Точечной сваркой называют разновидность контактной сварки, в ходе которой детали подлежат соединению в отдельных местах (точках), ограничивающих по размерам нагревом электродов. Они передают сжимающее усилие и проводят электроток. Положение точек зависит от того, как расположены электроды в используемой машине точечной сварки. За один раз возможно сваривать как одну-две, так и несколько точек.
Посредством контактной точечной сварки традиционно сваривают изделия из цветных металлов или черных, как одного рода, так и разнородных. Это могут быть заготовки различными или одинаковыми по толщинам, обработанные резанием или кованые изделия, катаные либо прессованные листы. Наиболее эффективна точечная сварка, ценой вполне доступная, для сваривания узлов сельхозтехники, автомобильных и тракторных элементов, вагонов для железной дороги, деталей микроэлектроники, холодильников и бытовых предметов.
Особенности точечной сварки
При проведении сварки этим способом изделия собираются внахлест. Затем их зажимают с определенным усилием между парой электродов из меди, связанными с трансформатором и проводящими электроток к месту сварки. С включением трансформатора для точечной сварки с помощью кратковременного импульсного действия тока происходит нагрев заготовок с появлением в месте их контракта расплавленного участка или ядра точки.
Поверхности подвергаемых сварке изделий, соприкасаясь с медью электродов, поддаются нагреву не так быстро, как их внутренние слои. Поэтому нагревание длится до достижения состояния пластичности внешними слоями с образованием объемной точки металла и состояния расплава слоями внутренними. Выключив ток, нужно еще определенное время сохранять усиление, необходимое для нормальной кристаллизации подвергшихся расплавлению материалов и предотвращения таких дефектов усадки, как рыхлоты с трещинами. После отключения подачи токов со снятием давления можно увидеть результат воздействия аппарата точечной сварки - образовавшуюся литую точку сварного соединения.
Исходя из расположения электродов относительно подлежащих соединению изделий, такая сварка может выполняться с одной стороны либо быть двухсторонней. В последнем случае две либо больше заготовок зажимаются электродами установки точечной сварки. Способ односторонней сварки предполагает распределение тока между нижней и верхней деталями. При этом часть тока, проводимая через нижнюю заготовку, осуществляет нагрев. Чтобы увеличить этот тока, предусмотрено использование специальной прокладки из меди. Сварка односторонним методом позволяет соединять изделия сразу двумя точками в одно и то же время.
Как подготовить элементы?
Подготовка заготовок для обработки машиной контактной точечной сварки занимает важное место, поскольку от нее зависят стабильность операций и качество получаемых соединений. Изделие под сварку правится, зачищается, подгоняется, прихватывается либо собирается в специальном устройстве. Значительной толщины пленки из оксидов удаляют при помощи особых роликов, имеющих косозубые насечки, пламенным нагревом, дробеметной, дробеструйной либо вакуум-дробной обработкой, накерниванием зоны сварки. Заготовки, выполненные из низкоуглеродистой стали, необходимо обезжирить бензиновыми, ацетоновыми или другими растворителями масел с последующей обработкой травлением, щетками, абразивными и шлифовальными приспособлениями. Также обработанные поверхности подвергают пассивировке.
Заготовки могут быть зачищены только в месте нахлеста или полностью. После процедур механической зачистки с них следует удалить окислы и пыль с абразивными частицами. Изделия, имеющие покрытие металлом, обычно зачистке не подвергают, их прихватывают обычной сваркой. Малогабаритные узлы и заготовки можно варить без прихваток, жестко зафиксировав их в клещах для точечной сварки. На крупных изделиях возможны прихватывание дуговой сваркой и последующая вырубка участков наложения прихваток.
Оборудование для точечной сварки
Важнейшими параметрами режима воздействия аппаратов точечной сварки споттер служат время проведения тока с его плотностью, а также усилие сжатия. Выбор этих характеристик определяется при учете особенностей применяемой аппаратуры по картам технологий, таблицам примерных режимов и опытным работам. Данную сварку проводят как на мягком, так и на жестких режимах. Первый отличается относительно небольшой плотностью токов, значительной продолжительностью цикла сварки при малом давлении. Его чаще всего применяют для сварки низколегированной либо углеродистой стали. Для жестких режимов станка точечной сварки характерны большая плотность тока, значительное давление, а также небольшая продолжительность цикла сварки. Он применим для сварочных работ с медными, алюминиевыми сплавами и стойкими к коррозии сталями.
Технология точечной сварки
Соединение сваркой разнородных материалов лучше производить на мягких режимах. В этом случае облегчается получение надежного соединения за счет возможности регулировки параметров. Усиление нагрева с уменьшением теплоотведения в материал способствует симметричности расположения ядра. Это достигается за счет меньших теплопроводности и диаметра электродов.
Схемами точечной сварки предусмотрено осуществление всего процесса в четыре стадии. В первой происходит зажим соединяемых частей между электродами для точечной сварки. Вторая стадия предполагает на включенном токе разогрев места соединения до температуры расплавления с формированием литого точечного ядра. На третьей и четвертой стадиях увеличивается сила сжатия на включенном токе для образования структур в сварной точке с последующим освобождением электродов от усилия. С помощью данного способа сварки производятся штампосварные соединения. Также незаменим он в присоединении сварными точками отдельных штампованных изделий. И то, и другое существенно увеличивает производительность работ и упрощает процессы изготовленных целых сварочных узлов.
Необходимостью удаления поврежденных деталей в ходе ремонтных работ обусловлена потребность в высверливании точечной сварки. Оно применяется всякий раз, когда нужно аккуратно высверлить места точечного соединения неисправной части с основным изделием. Один из способов удаления сварки заключается в накернировании и засверливании тонким сверлом по металлу. Использование специального сверла для точечной сварки позволяет обойтись без этих операций. При этом не только отпадает необходимость накернивания и предварительного засверливания, но и на втором листе металлического соединения не остается сквозных отверстий от удаленных сварных точек. Принцип и технологию такого высверливания удобно применять в кузовных и любых других работах, когда требуется замена элемента, прикрепленного болтами, саморезами иди заводской точечной сваркой.
Точечная сварка применяется для приваривания мелких деталей, например, это могут быть болты, зажимы, заклепки или для соединения нескольких деталей между собой. В основном аппарат для точечной сварки применяется в строении самолетов, поездов, машин и в других направлениях промышленности.
Название такого вида сварки получилось от того, что элементы соединяются между собой не полностью, а только в определенных точках. Эффективность соединения в этих местах в основном зависит от их размера. Прочность самих точек зависит от качества электродов и материала.
Принцип работы аппарата
Способов точечной сварки существует несколько, но принцип их всех заключается в одном. Сварка происходит в результате воздействия электродов на материал. Между электродами проходит ток, и детали под горячим воздействием плавятся.
Сварочная точка получается там, где металлы соприкасаются, зависит она от силы тока. Чем сильней сила тока, тем прочнее будет сварка и тем толще элементы можно соединить.
Материал для сварки можно использовать с толщиной от 0,05 до 0,8 см.
Перед началом работы со сваркой, детали нужно обязательно очистить от всех загрязнений и выбрать подходящий режим, от этого зависит качество в конечном результате работы.
Для проверки качества шва на производстве, разрушают несколько экземпляров. При качественной работе, на одном элементе останется кратер, а на другом ядро сварки. Чтобы легче это понять, посмотрите фото точечной сварки для наглядности.
Если этого не произошло, сварка выполнена не правильно, нужно увеличить время или силу сжатия. Ядро при хорошей работе должно быть в три раза толще более тонкой детали.
Если размер меньше, то элементы проварены не до конца.
Режимы точечной сварки
В продаже имеется много моделей аппаратов для точечной сварки, у каждой есть свои плюсы и минусы. Также каждая модель аппарата предназначена для определенных материалов, в инструкции точечной сварки каждой модели это указано. Но все модели можно разделить на две большие группы.
Подача жесткого тока с большой плотностью, примерное время сварки 0.3-1.6 секунды. Электрод должен быть толще на 0.4 см, чем сам свариваемый элемент.
Подача мягкого тока с небольшой плотностью, примерное время сварки 3-4 секунды. Электроды могут быть такого же размера, как толщина свариваемого элемента.
Режимы воздействия
Выделяют 2 вида воздействия на металлические элементы:
Двухсторонний. Сваркой соединяются сразу с 2 сторон большие детали, открытые соединения. Делается это с применением щипчиков, которые крепко держат деталь. Шов в результате образуется крепким, но при таком воздействии есть ограничение по размеру щипцов.
Односторонний. При таком воздействии нет шанса сварки с обеих сторон. Детали могут быть любого размера, ограничений нет.
Для наибольшего качества и прочности при односторонней сварке используют медную пластинку. Но даже при этом, качество шва будет ниже, чем при первом виде точечной сварки.
Чем хороши аппараты точечной сварки
Точечную сварку своими руками может сделать любой человек, для этого не нужно иметь особых знаний, достаточно прочитать инструкцию по эксплуатации и технику безопасности.
Также к преимуществам можно отнести:
- Сварка может проводиться с любыми металлами, даже которые быстро плавятся.
- Шов получается красивый, аккуратный, прочный, качественный в результате.
- Процесс автоматизирован, поэтому высокая производительность.
- Минимальные затраты на электроды и другие нужные аксессуары.
Аксессуары
Приобрести аппарат для сварки мало, чтобы с ним работать, необходимо купить дополнительные элементы (иногда они идут в наборе).
- Электроды и консоли, не совсем такие, как у обычной сварки.
- Клещи и пистолет для сварки, нужны при работе с мелкими элементами или в узких местах, куда трудно добраться.
- Редактирование вмятин.
Для приобретения аппарата точечной сварки нужно знать, где будет проводиться работа и с какими металлами. Этого достаточно, чтобы купить нужную модель сварочного аппарата.
Если вы не уверены в своих силах, то не нужно самому приступать к сварке, лучше обратиться к специалисту.
Фото точечной сварки
Домашние слесарные работы – часть жизни хозяйственного человека. Одним из наиболее популярных домашних устройств считается точечная сварка. Она предполагает наличие заводского или самодельного сварочного устройства. Создать подобный аппарат, которым будет осуществляться точечная сварка своими руками несложно, необходимо лишь желание и некоторые подручные средства.
Особенности и принцип точечной сварки
Изучение вопроса, как своими руками сделать точечную сварку, начнем с принципа действия.
На сегодняшний день точечная сварка востребована не только в быту, но и в производстве, так как она способна разрешить даже самые трудновыполнимые задачи. В промышленности, как правило, применяют устройства, работающие в автоматическом режиме, в бытовых условиях применяют сварочный аппарат-полуавтомат для точечной сварки.
Точечная контактная сварка на производстве необходима, чтобы сварить листовые болванки из черных и цветных металлов. С помощью ее сваривают изделия из профиля разной толщины и конфигурации, пересекающиеся металлические заготовки. При некоторых условиях можно добиться скоростного рабочего режима до 600 точек в минуту.
Многие люди интересуются вопросом, как сделать точечную сварку дома? В домашней среде точечную сварку применяют для ремонта бытовой утвари и при необходимости сварить электропровода.
Процедура точечного сваривания включает в себя несколько этапов:
- заготовки совмещают в требуемом положении;
- делают крепеж деталей непосредственно между прижимными электродами установки;
- осуществляют нагрев поверхностей, в процессе которого происходит деформирование деталей и они связываются между собой.
Существует еще одна технология точечного соединения – лазерная сварка. Она способна выполнять задачи, связанные с работой высокой точности и предельной прочности спайки.
Получается, что принцип точечной сварки заключается в чрезмерном нагревании рабочих металлических поверхностей, результатом которых осуществляется их сплавление и единое структурное новообразование.
Основную роль в процессе сварки исполняет импульсная характеристика тока, который создает необходимый нагрев металлической области. Не менее важной характеристикой служит время воздействия и сила удержания деталей. Благодаря этим параметрам кристаллизуется металлическая структура.
Основными преимуществами сварки электроконтактной из сварочного аппарата считаются:
- выгодность использования;
- прочный шов;
- простота оборудования;
- самодельная точечная сварка может быть создана в домашних условиях;
- возможность автоматизации в условиях предприятия.
Единственным изъяном точечного соединения деталей считается негерметичность соединения.
Основными требованиями к сварочному оборудованию считаются:
- возможность изменить время процесса;
- создание давления в рабочей области, с достижением предела в окончании процесса нагрева;
- наличие электродов с высокими показателями проводимости энергии и тепла.
Для бытового применения подходить электролитическая медь и ее смесь марки ЭВ. Стоит отметить, что площадь контактируемого участка электрода должна превышать свариваемое соединение (шов) в 2,5 раза.
Сборка сварочного аппарата своими силами
Для точечного сваривания деталей необходимо создать соответствующее оборудование. Установка для точечной сварки своими руками, изготовленная в домашних условиях, может иметь любую форму – от переносных разновидностей до крупногабаритных моделей. На практике обычно используются настольные варианты, применяемые для соединения различных металлов. Перед тем как создать точечную сварку из инвертора, следует ознакомиться с материалами, какие понадобятся при изготовлении.
- преобразователь энергии, то есть трансформатор;
- электрический кабель с изоляцией сечением от 10 мм;
- медные электроды;
- прерыватель;
- наконечники;
- болты;
- подручные средства и материалы для создания корпусной основы либо сварочных клещей (бруски из дерева, вторсырье, фанера).
1 - трансформатор ОСМ-1,0 доработанный; 2 - токопровод (дюралюминиевый пруток диаметром 30, L300, 2 шт.); 3 - вкладыш (стальной пруток диаметром 10, L30, 2 шт.); 4 - электрод (медный пруток диаметром 12, L50, 2 шт.); 5 - шайба латунная (2 шт.); 6,12 - винты М6; 7 рукоятка; 8 - эксцентрик; 9 - щека (2 шт.); 10 - пружина; 11 - вывод половины вторичной обмотки (4 шт.); 13 - втулка текстолитовая (с канавкой под концевую петлю пружины); 14 - болт М8 (6 шт.); 15 - шайба текстолитовая (4 шт.); 16 - покрытие изоляционное (лакоткань или защитная клейкая лента на тканевой основе, 2 шт.); 17 - кожух трансформатора.
Схемы монтажа
Основными разновидностями схем сборки сварочного устройства являются простые проекты с минимальным количеством требуемых материалов. Стоит отметить, что изготовленное оборудование не будет мощным, то есть данная схема точечной сварки предназначена только для бытового применения. Его назначение – сварка небольших листов железа и электрических проводов.
Чтобы понять, как сделать контактную сварку вспомнить курс школьной программы, а именно физическое правило «Закон Джоуля-Ленца»: когда электричество проходит по проводнику, объем тепловой энергии, создаваемый в нем, прямо пропорционален сопротивлению проводника, времени воздействия и квадрату электрического тока. Вывод, если ток изначально составлял большое значение (например, 1000 А), то при слабом соединении и маленьких проводах будет расходоваться большее количество энергии (в несколько тысяч раз), чем при меньшем электротоке (10 А). То есть качество собранной электрической цепи играет важную роль.
Формирование электрического импульса между двумя участками металлических изделий считается базовой частью работы сварочной установки. Для этого потребуется небольшой преобразователь энергии. Свариваемое изделие необходимо подключить к нижней обмотке устройства, а металлический электрод к вторичной.
Стоит отметить, что недопустимо непосредственно совмещать преобразователь с источником питания. Для этого в электрической цепи предусмотрен мост с электронным выключателем (тиристор). Чтобы создать требуемый импульс, в устройство необходимо подать вспомогательное питание, включающее в себя мост выпрямления энергии и трансформатор. Электрический ток будет концентрироваться в конденсаторе, чья роль – это формирование импульса.
Для того чтобы аппарат контактной сварки, изготовленный своими руками, заработал, нужно на рукояти пистолета нажать «кнопку импульса» для открытия цепной схемы конденсатора-резистора. В результате этих манипуляций произойдет разряд через металлический стержень. Чтобы закрепить теоретический материал, рекомендуется ознакомиться с обучающим видео, где подробно рассказывается о точечной сварке. Это позволяет понять визуально, как же это все правильно осуществляется.
Самодельный аппарат из микроволновой печи
Так как на аппараты точечной сварки не всегда можно выделить лишнюю сумму денежных средств, то можно изготовить ее собственными силами. Для этого потребуется довольно мощная микроволновая печь.
Сборка трансформатора
От микроволновки потребуется лишь одна деталь – это высоковольтный трансформатор для точечной сварки. От этой детали требуется лишь сердечник (магнистор) и первичная (нижняя) обмотка. Для удаления ненужных участков можно воспользоваться молотком, болгаркой либо ножовкой. После удаления трансформаторной вторичной обмотки, необходимо создать самодельный трансформатор для контактной сварки. Чтобы это выполнить, следует воспользоваться медным кабелем, диаметром, равным проему трансформатора. Необходимо сделать два витка. Для того чтобы соединить две части сердечника потребуется эпоксидная смола.
Основу сделали, теперь необходимо заняться корпусом самодельной установки. Для этого используются различные полимеры, например, пластмасса или дерево. Обратная область корпуса точечной установки должна содержать несколько проемов. Один проем будет служить ключом устройства, а другое подавать электричество.
Если вместо пластика применяется дерево, то для начала следует выполнить несколько подготовительных операций, а именно отшлифовать, пропитать и лакировать. Чтобы создать самодельный рабочий аппарат для точечной сварки своими руками, потребуется:
- кабель электропитания сварочной установки;
- ручка от двери;
- выключатель;
- медные держатели;
- электропровод большого диаметра;
- расходные материалы (саморезы, гвозди).
После подсыхания корпусного участка, необходимо собрать установку и совместить все сопутствующие детали. После этого отрезается медный провод на 2 части, каждый из которых примерно 25 мм. Эти элементы будут осуществлять функцию электродов. Чтобы их зафиксировать, достаточно применить стандартную отвертку. Затем необходимо установить ключ системы, толстый электрокабель предотвратит его выскальзывание. Чтобы зафиксировать трансформатор на корпусе конструкции можно использовать саморезы, но не стоит забывать о заземлении одной из клемм.
Чтобы повысить безопасность использования устройства для сварки рекомендуется установка вспомогательного включателя. Для крепежа рабочих рычагов также применяют небольшие гвозди и другие крепежные элементы. К торцевым частям рукоятей прикрепляются контактные металлические стержни. Для вознесения верхней рукояти применяется стандартный полимер – резина.
Создание электродов
Элементы, применяемые для точечной сварки своими руками, должны отвечать определенным требованиям, а именно устойчивостью к воздействию рабочих температур, хорошей электропроводностью и легкостью механической обработки.
Для этого прекрасно подходят медные провода сечением от 15 мм. Основной принцип – сечение электрода не должно быть меньше поперечника провода. Если не жалко, то можно применить жала 2 паяльников, которые точно прослужат долго.
Органы управления
Создаваемая контактная сварка своими руками имеет простое устройство. Приходится всего две управляющих системы – выключатель и рукоять. Выключатель точечной сварки фиксируется в цепи первичной обмотки. Это необходимо из-за того, что во вторичной обмотке ток больше, а выключающая система создаст дополнительное сопротивление. Выключатель устанавливается на рычаге, так удобнее будет работать. То есть одной рукой можно будет включать электричество, а второй удерживать свариваемые материалы.
Стоит отметить, что включение и выключение сварочного тока необходимо осуществлять лишь при сжатых электродах, потому что в противном случае появится искра, приводящая к их подгоранию. Рекомендуется также применять вентилятор для охлаждения аппарата.
Если подобная охлаждающая система отсутствует, то следует постоянно контролировать температуру преобразователя энергии, металлических электродов, электропроводов и создавать дополнительные перерывы, чтобы предотвратить перегрев.
На сегодня приобретение сварочного аппарата для точечной сварки не является проблемой, если есть денежные средства. В любом специализированном магазине предложат целый ряд установок для точечного соединения деталей, причем разной мощности и производителей. Но для домашних мастеров не всегда возможно подобрать требуемые параметры, поэтому сделать аппарат точечной сварки своими руками будет оптимальным решением. Все необходимые расходные материалы можно позаимствовать и найти дома. Собранная собственными руками установка для точечной сварки не подводит и отлично работает, тем самым обеспечивая требуемый мелкий ремонт металлических изделий.
Точечная сварка – метод, при котором соединение деталей внахлест производится в одной или нескольких точках. При подаче электротока происходит местный нагрев, в результате чего металл расплавляется и схватывается. В отличие от электродуговой или газовой сварки не требуется присадочный материал: плавятся не электроды, а сами детали. Не нужно и обволакивание инертным газом: сварочная ванна в достаточной мере локализована и защищена от попадания атмосферного кислорода. Сварщик работает без маски и рукавиц. Это позволяет лучше визуализировать и контролировать процесс. Точечная сварка обеспечивает высокую производительность (до 600 точек/мин) при низких затратах. Она широко используется в различных отраслях хозяйства: от приборостроения до самолетостроения, а также в бытовых целях. Без точечной сварки не обходится ни одна автомастерская.
Оборудование для точечной сварки
Работы выполняются на специальном сварочном аппарате, называемом споттер (от англ. Spot – точка). Споттеры бывают стационарные (для работы в цехах) и переносные. Установка работает от электросети 380 или 220 В и генерирует заряды тока в несколько тысяч ампер, что значительно больше, чем у инверторов и полуавтоматов. Ток подается на медный или карбоновый электрод, который прижимается к свариваемым поверхностям пневматикой или ручным рычагом. Возникает тепловое воздействие, длящееся несколько миллисекунд. Однако этого хватает для надежной стыковки поверхностей. Так как время воздействия минимально, то тепло не распространяется дальше по металлу, а точка сварки быстро остывает. Свариванию подлежат детали из рядовых сталей, оцинкованного железа, нержавейки, меди, алюминия. Толщина поверхностей может быть различна: от тончайших деталей для приборостроения до листов толщиной 20 мм.
Контактно-точечная сварка может проводиться одним электродом или двумя с разных сторон. Первый способ используется для сварки тонких поверхностей или в тех случаях, когда прижим с двух сторон осуществить невозможно. Для второго способа используют специальные клещи, зажимающие детали. Этот вариант обеспечивает более надежное крепление и чаще используется для работы с толстостенными заготовками.
По типу тока аппараты для точечной сварки подразделяются на:
- работающие на переменном токе;
- работающие на постоянном токе;
- низкочастотные аппараты;
- аппараты конденсаторного типа.
Выбор оборудования зависит от особенностей технологического процесса. Наиболее распространены аппараты переменного тока.
Вернуться к оглавлению
Электроды для точечной сварки
Электроды для точечной сварки отличаются от электродов для электродуговой сварки. Они не только обеспечивают подачу тока на свариваемые поверхности, но и выполняют прижимную функцию, а также задействованы в отводе тепла.
Высокая интенсивность рабочего процесса обуславливает необходимость использования материала, стойкого к механическим и химическим воздействиям. Более всего выдвинутым требованиям соответствует медь с добавлением хрома и цинка (0,7 и 0,4% соответственно).
Качество сварной точки во многом определяется диаметром электрода. Он должен быть минимум в 2 раз больше толщины стыкуемых деталей. Размеры стержней регламентируются ГОСТом и имеют от 10 до 40 мм в диаметре. Рекомендуемые размеры электродов представлены в таблице. (Изображение 1)
Для сварки рядовых сталей целесообразно использовать электроды с плоской рабочей поверхностью, для сварки высокоуглеродистых и легированных сталей, меди, алюминия – со сферической.
Электроды со сферическими наконечниками более стойкие: способны произвести больше точек до перезаточки.
К тому же они универсальны и подойдут для сварки любого металла, а вот использование плоских для сварки алюминия или магния приведет к образованию вмятин.
Точечная сварка в труднодоступных местах выполняется электродами изогнутой формы. Сварщик, который сталкивается с подобными условиями работы, всегда имеет набор различных фигурных электродов.
Для надежной передачи тока и обеспечения прижима электроды должны плотно соединяться с электрододержателем. Для этого их посадочным частям придают форму конуса.
Некоторые виды электродов имеют резьбовое соединение или крепятся по цилиндрической поверхности.
Вернуться к оглавлению
Параметры точечной сварки
Основными параметрами процесса являются сила тока, продолжительность импульса, усилие сжатия.
От силы сварочного тока зависит количество выделяемого тепла, скорость нагрева, величина сварного ядра.
Наряду с силой тока на количество тепла и размеры ядра влияет продолжительность импульса. Однако при достижении определенного момента наступает состояние равновесия, когда все тепло отводится от зоны сварки и уже не влияет на расплавление металла и размер ядра. Поэтому увеличение продолжительности подачи тока сверх этого нецелесообразно.
Усилие сжатия влияет на пластическую деформацию свариваемых поверхностей, перераспределение по ним тепла, кристаллизацию ядра. Высокое усилие сжатия снижает сопротивление электрического тока, идущего от электрода к свариваемым деталям и в обратном направлении. Таким образом, возрастает сила тока, ускоряется процесс расплавления. Соединение, выполненное с высоким усилием сжатия, отличается высокой прочностью. При больших токовых нагрузках сжатие препятствует выплескам расплавленного металла. С целью снятия напряжения и увеличения плотности ядра в некоторых случаях производится дополнительное кратковременное повышение усилия сжатия после отключения тока.
Выделяют мягкий и жесткий . При мягком режиме сила тока меньше (плотность тока составляет 70-160 А/мм²), а продолжительность импульса может достигать нескольких секунд. Такая сварка применяется для соединения низкоуглеродистых сталей и более распространена в домашних условиях, когда работы проводятся на маломощных аппаратах. При жестком режиме продолжительность мощного импульса (160-300 А/мм²) составляет от 0,08 до 0,5 секунды. Деталям обеспечивают максимально возможное сжатие. Быстрый нагрев и быстрое охлаждение позволяют сохранить сварному ядру антикоррозийную стойкость. Жесткий режим используют при работе с медью, алюминием, высоколегированными сталями.
Выбор оптимальных параметров требует учета многих факторов и проведения испытаний после расчетов. Если же выполнение пробных работ невозможно или нецелесообразно (например, при разовой сварке в домашних условиях), то следует придерживаться режимов, изложенных в справочниках. Рекомендованные параметры силы тока, продолжительности импульса и сжатия для сварки рядовых сталей приведены в таблице. (Изображение 2)
Вернуться к оглавлению
Возможные дефекты и их причины
Качественно выполненная точечная обеспечивает надежное соединение, срок службы которого, как правило, превышает срок службы самого изделия. Однако нарушение технологии может привести к дефектам, которые можно разделить на 3 основные группы:
- недостаточные размеры сварного ядра и отклонение его положения относительно стыка деталей;
- механические повреждения: трещины, вмятины, раковины;
- нарушение механических и антикоррозийных свойств металла в зоне, прилегающей к сварной точке.
Рассмотрим конкретные виды дефектов и причины их возникновения:
- Непровар может быть вызван недостаточной величиной силы тока, чрезмерным сжатием, изношенностью электрода.
- Наружные трещины возникают при слишком большом токе, недостаточном сжатии, загрязненности поверхностей.
- Разрывы у кромок обусловлены близким расположением к ним ядра.
- Вмятины от электродов возникают при их слишком малой рабочей поверхности, неправильной установке, чрезмерном сжатии, слишком высоком токе и продолжительном импульсе.
- Выплеск расплавленного металла и заполнение им пространства между деталями (внутренний выплеск) происходит из-за недостаточного сжатия, образования в ядре воздушной раковины, несоосно установленных электродах.
- Наружный выплеск расплавленного металла на поверхность деталей может быть вызван недостаточным сжатием, слишком большими режимами тока и времени, загрязненностью поверхностей и перекосом электродов. Последние два фактора оказывают негативное влияние на равномерность распределения тока и плавление металла.
- Внутренние трещины и раковины возникают из-за чрезмерных режимов тока и времени, недостаточного или запаздывающего проковочного сжатия, загрязненности поверхностей. Усадочные раковины появляются в момент охлаждения ядра. Для их предотвращения и используют проковочное сжатие после прекращения подачи тока.
- Причиной неправильной формы ядра или его смещения является перекос или несоосность электродов, загрязненность поверхности деталей.
- Прожог является следствием загрязненности поверхностей или недостаточного сжатия. Во избежание этого дефекта ток необходимо подавать только после того, как сжатие обеспечено полностью.
Аппарат точечной сварки позволяет производить соединение материалов различной толщины, даже очень тонких. Получаемый при этом шов аккуратен, прочен, а его качество мало зависит от профессионализма исполнителя.
1 Точечная сварка – технология быстрого соединения материалов
Точечная сварка представляет собой разновидность контактного способа сваривания. Эта технология обеспечивает соединение деталей в одной или нескольких точках, в которых происходит нагревание материала до температуры плавления пропускаемым током с одновременным приложением сжимающего усилия. После прекращения подачи сварочного напряжения и остывания зоны разогрева снимают воздействие сжатием на место соединения.
В основе технологии контактной сварки лежит тепловое воздействие на металл протекающего по нему электрического тока. Количество выделяемого при этом тепла определяется по закону Джоуля-Ленца и зависит от электрической проводимости материала (чем она меньше, тем больше нагрев). При точечном соединении напряжение подается по двум электродам, между которыми находятся свариваемые детали. Электроды изготавливают из материалов с высокой электропроводимостью, чтобы обеспечить наименьшее сопротивление в месте их контакта с соединяемыми изделиями.
В то же время, область соприкосновения деталей обладает низкой электрической проводимостью (большим сопротивлением). Поэтому проходящий через электроды и детали ток производит быстрый высокотемпературный нагрев именно места соединения изделий. Плавление материала в этой области приводит к образованию литых ядер сварочных точек. Их диаметр обычно варьируется в пределах 4–12 мм. Прочность соединения зависит как от размеров, так и структуры этих точек, определяемых силой и временем протекания сварочного тока, свойствами электродов и поверхностей деталей, усилием сжатия.
2 Особенности работы аппаратов точечной сварки
В зависимости от условий соединения деталей и мощности аппарата процесс точечной сварки характеризуется:
- малым временем протекания – от 0,01 до нескольких секунд;
- низким напряжением, подаваемым в сварочную цепь – обычно 2–3 В, может быть 1–10 В;
- большими величинами сварочного тока – как правило от 1000 А и более;
- значительным сжимающим усилием, приложенным к месту сварки - от десятков до сотен килограмм;
- малой зоной расплавления.
Различают два режима сварки:
- мягкий;
- жесткий.
Первый характеризуется плавным нагревом изделий при большей, чем во время жесткого режима, продолжительности сварки и меньших значениях протекающего тока. Длительность подачи сварочного импульса обычно составляет 0,5–3 секунды. Этот режим применяют для деталей из стальных сплавов, склонных к закалке. Помимо этого, в основном именно его используют для соединения изделий в домашних условиях, потому что в этом случае сварочный аппарат точечной сварки может иметь мощность более низкую, чем при жестком режиме. Преимущества мягких процессов по сравнению с жесткими:
- меньшие мощность потребления и нагрузка на сеть;
- менее мощные, а благодаря этому и более дешевые аппараты, необходимые для соединения изделий;
- уменьшение закалки области сварки.
Жесткий режим по сравнению с мягким характеризуется меньшей продолжительностью (обычно 0,08–1,5 с), более высокими величинами силы тока и сжимающего усилия электродов. В основном его используют для сварки сплавов из меди, алюминия и с высокой теплопроводностью, (позволяет сохранить их коррозионную устойчивость), а также деталей из разнородных материалов и неравной толщины. Преимуществами жестких режимов являются уменьшение времени и повышение производительности сварки. К недостаткам относят:
- повышенную потребляемую мощность;
- высокие нагрузки на сеть;
- сварочные машины большой мощности.
Точечная сварка получила наибольшее применение для соединения внахлест, причем обычно листовых материалов, реже используется при работах с стержневыми деталями.
Диапазон толщин изделий, свариваемых ею, варьируется от 0,02 мкм для тончайших деталей электронных приборов до 20 мм у листов металлоконструкций в судо-, автомобиле-, самолето-, машиностроении и иных промышленных отраслях. Ее преимуществами являются:
- высокая экономичность;
- отсутствие необходимости в расходных материалах (присадочных, электродах, флюсах и прочих);
- механическая прочность и надежность точечных швов;
- простота и удобство эксплуатации сварочного оборудования;
- минимальные остаточные деформации;
- аккуратность соединения;
- высокая производительность и возможность автоматизации работ (машина точечной сварки в составе автоматизированной линии способна выполнять до 600 точечных швов в минуту).
Существенный недостаток – невозможность получения герметичного сварочного шва.
3 Виды оборудования для проведения точечной сварки
Существующие аппараты в основном различаются родом подаваемого сварочного тока и формой его импульса, производимых их электрическими силовыми контурами. Исходя из этих параметров все оборудование подразделяют на нижеследующие виды:
- аппараты для сваривания переменным током;
- машины низкочастотной сварки;
- устройства конденсаторного типа;
- аппараты для сваривания постоянным током.
Всем типам оборудования свойственны свои преимущества и некоторые недостатки в техническом, технологическом и экономическом аспектах.
Аппарат точечной сварки переменным током получил наибольшее распространение. С помощью этих машин сварка осуществляется при рабочем напряжении, которое формируется из питающего напряжения электросети (220/380В) посредством сварочного трансформатора. Первичная обмотка трансформатора подключается к сети с помощью тиристорного модуля, который также обеспечивает длительность подачи электропитания, необходимую для формирования нужного сварочного импульса. Модуль позволяет не только задавать продолжительность времени работы сварки, но и управлять формой подаваемого токового импульса за счет регулирования процесса открытия тиристоров.
Вторичная обмотка, которая через электроды подсоединяется к деталям, может быть составной, выполненной из нескольких обмоток. Производя их подключение друг с другом в различном сочетании, можно изменять коэффициент трансформации, тем самым получая на рабочем выходе аппарата разные значения сварочного тока и напряжения. Помимо тиристорного модуля и силового трансформатора оборудование для точечного сваривания переменным током оснащено комплектом вспомогательных устройств – панель управления, источник питания схемы управления, логические контроллеры, реле и прочее.
Машины низкочастотной сварки и постоянным током по конструкции и принципу работы аналогичны аппаратам переменного тока. Устройства для сваривания постоянным током оснащены преобразователем переменного напряжения в постоянное.
4 Устройства точечной сварки конденсаторного типа
В устройствах конденсаторного типа электрическая энергия сначала относительно медленно аккумулируется в конденсаторе, когда осуществляется процесс его зарядки, после чего происходит очень быстрое ее расходование, сопровождающееся генерированием сварочного импульса с силой тока большой величины. Такой принцип работы позволяет проводить сварку, потребляя меньшую, чем при использовании обычных аппаратов, сетевую мощность. Это является основным преимуществом данного вида оборудования.
У конденсаторной сварки есть и другие достоинства:
- Расход энергии на каждое сварное соединение контролируется и постоянен (всегда равен величине, накопленной в конденсаторе), что обеспечивает стабильное качество результата.
- Сварка производится за очень малый промежуток времени (тысячные или сотые доли секунды) – обеспечивается концентрированное тепловыделение и минимизируется область термического воздействия. Это позволяет применять конденсаторную сварку для соединения металлов с высокой тепло- и электропроводностью (серебра, алюминиевых и , других), а также материалов, у которых теплофизические свойства резко отличаются.
Жесткая конденсаторная точечная микросварка применяется в радиоэлектронной промышленности.
5 Самодельная точечная сварка – основные принципы конструирования
При сборке простейших устройств контактной сварки, предназначенных для домашнего использования, нет острой необходимости производить точные расчеты всех параметров. Примерные значения сварочного тока, диаметра электродов, усилия сжатия и времени сварки можно взять из соответствующих таблиц. При этом следует понимать, что табличные данные являются немного завышенными (иногда заниженными, если речь идет о времени сварки) относительно тех, которые вполне подойдут для самодельных аппаратов, так как в домашних условиях наиболее востребованы мягкие режимы работы.
Прекрасная самодельная точечная сварка может получиться из микроволновки, инвертора, старенького ЛАТР. Во всех этих устройствах стоят мощные трансформаторы – основа собираемого оборудования. Переделки потребует вторичная обмотка, а первичная будет использоваться в качестве сетевой. Электроды должны быть из меди, диаметром в 2–3 раза больше толщины более тонкой свариваемой детали. Для соединения всех элементов аппарата необходимо использовать толстый многожильный медный провод в изоляции. Независимо от выбранной схемы устройства точечной сварки удобнее всего выключатель для него выполнить в виде педали. Провода, подводимые от реконструированного трансформатора к электродам, делают как можно более короткими.
