Принципы работы и устройство контактных аппаратов для сварщиков

При соединении деталей внахлест обычный сварной шов положить невозможно. Для производства и ремонта тонкостенных деталей используют аппарат контактной сварки. Он соединяет элементы тонких деталей за счет точечного разогрева материала и соединения его с большой скоростью, без брызг, присадочного материала и шлака.

Технология

Свое название контактный сварочный аппарат получил за соединение при непосредственном взаимодействии электродов с поверхностью обрабатываемых деталей. Варочной ванны, как при других способах соединения деталей нет.

1. Электроды прижимаются с двух сторон к сложенным друг на друга деталям.
2. Электрический разряд с током от 3000 А и малым напряжением до 6 Вт за десятые доли секунды нагревает металл на очень ограниченном участке.
3. Края фигурно вырезанного электрода не дают горячему металлу растекаться и разбрызгиваться. Они создают границу соединения материалов.
4. Создается давление, под которым смешиваются разогретые металлы.

Контактный способ соединения листов высокопроизводительный, без образования брызг и шлака. Соединение происходит за счет соединения материала самих деталей, без присадочной проволоки и защитного слоя флюса или газа. Ток подается не постоянно, а импульсами.

Сфера использования

Контактная сварка применяется для тонких деталей, соединяемых внахлест и встык. Ее технология, применение и качество шва должны соответствовать ГОСТ 2601-84 пунктам с 36 по 43. Широко распространенный электродуговой нагрев создает высокие температуры и прожигает тонкий лист. Точечная технология позволяет соединять без перегрева низколегированные стали, алюминий, медь.

На  машинах точечной сварки соединение элемент о происходит с высокой скоростью и имеется  возможность параллельной работы сразу нескольких электродов. Их используют на конвейерах в приборостроении, автомобильной и авиационной промышленности, при создании различных атрибутов для строительства оград.

Сетку различных видов и фигурные изделия, цепи из колец и проволоки может сделать многоконтакный станок или целая линия аналогичного оборудования. С помощью контактной сварки соединяют элементы кузова машин, профили дверей и окон, прикрепляют ручки и другие фрагменты металлической посуды, создают различные приспособления для сельского хозяйства.

Аппараты для контактного соединения устанавливают в мастерских, где производят авторемонт, кузовные работы, восстанавливают бытовую технику. С помощью контактных электродов варится нержавейка, производится ремонт радиатора, восстанавливается аккумулятор.

Виды оборудования

По мощности оборудование делится на бытовое, работающее от сети 220 В с рабочим током от 3000 А, и промышленное, выдающее более 10000 А. Контактный сварочный аппарат по своей размерам и мощности может быть:

• стационарный;
• ручной;
• передвижной;
• подвесной;
• настольный;
• универсальный;
• промышленный специальный.

Каждый тип моделей может работать по различным технологиям, в зависимости от устройства.

Аппарат

Для соединения деталей используют роликовые электроды. Они скользят с двух сторон от свариваемых листов. Между ними возникает электрическая дуга, проходящая через металл, расположенный между ними. Одновременно поверхности роликов создают необходимое для соединения разогретого материала давление.

Контактная сварка роликами позволяет создавать непрерывное прочное соединение 2 тонких деталей. Шов может иметь любую конфигурацию.

Чтобы соединить тонкий лист и толстую деталь, используют один роликовый медный электрод со стороны заготовки меньшей толщины.

[stextbox id=’info’]Аппараты контактной непрерывной обработки устанавливают на массовое производство однотипных изделий. Они оправдывают затраты на их приобретение на конвейерах.[/stextbox]

Разновидностью контактной технологии неразъемного соединения  является точечная сварка. Для нее используют специальные электроды, разные по конфигурации в зависимости от конфигурации соединения. Расположение электродов аналогично роликам, с 1 или 2 сторон. Через них поступает на металл электрический ток, разогревая свариваемую точку. Одновременно происходит сжатие.

Многоточечная машина

Точечная сварка происходит со скоростью до 600 контактов в минуту. Многоточечный аппарат имеет несколько электродов, работающих от одного блока питания. Используют такие машины на производстве для массового создания однотипных изделий. В основном это соединение переплетений металлических решеток для ограждений и заборов, цепей, декоративных полос.

Настройка всех рабочих электродов производится с одного пульта. Заготовки подаются автоматически. Сварщикам на автоматизированных машинах точечной прессовой сварки остается только следить за процессом и периодически корректировать настройки.

Работа на переменном токе

Электрическая схема аппарата соединения переменным током наиболее простая. Она собрана из силового трансформатора и тиристоров. Электросхема, состоит из нескольких первичных обмоток. Она позволяет использовать как регулятор сварки переключение с одной обмотки на другую, изменяя коэффициент трансформации.

Если необходима прихватка для стыкового соединения контактной сваркой, инвертор работает в ручном режиме. Реле времени не управляет током. Он поступает в точку соединения, когда рука сварщика нажимает кнопку на аппарате или нога специальную педаль на полу. Накопленный на конденсаторе ток поступает через понижающий трансформатор на электроды.

Оборудование на конденсаторах

На блоке конденсаторов накапливается электрический заряд и в момент сварки подается через электроды на свариваемые детали в виде сильного разряда. Используется конденсаторная технология в основном в промышленных машинах контактной сварки, на которых устанавливается мощное оборудование по накоплению энергии между разрядами за доли секунды.

По типу образования шва конденсаторная сварка делится на виды:

• точечная;
• стыковая;
• шовная.

Точечной сваркой соединяются тонкие листовые детали с более толстыми или такими же. Электрод прижимается сверху, производится разряд с высоким током и малым напряжением для расплавления верхнего листа и части поверхности нижнего по малой площади контакта. Затем создается давление по периметру нагрева для спаивания металла листа с поверхностью нижней детали.

При стыковом соединении листы состыковываются плотно, без зазора. В точке сварки происходит быстрый нагрев до расплавления кромок и их соединение.

В шовной контактной сварке в отличие от других видов, вместо электродов применяют токопроводящие ролики. Они перемещаются вдоль линии соединения с 2 сторон соединяемых листов. Через равный промежуток времени между ними возникает дуга. Она прогревает оба листа и соединяет их посредством давления.

[stextbox id=’info’]Конденсаторная сварка позволяет экономно расходовать электроэнергию и работать от источников питания с низким напряжением.[/stextbox]

Недостаток технологии в оборудовании со сложными электрическими схемами, большим количеством конденсаторов и других деталей. Варить можно только тонкие листы толщиной до 2 мм.

Специальные электроды

У чистой меди высокая электропроводность и теплоотдача, но низкая твердость. Она хорошо, без брызг нагревает свариваемый металл в месте контакта, но теряет свою форму от прижатия. Электроды для точечной сварки делают их сплава меди с добавлением компонентов, повышающих ее прочность без снижения электропроводности:

• алюминий;
• бериллий;
• кадмий;
• магний.

Лучше всего упрочняет медь добавление магния и кадмия. Они почти не изменяют теплопроводность электродов.

В зависимости от места и формы соединения, подбираются электроды различной формы с закругленным наконечником или выборкой по торцу определенной формы.

[stextbox id=’info’]Начальник отдела передовых методов сварки, сварщик исследователь завода сварочного оборудования и оснастки Петрусевич Н. П.: «Состав сплава электрода контактной сварки выбирается по значению поверхностной температуры. Хромистая БР.Х08, кремненикелевая Бр.НК и кадмиевая Бр.Кд1 используются для роликовых электродов и легкой сварки 120⁰ – 200⁰C на поверхности. При температуре 250⁰ – 300⁰C на поверхности, которая возникает при соединении медных, алюминиевых листов и низколегированных среднеуглеродистых сталей, используют электроды из сплава меди марки МС и МК. Для высокоскоростной промышленной сварки в режимах 450⁰ – 500⁰C выбирают бронзы, легированные цирконием и хромом».[/stextbox]

Плюсы и минусы технологии

Группа сварочного оборудования, работающая по технологии контактной сварки, имеет ряд положительных качеств:

• не используются расходные материалы;
• нет брызг;
• малая остаточная деформация;
• аккуратное соединение;
• высокая производительность;
• экологичность;
• легко встраиваются в автоматические и полуавтоматические линии.

Для контактной сварки не нужны присадочная проволока, плавящиеся электроды и флюс или газ для защиты шва. Поскольку соединяемый материал прогревается изнутри, брызги отсутствуют. Края электрода прижимаются к поверхности и не дают шву растекаться.

Участок сварки имеет малую площадь. Детали не теряют своей формы и не требуют рихтовки. Медный и бронзовый электрод не выделяет вредных веществ, нет горящих и окисляющийся веществ.

С помощью контактной сварки можно варить с большой скоростью срезу несколько швов. Аппараты легко встраиваются в любые линии, настраиваются на работу в автоматическом режиме.

К недостаткам контактной сварки относится ограничение в толщине свариваемых деталей. Точечной сваркой невозможно создать герметичные швы емкостей и труб, особенно работающих под давлением. Расстояние до шва ограничивается длиной электрода.

Сложно самостоятельно создать сварочный аппарат для контактной сварки. Чертеж представляет собой сложную электрическую схему из большого количества диодов, обмоток, конденсаторов и других деталей. Такая работа по силам только профессиональному электрику.

Как работают?

Аппарат понижает напряжение и накапливает на конденсаторах ток, увеличивая его значение. Сжимание деталей позволяет создавать прочное соединение при нагреве металла ниже температуры жидкого состояния.

Фазы процесса

Процесс контактного сваривания происходит в следующей последовательности.

1. Сжатие деталей до состояния пластической деформации. При этом сглаживаются микронеровности, и увеличивается площадь контакта.
2. Включается импульс тока. Происходит нагрев металла в точке соединения до образования жидкого ядра.
3. В жидком металле под давлением происходит соединение на молекулярном уровне.
4. Происходит осадка контактной зоны по периметру соединения. Образуется уплотняющий пояс.
5. Охлаждение и кристаллизация металла.

После отключения тока усилие прижима увеличивается для создания однородного шва и предотвращения выплескивания расплавленного металла.

Возможные дефекты и причины их образования

Инструкция, определяющая требования к качеству сварных контактных швов, делит все дефекты на группы:

• искажение формы литой зоны;
• несплошность металла в зоне соединения;
• изменение свойств материала.

При смещении электрода или его перекашивании изменяется форма литой зоны. В результате происходит разрушение металла по границе контакта при возникающих динамических нагрузках или вибрации. Прочность металла снижается при изменении формы электрода вследствие износа или неправильной заточки, сильном прижиме до вмятин. При выходе наружу разогретого металла, снижается коррозионная стойкость материала.

Причиной непровара может стать малое значение тока и очень сильное прижатие. При подаче на тонкие детали повышенного тока, происходит прожог и отделение тонкого листа по периметру контакта. Высокий ток и чрезмерное давление вызывает образование трещин вокруг шва, так же, как и неочищенная поверхность деталей.

Расплавленный металл может выплеснуться в пространство между деталями, при повышенном токе или увеличенном времени импульса, особенно если электроды стоят не в одной оси.

Аппараты бытового типа работают от тока сети 220 В. Они незаменимы при ремонте автомобилей и бытовой техники, соединении тонких листов, включая алюминий и медь. Правильный режим в домашних условиях можно подобрать экспериментально.