного тока (трансформаторные, конденсаторные). По способам сваривания бывают точечные, шовные стыковые и рельефные, о которых мы поговорим чуть ниже.

Оборудование может быть как стационарным, так и переносным

Все сварочные устройства точечной сварки состоят из трех частей:

электросистемы;
механической части;
водяного охлаждения.

Электрическая часть отвечает за расплавление деталей, контроль циклов работы и отдыха, а также устанавливает текущие режимы. Механическая составляющая представляет собой пневматическую или гидравлическую систему с различными приводами. Если установлен только привод сжатия, то перед нами точечная разновидность, шовные имеют еще и ролики, а стыковые систему сжатия и осадки изделий. Водяное охлаждение состоит из первичного и вторичного контура, разводящих штуцеров, шлангов, вентилей и реле.

Электроды для контактной сварки

В данном случае электроды не только замыкают электрический контур, но и служат отводом тепла от сварного соединения, передают механическую нагрузку, в ряде случаев помогают передвигать заготовку (роликовые).

Размеры и форма электродов для контактной сварки различаются в зависимости от применяемого оборудования и свариваемого материала

Такое использование обуславливает ряд жестких требований, которым должны соответствовать электроды. Они должны выдерживать температуру свыше 600 градусов, давление до 5 кг/мм2. Именно поэтому их изготавливают из хромовой бронзы, хромциркониевой бронзы или кадмиевой бронзы. Но даже такие мощные сплавы не способны долго выдерживать описанные нагрузки и быстро выходят из строя, снижая качество работ. Размер, состав и другие характеристики электрода подбираются исходя из выбранного режима, типа сварки и толщины изделий.

Дефекты сварки и контроль качества

Как и при любой другой технологии, сварочные соединения должны подвергаться жесткому контролю, для выявления всевозможных дефектов.

Здесь применяются практически все и прежде всего – внешний осмотр. Однако, из-за прижатия деталей, выявить подобным способом бывает очень сложно, поэтому часть изготовленной продукции отбирается и проводится разрез деталей вдоль шва для выявления погрешностей. В случае обнаружения дефекта партия потенциально дефектной продукции отправляется на переработку, а аппарат калибруют.

Разновидности контактной сварки

Технология создания сварного пятна обуславливает разделение процесса на несколько видов:

Точечная контактная сварка

В данном случае сваривание происходит в одной или одновременно в нескольких точках. Прочность шва состоит из множества параметров.

Точечный способ является самым распространенным методом

В этом случае на качество работ влияет:

форма и размер электрода;
сила тока;
сила давления;
длительность работ и степень очистки поверхности.

Современные аппараты точечной сварки способны работать с эффективностью 600 сварных соединений в минуту. Подобная технология используется для соединения частей точной электроники, для соединения кузовных элементов автомобилей, самолетов, сельскохозяйственной техники и имеет еще множество других областей использования.

Рельефная сварка

Принцип работы одинаковый с точечной сваркой, но основное отличие заключается в том, что сам сварной шов и электрод имеют схожую, рельефную форму. Рельефность обеспечивается естественной формой деталей или созданием специальных штамповок. Как и точечная сварка, технология применяется практически повсеместно и служит дополняющей, способной сваривать рельефные детали. С ее помощью можно прикреплять кронштейны или опорные детали к плоским заготовкам.

Шовная сварка

Процесс многоточечной сварки, при которой несколько сварных соединений располагаются близко или с перекрытием, формируя единое монолитное соединение. Если между точками имеется перекрытие, то получается герметичный шов, при близком расположении точек шов не герметичен. Так как шов, с использованием расстояния между точками не отличается от созданного точечным швом, подобные аппараты используются редко.

В промышленности более популярным является перекрывающийся, герметичный шов, с помощью которого создают баки, бочки, баллоны и другие емкости.

Стыковая сварка

Здесь детали соединяют, прижимая друг к другу, а затем оплавляют всю плоскость контакта. Технология имеет свои разновидности и разделяется на несколько видов на основании типа металла, его толщины и нужного качества соединения.

Сварочный ток протекает через стык заготовок, расплавляет их и надежно соединяет

Самый простой способ – сварка сопротивлением, подходит для легкоплавких заготовок с малой площадью пятна контакта. Сварка с оплавлением и плавлением с подогревом подходит для более прочных металлов и огромного сечения. Таким способом сваривают части кораблей, якоря и тд.

Выше, описаны наиболее популярные и используемые, но есть и такие виды точечной сварки:

шовно-стыковая осуществляется вращающимся электродом с несколькими контактами для замыкания цепи, протягивая заготовку через такой аппарат можно получить негерметичный сплошной шов, состоящий из множества сварных точек;
рельефно-точечная деталь сваривается согласно текущего рельефа, однако шов состоит не из сплошного пятна контакта, а из многих точек;
по методу Игнатьева в котором сварочный ток протекает вдоль свариваемых частей, поэтому давление не влияет на нагрев изделия и его сваривание.

Обозначение контактной сварки на чертеже

Согласно существующего стандарта условных обозначений точечная сварка имеет следующее обозначение на чертежах:

Сплошной шов. Видимый сплошной шов на общем плане чертежа отмечают основной линией, остальные конструктивные элементы основной тонкой линией. Скрытый сварной сплошной шов обозначен штриховой линией.
Сварные точки. Видимые сварные соединения на общем чертеже отмечают символом “+”, а скрытые не отмечают вовсе.

От видимого, скрытого сплошного шва или видимой сварной точки идет специальная линия с выноской, на которой отмечаются вспомогательные условные обозначения, стандарты, буквенно-цифровые знаки и т.д. В обозначении присутствует буква “К – контактная и маленькая буква “т”-точечная, указывающие на метод выполнения сварки и ее разновидность. Швы, не имеющие обозначения, отмечают линиями без полок.

ГОСТ 15878-79 Регламентирует размеры и конструкции сварных соединений контактной сварки

Вся основная информация подается на линии выноске или под ней, в зависимости от обращенной стороны (лицевая или оборотная). Вся необходимая информация о шве берется из соответствующего ГОСТа, что указывается на сноске или дублируется в таблицу швов.

При помощи точечной сварки? Сначала соединяемые детали совмещаются в нужном положении, помещаются между электродами сварочного аппарата и прижимаются друг к другу. После этого они нагреваются до состояния пластичности и совместно подвергаются последующему пластическому деформированию. В промышленных условиях при использовании автоматического оборудования частота сварки может достигать до 600 точек в минуту. Чтобы была возможна качественная точечная сварка своими руками в домашних условиях, необходимо поддерживать неизменную скорость перемещения обоих электродов и обеспечивать требуемую величину давления и полный контакт соединяемых деталей.

Точечное сваривание – схема

Детали нагреваются за счет прохождения сварочного тока в виде кратковременного импульса длительностью 0,01…0,1 секунд в зависимости от условий сварки. Этим импульсом обеспечивается расплавление металла в зоне действия электродов и образование общего жидкого ядра обеих деталей, диаметр которого может составлять от 4 до 12 мм. После прекращения действия импульса тока детали в течение некоторого времени под давлением удерживаются, чтобы расплавленное ядро остыло и кристаллизовалось.

Продолжительность нагрева

Монолитное соединение

Продолжительность нагрева либо прохождения сварочного тока может изменяться от тысячных долей до десятков секунд и зависит от условий сварки и мощности аппарата. При сварке деталей из сталей, склонных к закалке и возможному образованию трещин (например, углеродистые стали), рекомендуется увеличивать время нагрева для замедления последующего охлаждения металла. Сварку же деталей из аустенитных сталей надо выполнять, наоборот, с как можно меньшей продолжительностью нагрева. Это делается для предотвращения опасности нагрева наружной поверхности точки соединения до температуры структурных превращений, что может повлечь за собой нарушение высоких антикоррозионных свойств наружных слоев металла.

Сила давления

Значение давления между электродами должно обеспечивать надежный контакт деталей в месте соединения. Оно зависит от вида свариваемого металла и толщины соединяемых деталей. Давление после нагрева имеет важное значение, так как его соответствующая величина обеспечивает мелкозернистую структуру металла в месте сварки, а прочность точки соединения становится равной прочности базового металла.

Электроды, технические характеристики и особенности использования

Качество сварки зависит также и от правильного выбора диаметра медного электрода. Диаметр точки соединения должен превышать толщину самого тонкого элемента сварного соединения быть в 2 – 3 раза.
Прижимом деталей в момент прохождения сварочного импульса обеспечивается образование около расплавленного ядра особого уплотняющего пояска, препятствующего выплеску расплавленного материала из зоны сварки. В результате никаких дополнительных мер защиты места соединения не требуется.
Для улучшения кристаллизации расплавленного металла электроды надо разжимать с небольшой задержкой после прохождения сварочного импульса.
Для получения качественного и надежного сварочного шва соединяемые поверхности следует предварительно подготовить, в частности, очистить от ржавчины.
Промежуток между точками соединения должен обеспечивать уменьшение шунтирования тока сквозь соседние точки. Например, для сварки двух (трех) деталей толщиной от 1 до 8 мм каждая, расстояние между точками соединения изменяется соответственно от 15 (20) до 60 (100) мм.

Качество материалов

Электроды, применяемые для точечной сварки, должны обеспечивать прочность в интервале рабочих температур, высокую тепло- и электропроводность и легкость механической обработки. Этим требованиям соответствуют специальные бронзы с включением кобальта или кадмия, холоднокатаная электролитическая медь и медные сплавы с содержанием хрома, а также сплав на вольфрамовой основе.
По значениям электро- и теплопроводности медь значительно превосходит бронзы и сплавы, но в 5 – 7 раз хуже их по показателям износостойкости. Поэтому наилучшим сплавом для изготовления электродов считается сплав типа ЭВ, представляющий из себя почти чистую медь с 0,7% добавкой хрома и 0,4% цинка.
С целью уменьшения износа электродов при эксплуатации рекомендуется применять их интенсивное охлаждение водой.

Область применения

В домашних условиях точечную сварку выполненную своими руками чаще всего используют при ремонте бытовой техники, различных работах с , кабелем или починкой мелкой кухонной утвари.
В промышленности точечную сварку используют при сваривании листовых заготовок из сталей различных марок, цветных металлов и сплавов различных толщин, пересекающихся стержней, профильных заготовок (уголков, швеллеров, тавров и т. п.).

Достоинства и недостатки точечной сварки

Как и любой технологический процесс, электросварка точечная обладает своими достоинствами и недостатками. К первым относятся, прежде всего механическая прочность точечных швов и высокая экономичность, а также возможность автоматизации сварочных работ. Существенным недостатком является невозможность обеспечения герметичности .

Использование самодельного сварочного аппарата

Для сварочных работ в домашних условиях можно изготовить аппарат точечной сварки собранный своими руками. могут обладать самой разнообразной конфигурацией – от небольших переносных до достаточно габаритных. В домашних условиях обычно используются настольные версии, которые могут применяться для сварки черных и цветных металлов.

Основа аппарата

Основной конструктивной деталью одного из таких сварочных аппаратов является базисный трансформатор. Для этого лучше всего воспользоваться устройством серийного производства, например, ОСМ – 1. Первичную обмотку трансформатора можно оставить без изменения, при этом она должна содержать не меньше 200 витков. Вторичную обмотку необходимо заменить на более мощную, используя провод ПЭВ 2/1,9 или ПВ З – 50. Трансформатор ОСМ – 1

Регулировка значения величины тока в аппарате не обязательна. В процессе сварки необходимо ориентироваться по продолжительности нагрева и контролировать его визуально по окраске. Для изготовления держателей электродов можно использовать дюралюминиевый прут диаметром 30 мм.

Конструкция электродов

Нижний электрод необходимо сделать неподвижным и изолировать его от щечек и крепежных болтов клейкой лентой и шайбами. Для крепления электродов в держателях можно воспользоваться двумя болтами или латунными шайбами.

Затем можно взять какие-нибудь пружины, скажем от раскладушки. Держатели с электродами следует развести пружиной в исходное положение. Сварочный точечный аппарат подключается в сеть с помощью автоматического выключателя, рассчитанного на ток не менее 20 А.

Управление аппаратом

Самим аппаратом можно управлять магнитным пускателем, который может включаться нажатием педали. Корпус трансформатора и его вторичная обмотка должны быть заземлены. Соединяемые детали необходимо зажать между электродами. Протекающий между ними ток разогревает металл, после чего отключается электричество, увеличивается сила сжатия электродов и в итоге образуется сварное соединение.

Видеоролики точечной сварки выполненной своими руками

1. Видео о применении аппарата точечной сварки GYSPOT 3502, предназначенного для устранения вмятин при помощи инерционного молотка, приварки заклепок, шпилек, гвоздей, шпонок, шайб и болтов, удаления ямок и осадки поверхностей c использованием угольного электрода:

2.Видео об использовании аппарата точечной двухсторонней сварки GYSPOT 32D-С для ремонта видовых поверхностей и

3.Конденсаторная сварка своими руками с автоматической подачей метизов:

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

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

Как сделать трансформатор для точечной сварки

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

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

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

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

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

Вернуться к оглавлению

Сборка точечной сварки своими руками и изготовление электродов

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

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

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

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

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

Вернуться к оглавлению

Точечная контактная сварка и как ей управлять

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

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

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

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

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

Аппараты для точечной сварки не так часто используются в быту, как дуговые, но иногда без них невозможно обойтись. Учитывая, что стоимость такого оборудования начинается от $450-$470, рентабельность его покупки вызывает сомнения.

Выход из такой ситуации – контактная точечная сварка своими руками. Но, прежде чем рассказать, как самостоятельно сделать такое устройство, давайте рассмотрим, что представляет собой точечная сварка и технологию ее работы.

Кратко о точечной сварке

Данный тип сварки относится к контактным (термомеханическим). Заметим, что к такой категории также относят шовную и стыковую сварку, но их реализовать в домашних условиях не представляется возможным, поскольку для этой цели понадобится сложное оборудование.

Сварочный процесс включает в себя следующие этапы:

детали совмещают в необходимом положении;
закрепляют их между электродами аппарата, которые прижимают детали;
производится нагрев, в результате которого за счет пластического деформирования детали прочно соединяются между собой.

Производственный аппарат точечной сварки (такой как показан на фото) способен в течение минуты совершить до 600 операций.

Технология процесса

Чтобы нагреть детали до необходимой температуры, на них подается кратковременный импульс элетротока большой силы. Как правило, импульс длится в от 0,01 до 0,1 секунды (время подбирается исходя из характеристик металла, из которого изготовлены детали).

При импульсе металл расплавляется, и между деталями образовывается общее жидкое ядро, пока оно не застынет, свариваемые поверхности необходимо удерживать под давлением. Благодаря этому, остывая, расплавленное ядро кристаллизируется. Рисунок, иллюстрирующий процесс сварки, показан ниже.

Обозначения:

A – электроды;
B – свариваемые детали;
С – ядро сварки.

Давление на детали необходимо для того, чтобы при импульсе по периметру ядра расплавленного метала образовался уплотняющий пояс, не позволяющий вытекать расплаву за пределы зоны, где происходит сварка.

Чтобы обеспечить лучшие условия для кристаллизации расплава, давление на детали снимается постепенно. Если необходимо «проковать» место сварки с целью устранить неоднородности внутри шва, усиливают давление (делают это на финальной стадии).

Обратим внимание, что для обеспечения надежного соединения, а также качества шва, предварительно необходимо обработать поверхности деталей в местах, где будет происходить сварка. Это делается для удаления оксидной пленки или коррозии.

Когда требуется обеспечить надежное соединение деталей толщиной от 1 до 1,5 мм, применяют конденсаторную сварку. Принцип ее действия следующий:

блок конденсаторов заряжают электротоком небольшой силы;
разряд конденсаторов производится через соединяемые детали (силы импульса достаточно для обеспечения необходимого режима сварки).

Такой тип сварки применяется в тех сферах промышленности, где необходимо соединить миниатюрные и сверхминиатюрные компоненты (радиотехника, электроника и т.д.).

Говоря о технологии точечной сварки следует отметить, что с ее помощью можно соединять между собой разнородные металлы.

Примеры самодельных конструкций

В интернете есть много примеров создания аппаратов, производящих точечную сварку. Приведем несколько наиболее удачных конструкций. Ниже показана схема простого устройства для точечной сварки.

Для реализации нам понадобятся следующие радиодетали:

R — переменное сопротивление номиналом 100 Ом;
С – конденсатор, рассчитанный на напряжение не менее 25 В с емкостью 1000 мкФ;
VD1 – тиристор КУ202, буквенный индекс может быть К, Л, М или Н, можно также использовать ПТЛ-50, но в этом случае емкость «С» необходимо понизить до 1000 мкФ;
VD2-VD5 – диоды Д232А, зарубежный аналог – S4M;
VD6-VD9 – диоды Д226Б, их можно заменить зарубежным аналогом 1N4007;
F – плавкий предохранитель на 5 А.

Необходимо сделать отступление, чтобы рассказать, как изготовить трансформатор TR1. Он изготавливается на базе железа Ш40, с толщиной набора 70 мм. Для первичной обмотки потребуется провод ПЭВ2 Ø0,8 мм. Количество витков в обмотке – 300.

Чтобы сделать вторичную обмотку, понадобится медный многожильный провод Ø4 мм. Его допускается заменить шиной, при условии, что ее сечение будет как минимум 20 мм 2 . Количество витков вторичной обмотки – 10.

Видео: контактная сварка своими руками

Что касается TR2, то для него подойдет любой из маломощных трансформаторов (от 5 до 10 Вт). При этом на обмотке II, используемой для подключения лампы подсветки «H», должно быть выходное напряжение в пределах 5-6 В, а обмотки III – 15 В.

Мощность изготовленного аппарата будет относительно не высокая, в пределах от 300 до 500 А, максимальное время импульса до 0,1 сек (при условии, что номиналы «R» и «С» будут такими же, как на приведенной схеме). Этого вполне достаточно для сварки стальной проволоки Ø0,3 мм или листового металла, если его толщина не превышает 0,2 мм.

Приведем схему более мощного аппарата, у которого сварочный электроток импульса будет в пределах от 1,5 кА до 2 кА.

Перечислим используемые в схеме компоненты:

номиналы сопротивлений: R1-1.0 кОм, R2-4.7 кОм, R3-1.1 кОм;
емкости в схеме: С1-1.0 мкФ, С2-0,25 мкФ. Причем, С1 должен быть рассчитан под напряжение не менее 630 В;
VD1-VD4 диоды – диоды Д226Б, допускается замена на зарубежный аналог 1N4007, вместо диодов можно поставить диодный мост, например, КЦ405А;
тиристор VD6 – КУ202Н, его необходимо поместить на радиатор, площадью не менее 8 см 2 ;
VD6 – Д237Б;
F — плавкий предохранитель на 10 А;
К1 – это любой магнитный пускатель, у которого имеется три пары рабочих контактов, а обмотка рассчитана на ~220 В, например, можно установить ПМЕ071 МВУХЛЗ AC3.

Теперь расскажем, как сделать трансформатор ТR1. За основу взят автотрансформатор ЛАТР-9, такой, как показан на фотографии.

Обмотка в этом автотрансформаторе насчитывает 266 витков, сделана она медным проводом Ø1,0 мм, ее мы будем использовать в качестве первичной. Аккуратно разбираем конструкцию, чтобы не повредить обмотку. Вал и прикрепленный к нему передвижной роликовый контакт демонтируем.

Дале нам необходимо изолировать контактную дорожку, с этой целью очищаем ее от пыли, обезжириваем и покрываем лаком. Когда он просохнет дополнительно, изолируем всю обмотку, используя лакоткань.

В качестве вторичной обмотки используем медный провод с площадью сечения как минимум 80 мм 2 . Важно, чтобы изоляция этого провода была термостойкой. Когда все условия соблюдены, делаем им обмотку из трех витков.

Настройка собранного устройства сводится к градированию шкалы переменного резистора, регулирующего время импульса.

Рекомендуем перед тем как приступать к сварке, установить опытным путем оптимальное время для импульса. Если длительность будет излишней, детали будут прожжены, а если меньше необходимой — прочность соединения будет ненадежной.

Как уже писалось выше, аппарат способен выдать сварочный электроток силой до 2000 А, что позволяет сваривать стальной провод Ø3 мм или листовую сталь, толщина которой не превышает 1,1 мм.