Конденсаторная сварка: виды и особенности

О чем речь? Метод конденсаторной сварки изобрели более 80 лет назад, но он не утратил популярности и в наши дни. При помощи этой технологии соединяют небольшие металлические элементы. Начинающие сварщики ценят конденсаторную сварку за легкость применения.

На что обратить внимание? В зависимости от типа деталей используется один из трех видов конденсаторной сварки. Применение сварочной технологии предусматривает соблюдение ГОСТа и техники безопасности.

Суть конденсаторной сварки

Конденсатор – это главный элемент сварочного оборудования, который служит для накопления энергии. Плавление происходит таким образом: 2 детали, предназначенные для соединения, закрепляются специальными клещами или электродами сварочной машины. Затем через них проходит сильный импульс тока. В точке соприкосновения деталей материал нагревается до высокой температуры и плавится. Кристаллизация металла и образование сварного соединения происходит после того, как ток перестает поступать, а заготовки сжимаются между электродами.

Больше всего конденсаторная сварка используется для приварки крепежей: штифтов, шпилек, болтов к тонким металлическим листам. Используя аппарат конденсаторной сварки, можно приваривать метизы разными способами.

Виды конденсаторной сварки

Любые сварочные технологии применяются для соединения различных видов деталей. Перед тем как приступить к работе, необходимо правильно выбрать метод сварки. Если ошибиться с этим, качество сварного шва будет ниже. Описание видов и способов конденсаторной сварки представлено далее.

Точечный способ

Конденсаторная точечная сварка используется в приборостроении и радиоэлектронике. Точечный способ подходит для сварки деталей с разной толщиной. Формирование шва происходит под действием тока, импульсы которого быстро расплавляют металлические детали. Технология точечной сварки несложна в исполнении и универсальна.

Конденсаторная точечная сварка состоит из следующих этапов:

• Подготовка деталей. Зачистка поверхностей от ржавчины, масел и пыли.
• Фиксация и установка элементов между контактами.
• Запуск аппарата, формирование первой сварочной точки, завершение работы с отведением электродов.
• Установка стержня, подача тока, соединение элементов в другой точке. Продолжение сварочных работ до необходимого результата.

Роликовый метод

Роликовый метод по-другому называют шовным. Он представляет собой выполнение непрерывного ряда из сварных точек, которые перекрывают друг друга. Шов формируется при помощи токопроводящих электродов в виде роликов при прокатке наложенных внахлест заготовок.

Соединение получается герметичным и не пропускает грязь и влагу. Принцип и этапы работы такие же, как и в точечном методе, за исключением того, что точки частично перекрывают друг друга, а не расположены на расстоянии. Роликовый метод применяют при изготовлении баков, канистр, сосудов и прочих различных емкостей.

Стыковая технология

Данный способ значительно отличается от двух методов, описанных выше. При помощи электрического разряда расплавляют торцевые части элементов, а не поверхность. После они подлежат стыковке с надежным соединением. Данный способ конденсаторной сварки металлов считается наиболее сложным.

При медленном приближении деталей, на которые подается ток, получается сварка оплавлением. В зонах соприкосновения поверхностей возникает взрывное оплавление из-за высокой плотности тока.

Путем сдавливания заготовок образуется шов, а магнитное поле выталкивает кипящий металл. Конденсаторная сварка алюминия, меди, углеродистых сталей производится таким же методом.

Предварительная подготовка мест контакта обязательна. Простые заготовки сращивают прижиманием друг к другу и пропусканием через них электрических импульсов. На завершающем этапе в месте соприкосновения металлы становятся пластичными и осаждаются.

Требования нормативов и ГОСТ

В нашей стране приняты стандарты и нормативные акты, регламентирующие процесс конденсаторной сварки. ГОСТ содержит следующие основные правила:

1. Длительность кратковременных импульсов тока не должна быть больше пяти миллисекунд.
2. Перерыв для восстановления заряда для следующей подачи тока должен быть коротким, тогда у оборудования есть возможность быстрого восстановления.
3. Установка проводников происходит таким образом, чтобы надежно зафиксировать листы. Требуется обеспечить возможность их быстрого отсоединения.
4. Толщина медных стержней не должна быть больше параметра самого тонкого места элемента более чем в три раза.
5. Следы коррозии, жир, ржавчина, пыль и прочие загрязнения на деталях очищаются перед началом сварочных работ.
6. Самодельное оборудование работает бесперебойно исключительно при использовании двух источников питания. Для любых технологий работы должна быть предусмотрена регулировка величины потока.
7. Для сварщика должны быть подготовлены средства индивидуальной защиты.

Использование омедненной проволоки – удачный вариант электродов для конденсаторной сварки.

Заниматься самостоятельно конденсаторной точечной сваркой можно только при условии сборки аппарата с 2 блоками. Первый будет источником сварного импульса, а второй – сварочным блоком. Не менее важным является возможность регулировки защиты и сварочных режимов, которые необходимо предусмотреть.

Читайте также: «Как правильно варить электродом: инструкция и советы»

Правила безопасной работы с аппаратом конденсаторной сварки, следующие:

• Надеть специальную маску, чтобы защитить глаза от искр.
• Приступать к работе только в защитном комбинезоне и перчатках (они обезопасят кожу рук и тела от ожогов).
• На ноги надеть ботинки, подошва которых должна быть из плотного материала (в них пальцы и ступни при сварочном процессе не повредятся).

Сварочные конденсаторные аппараты

Есть 2 вида аппаратов конденсаторной сварки. Первый – с разрядом накопителей энергии на свариваемых элементах. Зачастую он используется в ударно-конденсаторной сварке. Второй вид – с разрядом от вторичной обмотки трансформатора, используется для создания качественного шва.

Детали соединяются благодаря ударно-конденсаторной аппаратуре, одновременно с ударом электрода. В результате удара происходит плотное прилегание элементов друг к другу. Конденсатор разряжается и создает микродугу, которая нагревает метизы до температуры плавления металлов. Затем происходит прочное соединение элементов.

В трансформаторном способе сварки конденсатор заряжается, после чего подключается к первичной обмотке понижающего трансформатора. При этом на вторичной обмотке создается потенциал с меньшей амплитудой. Детали свариваются одновременно с разрядом. Конденсатор снова заряжается и передает энергию первичной обмотке трансформатора. Благодаря этому можно производить длительные серии сварок с частотой до пяти разрядов в секунду, которые создают прочные высокоточные сварочные швы.

Сферы применения конденсаторной сварки

В 30-х годах XX века была разработана контактно-конденсаторная сварка. В настоящее время на промышленных предприятиях и в быту используют эту технологию для выполнения сварочных работ. В цехах кузовного ремонта транспортных средств данная технология особенно пользуется спросом. Конденсаторный метод отличается от дугового и не приводит к прожиганию и деформации тонких стенок деталей кузова, что позволяет избежать необходимости дополнительной рихтовки деталей, которые были соединены.

Аппараты конденсаторной сварки также используются в работе ювелиров при изготовлении и ремонте ювелирных украшений. Также они применяются на предприятиях, занимающихся выпуском лабораторного, медицинского, пищевого оборудования. Эта технология используется в радиоэлектронике для соединения изделий, не паяющихся обычными флюсами или ломающимися из-за перегрева. Широко применяется конденсаторная сварка шпилек, для чего существуют специальные аппараты.

Читайте также: «Способ сварки швов: обзор приемов и техник»

Популярность аппаратов конденсаторной сварки обусловлена следующими факторами:

• Сварочный аппарат можно собрать самостоятельно, так как его конструкция достаточно проста.
• Конденсаторная точечная сварка энергоемка и создает маленькие нагрузки на электросеть.
• Большие показатели производительности, что очень важно при серийном производстве.
• Можно сваривать элементы небольших размеров за счет снижения термического влияния на их поверхности, а также соединять элементы конструкций, имеющих тонкие стенки, которые могут деформироваться при обычной сварке.

Схемы конденсаторной сварки

В основе метода лежит принцип сварки деталей между двумя проводниками, металл элементов плавится под воздействием подаваемого на них электрического импульса, после чего происходит сжатие объектов под нагрузкой.

Сварочный процесс состоит из следующих этапов:

• Нужное количество энергии, подаваемое через первичную сеть, накапливается в конденсаторе.
• Происходит контакт электрода с металлом. Электрод передает ему импульс, который способствует нагреванию и расплавлению.
• Ток подается снова и формируется другая точка соединения.

Фиксация и перемещение стержней происходит при помощи контактного узла. В простой конструкции блока крепление стержней осуществляется вручную. В более сложных вариантах нижний стержень фиксируется, а верхний остается подвижным. Готовая конструкция выглядит как тиски и используется для закрепления тонкого и короткого медного прута. Он должен свободно перемещаться в вертикальной плоскости. Для регулировки давления в верхней части устанавливается винт.

Фиксацию двух сварных электродов и их перемещение обеспечивает контактный блок конденсаторной сварки. Схема конденсаторной сварки ударного типа достаточно проста.

Чтобы фиксация нижнего стержня была надежной, используется более качественный вариант, позволяющий оставить верхний стержень подвижным. Закрепление верхнего медного прута происходит таким образом, чтобы он свободно мог двигаться в вертикальной плоскости, а нижний стержень остался неподвижным.

Читайте также: «Сварка металла разной толщины»

Кроме того, регулятор винтового типа, который позволит создавать дополнительное давление, можно установить на верхней части. Основание энергоблока и верхняя площадка должны быть изолированы друг от друга. В некоторых моделях есть фонарь, что обеспечивает более комфортную работу.

При разработке и сборке конденсаторной сварки своими руками нужно иметь в наличии следующие детали:

• Конденсатор (емкость 1000-2000 мкФ, мощность 10 В, напряжение 15 вольт).
• Трансформатор необходимого размера (7 см, произведенный из сердечника типа Ш40).
• Первичная обмотка (из 300 витков провода, диаметров 8 мм).
• Вторичная обмотка (из 10 обмоток медной шины).
• Пусковик серии МТТ4К, который включает параллельные тиристоры, диоды и резистор.

Различают следующие схемы конденсаторной сварки:

1. Бестрансформаторная ударная сварка, в ней конденсаторы подключаются к стыкуемым деталям. Их разряд происходит в момент ударной встречи заготовок и провоцирует оплавление торцов. Затем после осадки происходит соединение заготовок.
2. Конденсаторная сварка с трансформатором, которая подразумевает переход разряда конденсаторов на первичную обмотку сварочных трансформаторов. Во вторичной цепи таковых находятся заготовки, которые заранее зажаты электродами.

Для зарядки на 1 кВ применяется трансформаторная схема, включающая повышающий трансформатор и диодный мост, конденсаторы на 1000 мкФ. Разряд накопленного заряда осуществляется через вторичную обмотку понижающего трансформатора в месте соединения заготовок.

Длительность разряда в сварочном аппарате точечной сварки составляет 1 мс, а достигаемый ток – 6000 А. После зарядки блока конденсаторов они подключаются к первичной обмотке понижающего трансформатора с помощью переключателя. При замкнутых электродах на соединяемых заготовках во вторичной обмотке индуцируется электродвижущая сила, вызывающая огромные токи.

От состояния электродного блока напрямую зависит качество сваривания. Для фиксации и прижатия контакторов можно использовать один из простых вариантов – зажимы. Однако более надежная конструкция предполагает неподвижность нижнего электрода, в то время как верхний может прижиматься к нижнему при помощи рычага. Он выглядит как медный пруток, который закреплен к любому основанию. Диаметр прутка составляет 8 мм, а длина 10-20 мм.

Часто задаваемые вопросы о конденсаторной сварке

Какие проблемы чаще всего возникают при конденсаторной сварке?

При конденсаторной сварке метизов могут встречаться следующие недостатки:

• Изменение химических и физических свойств участков металла, прилегающих ко шву.
• Соединение может быть прерывистым.
• Смещение ядра по отношению к стыкам элементов, отклонение параметров литой области от нормальной.

В чем плюсы конденсаторной сварки?

Преимущества контактно-конденсаторной сварки:

• Высокая скорость. Сварочное соединение можно получить за несколько тысячных долей секунды (от 0,0001 до 0,003).
• Экономичность. Затраты электроэнергии небольшие (диапазон потребляемой мощности от 0,2 до 2 кВт).
• Аккуратность. На лицевой стороне листа нет следов от сварки, что сохраняет хороший внешний вид готового изделия.
• Возможность сварки тонких листов металла. Их толщина может быть и десятые доли миллиметра – от 0,6 мм.
• Простота. Работать с аппаратом для конденсаторной сварки может человек без опыта, имеющий лишь общие технические навыки и представление о процессе. Чтобы получить сварочное соединение, нужен доступ только к одной стороне детали, что делает работу более легкой.
• Экологическая безопасность. В отличие от других методов, конденсаторная сварка не оказывает негативного влияния на окружающую среду. В аппаратах конденсаторной сварки нет охлаждающей жидкости, поэтому охлаждать наконечники электродов не придется.

Для каких конструкций чаще всего используют конденсаторную сварку?

Эта технология используется во многих отраслях промышленности. С помощью нее производят:

• пищевое и медицинское оборудование;
• корпусы электронной аппаратуры;
• каркасы для сооружений из стекла и конструкции из металла.

Используя конденсаторную сварку, можно получить малозаметные и крепкие швы, что затруднительно при применении других технологий. Важно правильно подобрать качественные материалы и инструменты для проведения сварочных работ. Также необходимо соблюдать технику безопасности во избежание возгорания или удара током.