Контактная сварка

Контактная сварка — это проверенный временем метод, который находит широкое применение в самых различных областях, включая авиацию, автомобилестроение, судостроение, а также в сельскохозяйственной и другой промышленности. Этот процесс соединяет металлические элементы с помощью давления и высокой температуры, обеспечивая прочные и ровные соединения. Контактная сварка особенно эффективна при работе с тонкими листовыми материалами и другими однотипными заготовками. Она используется как в промышленности, так и в бытовых условиях, предоставляя высокое качество соединений и надежность конструкций.

Содержание статьи:

1. Что такое контактная сварка?
2. История
3. Оборудование и технологии
4. Типы контактной сварки
5. Преимущества и недостатки

Что такое контактная сварка?

Контактная сварка — это широко используемый метод соединения различных материалов, который характеризуется высокой производительностью и возможностью получения надежных сварных соединений при небольшой продолжительности процесса. Суть технологии заключается в том, что два изделия (обычно металлические, такие как нержавеющая сталь, алюминиевые или легированные материалы) сжимаются в зоне стыка, и через контактное место подводится электрическая энергия, создавая расплавленный металл, который затем затвердевает, образуя прочное соединение.

Процесс начинается с выбора подходящего режима работы, который зависит от характеристик материалов и требуемого качества соединения. Подключенные источники энергии создают ток высокой мощности, и через контактные электроды (часто выполненные из медных сплавов) энергия передается на изделие. В результате нагрева в точке контакта металл расплавляется и плотно соединяется, образуя шов с необходимыми характеристиками прочности.

Важными аспектами в контактной сварке являются правильная обработка заготовок и их подготовка к соединению. Для этого часто используют различные инструменты и аппаратуру, которая регулирует подвод энергии и оптимизирует процессы. В зависимости от типа работы, возможны как автоматические, так и ручные действия. Автоматическая сварка обычно используется в серийном производстве, где требуются большие объемы сварки, например, в изготовлении кабелей или других промышленных изделий.

Контактная сварка имеет несколько особенностей, таких как высокая точность и возможность сварки различных материалов, включая никелевые и алюминиевые сплавы. Важно, что данная технология позволяет работать с относительно тонкими заготовками, а также с деталями сложной формы. Благодаря тому, что время нагрева короткое, деформация металла минимальна, что особенно важно для соединения тонких и сложных конструкций.

История 

Первое документированное использование контактной сварки произошло в 1856 году, когда английский физик Уильям Томсон провел свои исследования в этой области. Практически одновременно, американский ученый Элиу Томсон разработал и внедрил стыковую сварку, а российский изобретатель Николай Николаевич Бенардос предложил методы точечного и шовного сваривания металлических заготовок.

Для первоначальной реализации технологии использовались специальные клещи с угольными электродами, через которые подавался электрический ток. Заготовки в виде металлических пластин укладывались одна на другую и прижимались клещами. Ток, проходивший через заготовки, был достаточно мощным, чтобы нагреть их до нужной температуры, необходимой для образования сварных точек.

После ряда успешных экспериментов, в 1886 году Элиу Томсон, достигнув стабильных результатов, приступил к дальнейшему развитию и совершенствованию технологии сварки.

Оборудование и технология контактной сварки

Подготовка поверхности

Существует несколько способов подготовки поверхности заготовок перед сваркой. Комплекс процедур включает удаление оксидных и других пленок, обезжиривание, нейтрализацию загрязняющих веществ, пассивацию, промывку, сушку и контроль состояния поверхностей. Эта подготовка имеет критическое значение для качества сварного соединения, поэтому важно соблюдать следующие условия:

• Поверхности заготовок должны быть гладкими, а плоскости — точно выровнены.
• При соединении двух деталей необходимо, чтобы сопротивление на рабочих поверхностях было одинаковым.
• Сопротивление в цепи “электрод-деталь” должно быть минимальным для данного материала.

Машины для контактной сварки

Для выполнения сварочных работ используются специальные контактные машины, которые могут быть стационарными, подвесными или передвижными. В зависимости от их функционала, машины бывают универсальными и специализированными. По типу тока, который протекает через сварочный контур, оборудование разделяется на аппараты постоянного и переменного тока. Также различают методы сварки: точечная, рельефная, шовная или стыковая.

Для снижения сварочного тока используются трансформаторы, которые понижают напряжение до 1-15 вольт. В работе применяются электроды из медного сплава. Мощность оборудования может варьироваться от 0,5 до 500 кВА, а усилие сжатия — от 1 до 1000 кгс. Прижим заготовок осуществляется с помощью пружинного механизма или пневматического привода.

Независимо от типа и назначения, каждая машина для контактной сварки оснащена обязательными блоками, такими как пневматическая или гидравлическая система, охлаждающий контур, а также механическая и электрическая части. В состав электрической части входят сварочный трансформатор, регулятор сварочного цикла, и прерыватель цепи. Регулятор управляет последовательностью операций, гарантируя своевременное начало и завершение всех этапов сварки.

Для повышения качества и скорости работы можно использовать наши верстаки собственного производства от компании VTM.

Механическая часть аппаратов включает различные элементы в зависимости от типа установки. Точечные машины оснащены только приводом сжатия, в то время как шовные машины дополнительно имеют привод для вращения роликов. Стыковые сварочные аппараты оснащены приводом зажатия и регулировкой осадки свариваемых заготовок.

Пневмогидравлическая система включает лубрикаторы для смазки подвижных механизмов и фильтры, которые обеспечивают предварительную подготовку. Также есть элементы для регулировки работы — клапаны, манометры, редукторы, а также компоненты подачи воздуха, такие как штуцеры, клапаны и краны.

Система водяного охлаждения состоит из нескольких ключевых элементов: штуцеров для подключения приемных и разводящих гребенок, водяных контуров в трансформаторе и вторичной обмотке, а также реле, вентилей и шлангов.

Стыковые машины включаются с помощью кнопок на щитке управления, а точечные и шовные — с помощью педалей. Кроме того, предусмотрены элементы для контроля за сжатием электродов, подачей тока, работой регулятора сварочного цикла и вращением роликов.

Электроды для контактной сварки

Электроды в процессе сварки замыкают вторичный контур, что приводит к повышению температуры и плавлению заготовок. При шовной сварке перемещение деталей осуществляется с помощью прижимных роликов, которые также обеспечивают необходимое давление на соединяемые поверхности, удерживая их в процессе нагрева и усадки.

Электроды сильно нагреваются и быстро изнашиваются, поэтому к ним предъявляются высокие требования по устойчивости к высокой температуре и сжатию, которое может достигать 5 кг на квадратный миллиметр. Изготавливаются расходные материалы из меди или бронзы. Форма электродов подбирается с учетом рельефа поверхности заготовок, а для аппаратов шовного типа они имеют форму дисков.

Дефекты и контроль качества

Качество сварного соединения, выполненного контактной сваркой, в значительной степени зависит от подготовительных процедур и правильно выбранных параметров работы. Одним из ключевых факторов является размер ядра сварного соединения, который должен соответствовать нормам: его диаметр не должен превышать три толщины самого тонкого свариваемого листа. Плавление заготовки должно быть на уровне 20-80% ее общей толщины. Нарушение этих параметров приводит к образованию дефектов: непровар металла при недостаточном плавлении или прожиг материала при его избыточном нагреве.

Контроль качества сварных соединений может проводиться визуально или с использованием специализированных методов неразрушающего контроля. Технические способы оценки брака, такие как ультразвуковая диагностика, применяются для выявления непроваров, которые могут быть незаметны при первичном осмотре. Ультразвуковые волны не отражаются и не ослабляются в случае качественного и однородного сварного соединения, что делает этот метод одним из самых эффективных.

Если необходимо, могут быть использованы разрушающие методы контроля, которые проводятся выборочно. В контрольных образцах измеряется диаметр сварного ядра, полученного с использованием точечной или шовной сварки.

Типы контактной сварки

Точечная сварка

Процесс точечной сварки позволяет соединить детали не только в одной, но и в нескольких точках одновременно. Прочность соединения зависит от структуры и диаметра сварных точек, которые напрямую связаны с размером электрода, формой его контактирующей поверхности, состоянием заготовок, приложенным усилием сжатия, силой тока и временем его воздействия на металл.

С помощью точечной сварки можно за минуту создать до 600 сварных соединений. Этот метод особенно эффективен для соединения тонкостенных листовых материалов толщиной до 20 мм. Он широко применяется в машиностроении, включая автомобильную и авиационную промышленность, а также в судостроении и производстве сельскохозяйственной техники.

Рельефная сварка

Как и точечная сварка, рельефная сварка позволяет соединить заготовки в нескольких местах. Главное отличие заключается в подготовке рельефных выступов на поверхности заготовок. Прочность соединения зависит от формы этих выступов, а форма электрода на результат не влияет. Рельеф может быть сформирован как на одной, так и на обеих деталях с использованием прессовального оборудования.

В автомобилестроении рельефная сварка применяется для установки кронштейнов и крепления скоб, например, на капоте автомобиля или для установки петель на двери. В радиотехнической промышленности она используется для крепления проводки на тонких деталях схем.

Шовная сварка

При шовной сварке соединение заготовок осуществляется с помощью сварного шва, который может состоять из нескольких точек или литых участков. Для обеспечения герметичности шва сварочные точки располагаются максимально близко друг к другу, частично перекрывая друг друга. Этот процесс выполняется на специализированных станках, оснащенных дисковыми электродами-роликами, которые вращаются и прокатывают свариваемые поверхности.

Шовная сварка применяется для соединения материалов толщиной от 0,2 до 3 мм и используется в производстве герметичных резервуаров.

Стыковая сварка

При стыковой сварке заготовки соединяются по всей площади их соприкосновения, что достигается путем плавления кромок под воздействием высокой температуры. Метод сварки зависит от множества факторов, включая тип металла, требования к качеству соединения и площадь сечения соединяемых поверхностей. Среди основных методов — оплавление с подогревом, постоянное оплавление без перерывов и сопротивление.

Стыковая сварка используется для соединения заготовок с сечением до 200 мм², таких как стержни, проволока и трубы малого диаметра из низкоуглеродистой стали. Метод оплавления подходит для материалов сечением до 100000 мм² и используется для соединения трубопроводов, металлоконструкций, арматуры и других элементов, включая железнодорожные пути и якорные цепи.

Импульсная сварка

Импульсная сварка представляет собой метод, при котором сварочная дуга поддерживается непрерывно, даже между импульсами тока. Этот процесс позволяет получить качественное соединение, не влияя на глубину плавления материала. Использование импульсов помогает достичь более глубокого и стабильного соединения металлических заготовок. Также разработан метод двойного модулированного импульса тока, который позволяет контролировать форму импульсов и способствует мелкокапельному переносу металла.

Импульсная сварка обладает рядом преимуществ, включая стабильное горение дуги и минимальное образование кратеров в точках сварки. Этот метод используется для соединения различных типов стали и цветных металлов, таких как медь, алюминий, никель и титан. Толщина заготовок может варьироваться от 1 до 50 мм.

реимущества и недостатки

Контактная сварка широко используется для соединения нержавеющих и цветных металлов, что связано с множеством ее достоинств:

1. Метод позволяет быстро выполнять большое количество сварочных работ.
2. Он обеспечивает создание ровных и прочных швов.
3. Время на формирование одной сварочной точки составляет всего доли секунды. Опытный сварщик может за минуту выполнить до 600 точек, что позволяет создать продолжительный шов.
4. Технология не требует использования расходных материалов, таких как электроды, флюс, присадочная проволока или инертные газы, что значительно снижает себестоимость процесса.
5. Деформация металла происходит исключительно в местах соединений, оставляя конструкцию ровной и без дефектов на поверхности.
6. Процесс сварки достаточно прост и не требует высокой квалификации — с ним справится даже новичок.
7. Контактные электроды обладают долгим сроком службы и изнашиваются медленно.
8. Метод является более безопасным по сравнению с другими, поскольку не включает открытое пламя, что снижает риск возгорания.
9. Контактная сварка экологически чистая, с минимальным воздействием на здоровье специалистов и окружающую среду.

Однако существуют и некоторые недостатки, которые следует учитывать при применении этой технологии:

1. Оборудование для контактной сварки довольно дорогостоящее и не является массовым.
2. Для работы требуется высокая сила тока, превышающая 1000 ампер, что требует подключения к мощным электросетям.
3. Герметичность швов, выполненных методом контактной сварки, уступает той, что достигается при использовании электродов.
4. Важно строго контролировать напряжение, которое не должно превышать определенных значений.