Контактная сварка

Способы подготовки поверхностей различны. В наиболее полном виде они включают несколько последовательных операций: обезжиривание, удаления исходных, в основном оксидных, плёнок, пассивирование, нейтрализацию, промывку, сушку, контроль

Основные требования при подготовке поверхности для контактной сварки:

• обеспечить минимальное сопротивление цепи электрод-деталь;
• в цепи деталь-деталь сопротивление должно быть одинаковым по всей площади контакта;
• сопрягаемые для сварки поверхности деталей должны быть ровными с совпадающими плоскостями[4].

Установка для контактной точечной сварки

Контактная сварка осуществляется на контактных сварочных машинах, которые бывают стационарными, передвижными и подвесными, универсальными и специализированными. По роду тока в сварочном контуре могут быть машины переменного или постоянного тока от импульса тока, выпрямленного в первичной цепи сварочного трансформатора или от разряда конденсатора. По способу сварки различают машины для точечной, рельефной, шовной и стыковой сварки[3]. Сварочный трансформатор машины понижает напряжение сети до 1—15 вольт. Для сжатия деталей и подвода тока силой 1—200 кА служат электроды из сплавов меди. Мощность машин 0,5—500 кВА. Усилие сжатия 0,01—100 кН (1—10000 кгс) создаётся пневмогидроприводом или рычажно-пружинным механизмом. Ток длительностью от 0,01 до 10 секунд включается контакторами с электронным управлением[5].

Любая машина для контактной сварки состоит из электрической и механической частей, пневмо- или гидросистемы и системы водяного охлаждения. Электрическая часть в свою очередь состоит из сварочного трансформатора, прерывателя первичной цепи сварочного трансформатора и регулятора цикла сварки, обеспечивающего заданную последовательность операций цикла и регулировку параметров режима сварки. Механическая часть состоит из привода сжатия (точечные машины), привода сжатия и привода вращения роликов (шовные машины) или из приводов зажатия и осадки деталей (стыковые машины). Пневмогидравлическая система состоит из аппаратуры подготовки (фильтры, лубрикаторы, которые смазывают движущиеся части), регулирования (редукторы, манометры, дросселирующие клапаны) и подвода воздуха к приводу сжатия (электропневматические клапаны, запорные вентили, краны, штуцера). Система водяного охлаждения включает в себя штуцера разводящей и приемной гребёнок, охлаждаемые водой полости в трансформаторе и вторичном контуре, разводящие шланги, запорные вентили и гидравлические реле, отключающие машину, если вода отсутствует или её мало. Точечные и шовные машины включаются с помощью ножной педали с контактами, стыковые — с помощью комплекта кнопок. С органов управления поступают команды на сжатие электродов или зажатие деталей, на включение и отключение сварочного тока, на вращение роликов, на включение регулятора цикла сварки.[3].

Через электроды для контактной сварки происходит замыкание вторичного контура сварки. Электроды ролики при контактной шовной сварке перемещают свариваемые детали. Они также удерживают детали в процессе их нагрева и осадки.

Поскольку электроды при контактной сварке быстро изнашиваются, к ним предъявляются требования по стойкости сохранения формы при нагреве до 600 градусов и ударных усилиях сжатия до 5 кг/мм2.

Электроды изготовляют из меди и бронзы (хромоциркониевая бронза БрХЦрА; кадмиевая бронза БрКд1; хромистая бронза БрХ и др).

Электроды для рельефной сварки делают близкими по форме к изделию, для шовных машин — в форме дисков.

Качество сварных соединений, выполненных контактной сваркой, зависит от правильной подготовки поверхности деталей и выбора режимов сварки. К основным показателям качества точечной и шовной сварки относится размер ядра сварной точки, который должен быть равен трём толщинам S самого тонкого свариваемого листа. Глубина проплавления должна находиться в пределах 20…80 % S. Выход за эти пределы приводит к непроварам или выплеску металла.

Дефекты сварки контролируются как осмотром, так и любыми доступными методами неразрушающего контроля. Особенностью контроля соединения при контактной сварке является сложность обнаружения непровара, который не выявляется вследствие прижатия контактов друг к другу. В месте контакта электромагнитные излучения и ультразвук не отражаются и не ослабляются. Одним из способов выявления дефекта является разрушение контрольных образцов. При отсутствии непровара разрушение проходит по целому металлу одной из деталей. При этом измеряется диаметр литого ядра, выполненного точечной или шовной сваркой.

Точечная контактная сварка

Точечная контактная сварка — сварочный процесс, при котором детали соединяются в одной или одновременно в нескольких точках. Прочность соединения определяется размером и структурой сварной точки, которые зависят от формы и размеров контактной поверхности электродов, силы сварочного тока, времени его протекания через заготовки, усилия сжатия и состояния поверхностей свариваемых деталей. С помощью точечной сварки можно создавать до 600 соединений за 1 минуту[5]. Применяется для соединения тончайших деталей (до 0,02 мкм) электронных приборов, для сварки стальных конструкций из листов толщиной до 20 мм в автомобиле-, самолёто- и судостроении, в сельскохозяйственном машиностроении и других отраслях промышленности[5].

Рельефная сварка — сварочный процесс, при котором детали соединяются в одной или одновременно нескольких точках, имеющих специально подготовленные выступы-рельефы. Этот способ аналогичен точечной контактной сварке. Главное отличие: контакт между деталями определяется формой их поверхности в месте соединения, а не формой рабочей части электродов, как при точечной сварке. Выступы-рельефы заранее подготавливаются штамповкой или иным способом и могут присутствовать на одной или обеих свариваемых деталях.

Рельефная сварка применяется в автомобилестроении для крепления кронштейнов к листовым деталям (например, для крепления скоб к капоту автомобиля, для крепления петель для навески дверей к кабине); для соединения крепежных деталей — болтов, гаек и шпилек. В радиоэлектронике применяется для присоединения проволоки к тонким деталям[6].

Шовная сварка — сварочный процесс, при котором детали соединяются швом, состоящим из ряда отдельных сварных точек (литых зон), частично перекрывающих или не перекрывающих одна другую. В первом случае шов будет герметичным. Во втором случае шовная сварка выполненная отдельными точками без перекрытия практически не будет отличаться от ряда точек, полученных при точечной сварке. Процесс шовной сварки осуществляется на специальных сварочных станках с двумя (или одним[7]) вращающимися дисковыми роликами-электродами, которые плотно сжимают, прокатывают и сваривают соединяемые детали. Толщина свариваемых листов колеблется в пределах 0,2—3 мм[7][8]. Применяется при изготовлении различных ёмкостей, где требуются герметичные швы — бензобаки, трубы, бочки, сильфоны и др.

Стыковая сварка — сварочный процесс, при котором детали соединяются по всей плоскости их касания, в результате нагрева. В зависимости от марки металла, площади сечения соединяемых деталей и требований к качеству соединения стыковую сварку можно выполнять несколькими способами: сопротивлением, непрерывным оплавлением и оплавлением с подогревом.

Сварка сопротивлением используется для соединения деталей с площадью сечения до 200 мм²[9]. Применяется в основном при сварке проволоки, стержней и труб из низкоуглеродистой стали относительно малых сечений[6].

Пример сварного шва выполненного на разных ленточных пилах на машине контактно-стыковой сварки оплавлением FBWM-60

Сварка оплавлением используется для соединения деталей с площадью сечения до 100000 мм²[9], таких как трубопроводы, арматура железобетонных изделий, стыковые соединения профильной стали, ленточные пилы. Применяется для соединения железнодорожных рельсов на бесстыковых путях, для производства длинноразмерных заготовок из сталей, сплавов и цветных металлов. В судостроении используется для изготовления якорных цепей, змеевиков холодильников рефрижераторных судов. Также сварка оплавлением используется в производстве режущего инструмента (например, для сварки рабочей части сверла из инструментальной стали с хвостовой частью из обычной стали)[6][9].

Одной из разновидностей контактной сварки является импульсная сварка, при которой дуга горит и в паузах между подаваемыми импульсами тока, не оказывая существенного влияния на глубину расплавления металла. На основной сварочный ток с частотой в несколько десятков герц накладываются дополнительные импульсы тока. Разработана также технология двойного импульса с модуляцией импульсов тока. Модуляция позволяет изменять формы импульса, углы наклона их фронта волны, что позволяет управлять мелкокапельным переносом металла при сварке[10].

Преимуществами импульсной сварки являются устойчивое горения дуги, устраняются кратеры из сварных точек, уменьшаются участки перекрытия в сварном шве.

Импульсная сварка применяется при сварке как разных марок сталей, так и алюминиевых, медных, никелевых сплавов и титана с толщинами заготовок от 1 до 50 мм[11].