Точечная контактная сварка: принципы работы, преимущества и недостатки, сверы применения

04.09 - Redactor

На протяжении 150 лет точечная контактная сварка остается надежным инструментом для сборки сложных конструкций из арматуры и соединения тонких корпусных металлических деталей, используемых в автомобильной промышленности, а также для приваривания массивных компонентов. Возможности этого метода соединения металлических листов применимы в различных областях, однако его главными преимуществами являются простота в применении и возможность автоматизации. Эти достоинства связаны с физическими принципами процесса, о которых мы сейчас расскажем.

Принцип работы

Физический процесс в этом методе предельно прост и даже школьник может его понять. Всем известно, что при проведении электрического тока через проводник он начинает нагреваться. Чем сильнее ток, тем выше нагрев. В процессе точечной контактной сварки, в качестве проводников используются сами свариваемые детали. Они ставятся одна на другую, зажимаются специальными электродами и подвергаются электрическому напряжению.

Из-за крайне низкого сопротивления этого участка, даже небольшое напряжение приводит к протеканию токов на уровне сотен и даже тысяч ампер (в зависимости от характеристик источника питания). Эти интенсивные токи нагревают металл деталей до высокой температуры и его размягчения, что при приложении сильного давления со стороны электродов создает условия для диффузии между деталями.

Цель сварочной аппаратуры заключается в обеспечении необходимого давления между деталями через электроды и создании значительных токов на момент сварки. Кроме того, важно эффективно охлаждать электроды, так как они также проходят ток, аналогичный току через соединяемые детали.

Технология

Этот комплекс объединяет совокупность знаний и опыта, связанных с описываемым процессом, и предоставляет методы и приемы для наилучшего решения задачи. Технология включает в себя описание оборудования, инструментов и устройств, применяемых для сборки компонентов в узлы и агрегаты. Нашей целью является предоставление информации о той части технологии, которая детально описывает последовательность сварки компонентов и разнообразие режимов работы сварочной машины.

Процесс сварки изделий должен строго соблюдать определенный порядок. Сначала свариваются углы изделия и участки, примыкающие к жестким элементам. Это формирует каркас жесткости, внутри которого осуществляется сварка более деформируемых участков. При сварке длинных листов следует начинать с центральных участков и двигаться к краям. При сварке длинных металлических листов может возникнуть проблема образования гофров между точками сварки. Для предотвращения этого эффекта необходимо проводить сварку без пропусков, обеспечивая постоянное прижимное усилие.

Этапы

Основной план выполнения точечной сварки включает четыре основных этапа. На первом этапе происходит прижим деталей, которые нужно соединить, с помощью электродов сварочной машины. Второй этап включает активацию нагревательного тока, который поддерживается до тех пор, пока точка сварного соединения не растает и не образуется однородное объемное ядро.

Третий этап предусматривает усиление давления электродов, продолжая пропускать сварочный ток. На четвертом этапе происходит выключение электрического напряжения, снижение давления электродов и их перемещение от места сварки.

Режимы

Параметры проведения сварочных операций зависят от множества факторов. При выборе подходящего режима следует учитывать особенности различных материалов, толщину и форму деталей. Эти режимы разрабатываются и определяются специалистами-технологами. В рамках технологии следует обязательно уточнить:

площадь контактной поверхности электрода;
длительность прохождения тока;
сила давления электродов;
амплитуда тока.

Технологический процесс включает требования к периодичности и способам обновления электродных наконечников. Это обеспечивает соблюдение заранее установленных технологических параметров, таких как площадь контакта и амплитуда тока. Технология также включает план по регулярной замене изношенных электродных наконечников, чтобы предотвратить критическое изношивание.

Важная составляющая технологии — определение последовательности завершающей обработки изделия. Например, для стальных изделий используется индивидуальная обработка напильником, в то время как алюминиевые изделия можно обработать с использованием наждачной бумаги.

Плюсы и минусы контактной сварки

Одним из главных преимуществ этого метода является возможность полной автоматизации процесса. Это обстоятельство способствовало внедрению данного способа на производственных конвейерах машиностроения. Высочайшую производительность обеспечивает сочетание точечной сварки с индустриальными роботами. Также повышение эффективности достигается благодаря применению многоточечных машин. Этот метод сварки:

позволяет обходиться без высококвалифицированных сварщиков;
идеально соединяет тонкие листовые материалы;
выполняется без использования защитных газов;
оказывает минимальное воздействие на металл изделия.

Отсутствие выделения вредных газов является одним из преимуществ данного метода. Также следует упомянуть высокий уровень пожарной безопасности в сравнении с ручной дуговой сваркой.

Тем не менее, недостатки этого способа становятся заметными при сварке изделий сложной формы. В то время как листовой металл обрабатывается без особых трудностей, сложные детали требуют специальных форм электродов, которые не всегда можно использовать. Проблемы возникают при создании многоточечной оснастки. Этот метод не всегда подходит для сварки разнородных металлов и сплавов. В таких случаях отсутствие защитных газов может быть недостаточно эффективным.

Следует отметить, что при работе на старых образцах сварочных аппаратов существует опасность выброса металла в момент подачи высокого тока на электроды, что представляет опасность для обслуживающего персонала. Современные сварочные устройства обеспечивают более плавную подачу сварочного тока. Безопасность также увеличивается при использовании постоянного тока с программным управлением силой сжатия.

Где применяется точечная сварка

Области использования точечной контактной сварки определяются её характеристиками и особенностями. Благодаря отсутствию необходимости высокой квалификации работников и простой механизации, этот метод соединения деталей нашёл широкое применение в производстве разнообразных потребительских товаров. Массовое производство способствует разработке автоматизированных линий, управляемых компьютерами, а роботы заменяют сварщиков.

Такие предприятия занимаются производством бытовой техники, такой как пылесосы и стиральные машины. Аналогичный процесс используется в сельском хозяйстве и для создания приусадебных устройств, таких как газонокосилки и молокоотделители. Очевидно, что в этих случаях точечная сварка используется для соединения корпусных элементов и отдельных деталей.

Самое большое количество точечных сварочных аппаратов применяется в сфере машиностроения. Это весьма разнообразная отрасль, и аппараты точечной сварки используются во всех её сегментах. Этот метод применяется для сварки корпусов большинства изделий, выпускаемых в этой отрасли.

Автомобили, трактора, комбайны, железнодорожные вагоны – это лишь несколько примеров производств, где используется точечная сварка. Отдельно следует упомянуть о микроэлектронике. Здесь ситуация совершенно другая, учитывая мелкие размеры деталей и роботизированные линии управляемые компьютерами.

Во всех вышеуказанных случаях точечная сварка предоставляет широкий спектр возможностей, включая:

сварку цветных и черных металлов;
сварку нержавеющих металлов;
сварку разнородных металлов;
сварку деталей разной толщины.

Аппарат контактной точечной сварки

Основополагающие физические принципы, на которых базируется функционирование аппаратов точечной сварки, определяют их структуру и ключевые компоненты. Работа с большими токами требует наличие мощного силового трансформатора. Этот трансформатор отличается от других своим вторичным обмотком, имеющим небольшое количество витков и созданным из очень толстого провода. Это связано с тем, что через него протекают токи на уровне десятков тысяч ампер.

Силовой трансформатор передаёт ток на электроды различных форм, чаще всего в виде клещей. Кончики электродов обычно изготавливаются из меди, что обеспечивает низкое электрическое сопротивление по сравнению с сопротивлением свариваемых металлов. Эта разница в сопротивлениях позволяет основное напряжение падать на деталях, что приводит к их разогреву. Однако часть тепла также выделяется на электродах, поэтому аппараты точечной сварки оборудованы системой активного охлаждения. Это чаще всего водяное охлаждение, иногда используется воздушное. Качество охлаждающей воды регулируется стандартом ГОСТ 297-80Е.

Корпус аппарата должен быть достаточно прочным, чтобы во время сжатия электродов не допустить их смещения сверх нормы. Внутри корпуса располагается система управления, включающая в себя электрические, электронные, пневматические и гидравлические компоненты. Эта система обеспечивает управление всеми аспектами работы машины.

Наконец, важно упомянуть механизм сжатия сварочных электродов. Эти механизмы могут быть разной конструкции и сложности: от простых ручных клещей до мощных устройств, управляемых электроникой и оборудованных пневматическими или гидравлическими приводами.

Виды оборудования

Существующие аппараты для контактной точечной сварки разделяются на различные типы в зависимости от характеристик используемого тока и формы его импульсов:

Аппараты переменного тока.
Аппараты низкочастотной сварки.
Аппараты постоянного тока.
Аппараты конденсаторного типа.

Наибольшее распространение получили аппараты, работающие на переменном токе. Это объясняется относительной простотой их устройства. Остальные типы аппаратов более специализированы и используются согласно своим особенностям и целям.

Техника безопасности

Точечная контактная сварка относится к относительно безопасным видам работ и не требует специфических мер безопасности. Однако важно помнить, что аппараты, используемые для этого типа сварки, подключаются к высоковольтной сети, и необходимо соблюдать все соответствующие правила для работы с электричеством.

Особую опасность в этой сфере представляет риск выплеска расплавленного металла, который может возникнуть при неправильном выборе сварочных режимов или недостаточной очистке поверхностей, подлежащих сварке. Для защиты от этого риска важно использовать специальные щитки для сварки. При работе с оцинкованными материалами, изделяющими вредные газы, необходимо также обеспечивать место проведения работ эффективной системой вытяжной вентиляции.

Дефекты и их устранение

Неправильно спроектированная технологическая последовательность или неаккуратное соблюдение предписанных процедур могут вызвать дефекты в сварном соединении. Наиболее распространенным дефектом является полное или частичное отсутствие провара. Если изделие имеет такой дефект, оно ведет себя как склеенное: оно сохраняет целостность при небольших и статических нагрузках, однако может разорваться при даже небольшом воздействии разрушительных сил.

Другим распространенным дефектом являются внешние трещины, которые могут возникнуть из-за недостаточного сжатия деталей, слишком высокого тока или загрязненной поверхности. При сварке вблизи кромки детали или при чрезмерном давлении электродов могут образоваться серьезные дефекты, такие как разрыв кромки или вмятины в местах сварки.

Для устранения дефектов чаще всего приходится вырезать пораженные области и проводить повторную сварку. Внешние выступы металла можно устранить путем обработки, а деформации могут быть исправлены проковкой или местным нагревом с использованием газовых горелок.