Технология контактной сварки известна уже давно. В настоящее время она незаменима в строительстве самолетов, автомобилей, судов, сельскохозяйственной и другой техники. Метод имеет особенности, которые заинтересуют не только специалистов.
Контактная сварка активно используется и в быту, и на производстве. Оборудование предназначено для соединения металлических заготовок под воздействием давления при высокой температуре. Результатом является прочное соединение металлических деталей и ровная поверхность готовой конструкции. Технология отлично показала себя при сваривании тонкостенных, листовых и прочих однотипных материалов.
Что такое контактная сварка
Контактная сварка – это технологический процесс соединения металлических заготовок посредство воздействия высокой температуры и давления. Нагрев достигается за счет сопротивления материалов электрическому току, который проходит через них, а давление обеспечивают специальные механизмы. Применяется технология преимущественно в промышленности и серийном производстве продукции.
Немного истории
Первый случай использования контактной сварки был зафиксирован документально. Это в 1856 году сделал Уильям Томсон – английский физик. Независимо от его исследований другой ученый – американец Элиу Томсон разработал и внедрил на производстве стыковую сварку. В это же время и в том же году известный российский изобретатель Николай Николаевич Бенардос предложил варианты точечного и шовного сваривания металлических заготовок.
Для практической реализации технологии в то время использовались специальные клещи, имеющие в своей конструкции угольные электроды. К ним подавался электрический ток. Далее заготовки в виде двух металлических пластин укладывались одна поверх другой и прижимались клещами. Проходящий через заготовки ток был достаточно большой силы, чтобы нагреть обе пластинки до нужной температуры, при которой образуются сварные точки.
Элиу Томсон после ряда удачных экспериментов и получения стабильного результата в 1886 году обратился за получением патента на контактную сварку. Это был инновационный способ соединения металлов при помощи электричества. Его описание уточняло, что «металлические предметы должны соприкасаться теми местами, которые предполагается сваривать. Через них проходит огромной силы ток – до 200 тысяч ампер. При этом его величина напряжения составляет всего лишь 1-2 вольта. В месте соприкосновения металл греется сильнее из-за высокого сопротивления. В это время заготовки нужно сжимать и место сварки часто ковать. После остывания заготовки будут хорошо сваренными.» Данный метод в то время называли «безогненной сваркой» или электрической ковкой».
Практическое применение технологии нашлось сразу же. Она была задействована для соединения проводов телеграфной связи. Но это было только начало продвижения. Элиу Томсон продолжал исследования, комбинируя гидравлические системы сжатия и воздействие электрического тока на соединяемые заготовки. Благодаря этому вскоре технология стала использоваться в авиастроении, в частности, для производства самолетных двигателей.
В 1928 году компания Stout Metal Airplane впервые задействовала оборудование точечной сварки на конвейере по обработке дюралюминия. А уже в тридцатых годах прошлого столетия в Соединенных Штатах были проведены первые испытания в области контактной сварки деталей из легкоплавких материалов, а также их сплавов. методы работы в дальнейшем применялись известными авиастроительными компаниями – Douglas, Boeing и Sikorsky Aircraft.
Оборудование и технология контактной сварки
Подготовка поверхности
Существуют различные методы предварительной обработки поверхности заготовок. Полный набор состоит из таких манипуляций: удаление оксидных или других видов пленок, обезжиривание, нейтрализация среды, пассивирование, промывка, сушка и контроль состояния. Предварительная подготовка рабочей поверхности имеет большое влияние на конечное качество сварного соединения. Поэтому важно соблюдать следующие требования:
- поверхность соединяемых заготовок должна быть ровной, а плоскости совпадать по всей площади;
- в соединении двух деталей рабочими поверхностями должно обеспечиваться одинаковое сопротивление;
- цепь электрод-деталь должна обладать наименее возможным для материала сопротивлением.
Машины для контактной сварки
В работе применяются специальные контактные сварочные машины. Они бывают стационарными, подвесными или передвижными. По назначению – универсальными или специализированными. В зависимости от вида тока, протекаемого в сварочном контуре, аппараты делятся на два класса – постоянного и переменного тока. Также они отличаются способом сварки – точечная, рельефная, шовная или стыковая.
Для уменьшения сварочного тока сварочные машины комплектуются трансформаторами, которые понижают напряжение до уровня 1-15 вольт в сети. Используются электроды, выполненные из медного сплава. Мощность оборудование варьируется в диапазоне от 0,5 до 500 кВА, а усилие сжатия - 1-1000 кгс. Прижим обеспечивается за счет пружинного механизма или пневматического привода.
Независимо от уровня и предназначения машина для контактной сварки имеет несколько обязательных блоков: пневматической или гидравлической системы, контура охлаждения, механической и электрической части. Основные блоки, в свою очередь, делятся на несколько составляющих. Так, электрическая часть включает сварочный трансформатор, регулятора цикла сварки, прерывателя цепи. Регулятор обеспечивает последовательность выполнения манипуляций, своевременное начало и окончание как всего цикла, так и его отдельных операций.
Для улучшения качества и увеличения скорости работ, вы всегда можете воcпользоваться нашими верстаками собственного производства от компании VTM.
Механическая часть включает разны элементы в зависимости от типа установки. Так, точечные машины имеют только привод сжатия, тогда как шовные, помимо этого, включают и привод вращения роликов. Стыковой сварной аппарат комплектуется приводом зажатия и осадки свариваемых заготовок.
В состав пневмогидравлической системы входят лубрикаторы для смазки подвижных механизмов и фильтры, вместе составляющие группу предварительной подготовки. Есть элементы регулирования – клапаны, манометры, редукторы, а также узлы подвода воздуха – штуцера, клапаны, краны и вентили.
Система водяного охлаждения состоит из нескольких элементов. В нее входят штуцера приемной и разводящей гребенки, полости водяного контура в трансформаторе и вторичной обмотке; реле, вентили и шланги.
Стыковые машины включаются кнопками на щитке управления, а точечные и шовные – при помощи педали. Помимо этого, предусмотрены элементы контроля над сжатием электродов, подачей и отключением тока, работой регулятора сварочного цикла, вращением роликов, зажиганием деталей.
Электроды для контактной сварки
Электроды замыкают вторичный контур сварки, что приводит к повышению температуры и свариванию заготовок. Перемещение деталей при шовной сварке происходит при участии прижимных роликов. Они помимо этого, необходимы для того, чтобы прижимать соединяемые поверхности, удерживать их в процессе нагрева и усадки.
При контакте электроды сильно нагреваются и достаточно быстро изнашиваются. Поэтому к ним предъявляются высокие требования в плане устойчивости к высоким температурам и сопротивляемости на сжатие, которое достигает 5 кг на квадратный миллиметр. Производятся расходные материалы из бронзы и меди. форма электродов подбирается максимально близкой к рельефу поверхности заготовок, которые свариваются. Для аппаратов шовного типа они производятся в виде дисков.
Дефекты и контроль качества
Насколько прочным получится соединение, выполненное контактной сваркой, во многом определяется качеством подготовительных работ и выбором режима работы. Основной показатель шовной и точечной сварки – размер ядра соединения. Этот показатель должен находиться в пределах трех толщин самого тонкого свариваемого листа. Заготовка должна плавиться на не менее чем на 20 и не более чем на 80% своей толщины. В случае нарушения этих параметров образуется брак – непровар металла в первом случае и его прожиг – во втором.
Контроль над качеством сварного соединения осуществляется визуальным осмотром или с помощью специальных технических средств из списка неразрушающего контроля. Технический способ определения брака чаще всего необходим для обнаружения непроваров, которые при первичном осмотре определить очень сложно. Наиболее эффективна ультразвуковая диагностика. При однородном и качественном сварном соединении ультразвуковые излучения не отражаются и не слабеют.
При необходимости применяются и разрушающие методы определения брака. Они применяются выборочно. В контрольных образцах измеряется диаметр литого ядра, полученного с помощью точечной или шовной сварки.
Виды контактной сварки
Точечная
Сварочный процесс характеризуется тем, что соединяемые детали могут привариваться одновременно не только в одной, но и в нескольких точках. Прочность соединения определяется структурой и диаметром точки. Эти показали напрямую зависят от размера электрода, формы его контактирующей поверхности; состояния заготовок, прилагаемого усилия на сжатие, силы тока и времени его воздействия на металл.
При помощи аппаратов точечной сварки реально за одну минуту создавать до шестисот сварных соединений. Технология наиболее эффективна для соединения тонких листовых деталей. Применяется она для сваривания заготовок со стенками толщиной до 20 мм. Метод широкой используется в создании разной техники. Он востребован в самолетостроении, производстве и ремонте автомобилей; судостроении и изготовлении сельскохозяйственной техники. Часто используется и в других отраслях, в частности в строительстве.
Рельефная
Подобно точечной технология предполагает возможность одновременного соединения заготовок в нескольких местах. Отличается наличием специально подготовленных рельефных выступов. Прочность контакта во многом определяется формой заготовок в месте их соединения. Форма электрода при этом не влияет на конечный результат. Рельеф заготовок подготавливается заранее с помощью прессовальной техники или иным способом. Он может формироваться как на одной, так и на обеих деталях.
В автомобилестроении рельефная сварка применяется для установки кронштейнов. Самый простой пример – это крепления скоб к автомобильному капоту. Другой наглядный вариант использования технологии – установка петель на двери. В радиотехнической промышленности метод сварки востребован для крепления проводки к тонким элементам деталей схемы.
Шовная
Соединение заготовок выполняется при помощи шва, состоящего из нужного количества литых участков или сварных точек. Для получения герметичного шва сварочные соединения располагаются максимально близко. Шовная сварка точно так же представляет собой большое количество сварных точек, которые частично перекрывают дуг друга.
Выполняется операция на специальных станках для шовной сварки, оснащенными дисковыми электродами-роликами, которые вращаются. Не менее важная их задача заключается в том, чтобы прокатывать и прижимать свариваемые поверхности. Для таких работ подходят листы толщиной 0,2-3 мм. Применяется технология в производстве разного рода герметичных резервуаров.
Стыковая
Заготовки соединяются по всей плоскости их соприкосновения под воздействием высокой температуры, вызывающей плавление кромок. Способ выполнения стыковой сварки выбирается в зависимости от ряда показателей – марки металла, требований по качеству сварного соединения, площади сечения соприкасаемых поверхностей. Существует несколько методов, любым из которых можно выполнить работы: оплавлением с подогревом, постоянным оплавлением без перерывов, сопротивлением.
Последний способ используется для соединения заготовок с площадью сечения до 200 квадратных миллиметров. На практике оно востребован для соединения стержней, проволоки и труб малого сечения, изготовленных из низкоуглеродистой стали.
Сварка оплавлением подходит для работы с заготовками сечением до 100000 мм кв. В эту категорию материалов попадают магистральные трубопроводы, стыки металлоконструкций из профиля, арматура для строительного бетона и множество других конструктивных элементов. Технология востребована в создании железнодорожных безстыковых путей, любых других длинномерных конструкций из разных материалов. в кораблестроении с ее помощью создаются якорные цепи; теплообменники для судов-рефрижераторов. Если необходимо восстановить целостность режущего или сверлильного инструмента, то данный метод сварки подходит как нельзя лучше.
Другие процессы
К разновидности контактной относится импульсная сварка. Дуга горит постоянно, даже в промежутках между импульсами тока, не оказывая при этом сколь-нибудь существенного влияния на глубину плавления материала. Основной сварочный ток дополняется импульсами, обеспечивающими глубокое и качественное соединение металлических заготовок. Помимо одинарного разработан также метод двойного модулированного импульса тока. Благодаря модуляции можно управлять формой импульсов, что необходимо для мелкокапельного переноса металла при сварке.
Одним из достоинств импульсной сварки является стабильное горение дуги, маловероятно образования кратеров в точках сварки, участки перекрытия в сварном шве минимальны. Импульсная сварка используется для соединения различных марок стали, цветных металлов, включая медные, алюминиевые, никелевые сплавы, а также титана. Толщина заготовок может варьироваться в диапазоне от 1 до 50 миллиметров.
Преимущества и недостатки
Контактная сварка часто используется для соединения нержавеющей стали и других металлов, в том числе цветных. Широкое распространение технологии в разных областях хозяйствования обусловлена большим перечнем достоинств:
- Метод дает возможность быстро выполнить необходимый объем работы.
- Контактная сварка позволяет сформировать ровный и в тоже время прочный шов.
- На создание одной сварочной точки уходит порядка десятой доли секунды. Опытный специалист за минуту рабочего времени может создать до 600 таких точек, а это уже приличный шов.
- Технология не требует применения расходных материалов – электродов, присадочной проволоки, флюса или инертного газа. В результате себестоимость единицы сварного соединения существенно снижается.
- Металл деформируется только в местах формирования точек сварного соединения. Готовая конструкция получается ровной, без видимых дефектов поверхности.
- Работа характеризуется простотой и не требует высокой квалификации сварщика. С ней могут справиться специалисты среднего уровня и даже новички.
- Контактные электроды обладают длительным сроком службы и мало изнашиваются.
- Метод считается наиболее безопасным по сравнению с другими, поскольку при работе нет открытого пламени. Риск возгорания небольшой.
- Контактная технология является экологически чистой. Ее влияние на окружающую среду и здоровье специалиста несущественно.
Тем не менее существует ряд недостатков, которые необходимо учитывать при работе с контактной точечной сваркой:
- оборудование стоит немалых денег и назвать его массовым нельзя;
- требуется высокая сила тока – свыше 1000 ампер. Это значит, что необходимо подключаться к мощным линиям энергоснабжения;
- герметичность швов, выполненных контактным способом, не такая высокая, как у соединений, сделанных электродами;
- необходимо внимательно следить за напряжением. Оно не должно быть высоким.
Обозначение на чертежах
В некоторых случаях для выполнения работы может понадобиться чертеж либо другие графические материалы. Они должны передать специалисту информацию о важных критериях и основных параметрах будущего соединения. Пример такой схемы:
Из нее опытный сварщик сразу может выделить несколько явных моментов:
- видимый шов обозначается сплошной линией;
- штрих-пунктир обозначает невидимое сварное соединение;
- знаком плюс маркируется видимая сварная точка;
- невидимые сварные точки на схеме не обозначаются.
Контактная точечная сварка чаще всего востребована на производственных участках. Технология позволяет быстро создавать прочные сварные соединения. Она широко используется в судо-, самолето- и машиностроении. Способ подходит для работы с металлами разного состава, в том числе и с нержавейкой. Он характеризуется высокой безопасностью и экологичностью. Но перед началом работ необходимо определиться с оптимальной силой тока и убедиться, что подводящие линии энергоснабжения смогут обеспечить нужные параметры.
