Технология контактной сварки, виды оборудования
Все о контактной сварке: точечное, шовное, рельефное и стыковое сварочные соединения металлических деталей. Физические принципы, разновидности, способы применения. Достоинства и недостатки контактной технологии. Виды оборудования и советы по их выбору.
При контактной сварке двух наложенных друг на друга металлических пластин в точке соприкосновения электрода с верхней заготовкой возникает краткосрочный (от сотых долей до единиц секунд) поток энергии чрезвычайно высокой мощности. В результате этого между пластинами образуется линза из расплавленного металла, а при ее остывании — прочное сварное соединение. Таким способом можно сваривать детали толщиной до десятков миллиметров из большинства видов сталей, а также из сплавов алюминия, титана, магния и других цветных металлов.
К основным преимуществам контактной сварки относят высокую стабильность качества сварного шва, низкий уровень требований к квалификации сварщиков, невысокую стоимость сварочного оборудования, а также простоту механизации и автоматизации сварочных процессов. Кроме того, этот вид сварки не требует использования присадочных материалов, защитных газовых сред и флюсов, что делает его с точки зрения охраны труда самым безопасным. В современном промышленном производстве почти 40% сварочных соединений выполняются различными установками контактной сварки. А в автомобильной промышленности, авиастроении, производстве пассажирских вагонов и электронных приборов доля контактной сварки в общем объеме сварочных работ составляет около 90%.
- 1 Определение и назначение контактной сварки
- 2 Принцип действия
- 3 Преимущества и недостатки
- 4 Виды аппаратов контактной сварки
- 5 Советы по выбору оборудования
Определение и назначение контактной сварки
Контактная сварка выполняется несколькими технологическими способами, которые отличаются между собой видами сварного шва и некоторыми особенностями сварочного процесса. В ГОСТ 15878-79 указана электроконтактная сварка трех видов, при этом в профильной литературе и ГОСТ 297-80 выделяют четыре:
- Точечная. Металлические детали соединяют между собой отдельными сварными точками. Производится двумя электродами, которые также обеспечивают сжатие деталей между собой с необходимым усилием. Это самая массовая разновидность контактной сварки: ее доля в общем объеме контактных сварочных соединений составляет более 70%.
- Шовная. В этом способе используют электроды в виде роликов, а сварной шов формируется из прерывающихся точек, которые должны перекрывать друг друга не менее, чем на 25%. Усилие сжатия между поверхностями формируется с помощью давления на ролик. Шовная сварка применяется преимущественно при изготовлении емкостей (топливные баки, глушители автомобилей, химические сосуды и пр.), тонкостенных шовных труб и корпусов промышленной и бытовой техники из листового металла.
- Стыковая. С помощью этого способа две детали соединяются расплавленным металлом по всей площади их соприкосновения, причем толщина свариваемых изделий практически не имеет значения. В процессе используются приспособления, сжимающие детали навстречу друг другу. Во время протекания сварочного тока по металлу из-за наличия на сопрягаемых поверхностях микровыступов в зоне их стыка возникают сварочные процессы, происходит разогрев стыка и создается стыковое сварочное соединение. Этот метод используют для беззазорного соединения рельсов, а также сварки трубопроводов и длинномерных изделий, в том числе из разнородных сталей.
Одна из разновидностей рельефной сварки широко используется в авторемонте для приварки колец, волнистой проволоки и металлических штырьков при выправлении вмятин на кузовных деталях. У нас ее обычно называют «односторонней точечной сваркой», а используемые при этом аппараты со специальной оснасткой — споттерами.
Принцип действия
Технология контактной сварки точечным, шовным и рельефным способами основана на одной и той же единичной операции — создании сварной точки в месте соприкосновения поверхностей заготовок. В общем виде это выглядит так (см. рис. ниже):
- Установка сложенных внахлест заготовок на нижний электрод.
- Сжатие их верхним электродом.
- Подача импульса сварочного тока.
- Кратковременное удерживание сжатия до остывания сварной точки.
- Отвод верхнего электрода в исходное положение.
В установках контактной сварки используется постоянный ток обратной полярности (плюс на верхний электрод) или переменный ток частоты 50 Гц (в некоторых случаях применяют высокочастотные источники). Прижим деталей является важной частью технологического процесса. После прохождения импульса тока в месте соприкосновения поверхностей деталей возникает линза из расплавленного металла, которая в контактной технологии называется ядром. Сжатие с необходимым усилием не позволяет металлу выплескиваться за область ядра, а также вызывает пластическую деформацию зоны ядра и взаимное проникновение металлов заготовок.
Стандартная установка точечной сварки состоит из следующих элементов (см. рис. ниже):
- источник питания с переменным или постоянным током;
- нижняя (опорная) рукоятка с электродом массы;
- верхняя (прижимная) рукоятка с основным электродом;
- корпус установки с механизмом прижима и контактами.
Технология стыковой сварки отличается от остальных контактных способов, т. к. в этом случае посредством расплавления металла соединяются торцевые части двух массивных деталей. Последовательность технологических операций при стыковой контактной сварке выглядит следующим образом (см. рис. ниже):
- Фиксация одной из заготовок в неподвижном зажимном приспособлении.
- Установка второй заготовки в подвижную оснастку.
- Сжатие торцов заготовок с постоянным усилием.
- Подача на заготовки импульса сварочного тока.
- Разогрев металла до состояния плавления с продолжающимся после отключения тока приложением усилия.
- Сближение торцов и образование сварного шва.
- Остывание шва и снятие усилия.
Напряжение холостого хода в устройствах контактной сварки намного ниже, чем у другого сварочного оборудования. Обычно оно составляет 3÷6 В (максимум до 20 В), при этом напряжение сварки равно 1÷1.5 В. Сила тока во всех контактных способах в зависимости от толщины заготовок и площади контакта лежит в интервале от единиц до сотен тысяч ампер. Глубина проплавления каждой детали в зависимости от вида материала должна составлять от 20 до 80% процентов ее толщины. Не допускается сквозное проплавление (прожиг) металла, а также проплавление его на глубину меньше нормативного.
Преимущества и недостатки
Одним из главных достоинств контактной сварки является ее быстродействие. К примеру, скорость контактного соединения шовным способом деталей из стали толщиной 0.5 мм может достигать 1.5 м/мин, что недостижимо ни для одной из сварочных технологий. К другим преимуществам контактной сварки обычно относят:
- стабильность параметров и качество соединения;
- небольшое энергопотребление;
- медленный износ электродов;
- отсутствие расхода присадочных и вспомогательных материалов;
- низкие требования к квалификации персонала;
- нет выделений вредных и опасных для здоровья веществ;
- чистота сваренной поверхности (шов находится внутри металла).
Контактная технология лучше любых других подходит для автоматизации и использования в оборудовании для серийного производства. Большинство роботов на конвейерах кузовных цехов автопрома — это программируемые автоматические устройства контактной сварки. А сварка трубных стыков всех магистральных газо- и нефтепроводов высокого давления производится контактным стыковым способом с использованием специальных автоматизированных комплексов.
Главный технологический недостаток контактной сварки — это высокие требования к равномерности и чистоте поверхности.
При сжатии между плоскостями деталей не должно быть даже минимального зазора, иначе возможен боковой выплеск расплавленного металла из внутренней зоны сварки. Помимо этого такие сварочные аппараты в силу особенностей своей конструкции не приспособлены к работе в ограниченном пространстве. Мобильная рабочая часть контактного оборудования имеет значительный вес, а при отсутствии механизированного привода сжатие требует от сварщика приложения значительных физических усилий.
Виды аппаратов контактной сварки
Машины контактной сварки (так они называются в соответствии с ГОСТ 297-80) в первую очередь классифицируют по виду сварочного соединения, т. е. одному из четырех описанных выше технологических способов. Внутри каждого такого вида они подразделяются по признакам стационарности и мобильности, а также по различным конструктивным особенностям. Следующими параметрами являются тип источника тока и усилие сжатия. Для обозначения отечественных аппаратов контактной сварки ГОСТ установлено цифро-буквенное обозначение, включающее в себя одиннадцать позиций.
В первой позиции всегда присутствует буква «М» (машина), а по второй можно определить контактный способ, для которого она предназначена. К примеру, МТ — машина точечная, МШ — машина шовная и т. д. В третьей позиции приводится код ее конструктивного исполнения: подвесная (П), постоянного тока (В), радиальная (Р) и т. п. В остальных позициях указываются значения сварочного тока и напряжения питающей сети, а также различные коды конструкторских и эксплуатационных особенностей конкретной модели.
Советы по выбору оборудования
При выборе аппарата для контактной сварки в первую очередь необходимо ориентироваться на толщину металла, который предполагается сваривать, характер работ (стационарный или мобильный) и вид необходимого контактного соединения (точечный, шовный и прочие). Не следует выбирать контактный аппарат с рабочими характеристиками «про запас», т. к. это может сильно сказаться на цене и массогабаритных показателях его мобильной части. Необходимо помнить, что механическая часть такого оборудования может иметь пневмоприводы, для чего потребуется источник сжатого воздуха, а более мощные установки эксплуатируются с водяным охлаждением. А электрическая часть машины мощностью более 10 кВт наверняка потребует трехфазного источника напряжения.
Также важным элементом любого контактного сварочного аппарата являются электроды. Их форма и вид зависят от используемой технологии и особенностей производства.
Существуют специальные технологии контактной сварки с применением клея и припоя, но о них в специализированной литературе только упоминается. Если кто-нибудь знает, для чего и как они используются, поделитесь, пожалуйста, информацией в комментариях к данной статье.
https://wikimetall.ru/metalloobrabotka/kontaktnaya-svarka.html
