Впервые контактной сваркой, как методом соединения металлов, воспользовался английский физик Уильям Томсон в 1856 г. Сейчас технология активно применяется в машиностроении, авиастроении, выпуске корпусов различной техники, авторемонте и т. д. Метод сварки один из наиболее быстрых, легко автоматизируется, качество соединения не зависит от опытности сварщика. Рассмотрим принцип работы аппаратов контактной сварки, виды этого метода, необходимые расходные материалы.

Принцип работы аппаратов контактной сварки

Аппараты контактной сварки имеют электрическую и механическую часть. Электрическая состоит из источника тока, который понижает напряжение (V) и повышает количество ампер (A). Сварочный ток достигает сотен и даже тысяч ампер, благодаря чему происходит быстрый нагрев и прочное соединение. Механическая часть реализована в виде сварочных клещей и обеспечивает сведение сторон, их прижим в месте, где требуется соединение.

Сварка происходит следующим образом:

1. Две заготовки (прутки, пластины и пр.) сводятся клещами друг к другу до соприкосновения в одной точке
2. На концах рабочей части клещей расположено два медных электрода, обладающих разной полярностью. К ним подается сварочный ток
3. Дуга не загорается, поскольку детали плотно сведены друг к другу. Сварочная маска не требуется
4. За счет прохождения тока от минуса к плюсу в месте стыковки возникает повышенное сопротивление, ведь стороны просто сведены
5. От этого поверхность в месте соприкосновения начинает нагреваться. Электрическая энергия преобразуется в тепловую.
6. Нагрев длится до тех пор, пока поверхность сторон не станет пластичной. За счет прижима клещами происходит смешивание металлов на уровне кристаллической решетки
7. После этого сварочный ток отключается, а тепло быстро рассеивается по остальной части изделия
8. Стык остывает и получается неразъемное соединение без видимого шва и присадочного металла

Длительность подачи сварочного тока и его сила настраиваются в зависимости от толщины соединяемых сторон. Например, для контактной сварки двух прутков сечением 1.5 мм (1.5+1.5), понадобится сила тока 1500 А и продолжительность воздействия 1-2 секунды.

Виды контактной сварки

Хотя принцип действия везде один, ГОСТ 15878-79 выделяет несколько разновидностей контактной сварки. Они определяют размеры соединения, прочность стыка, области применения. Оборудование для разных видов контактной сварки тоже имеет свои особенности.

Точечная сварка

Подразумевает соединение металла путем плавления в одной точке. В зависимости от оборудования и исполнительных механизмов подразделяется на:

• Одноточечную одностороннюю. Проводится споттером, который приваривает медный электрод с обратным молотком к поверхности. Задействуется один электрод с нормальной рабочей поверхностью и кузов авто, выступающий массой. При помощи ударов обратного молотка металл вытягивается на место. Соединение отламывается и пистолет устанавливается в новом месте. Процесс длится до тех пор, пока плоскость кузова авто не будет выровнена. Споттером можно приваривать не только обратный молоток для одноточечного воздействия, но и гребенку, ряд колец, чтобы вытягивать крупные участки одновременно.
• Одноточечную двухстороннюю. Выполняется при помощи клещей, к обоим концам которых подведен ток. Задействовано два электрода с нормальной рабочей поверхностью. Клещи обхватывают деталь и прижимают ее с двух сторон. Соединение лучше прогревается, повышается производительность процесса.
• Одностороннюю многоточечную. Задействовано сразу несколько электродов с каждой стороны и спаренные трансформаторы. Ток подается одновременно на каждый рабочий элемент, поэтому точечное соединение образуется сразу в нескольких местах.

Рельефная сварка

Разновидность точечной сварки, но отличается формой свариваемой поверхности. Вместо плоских сторон деталей, в заготовках заранее создаются выпуклости (выступающие полусферы, шпильки). Они предусматриваются еще на этапе литья деталей. Затем стороны соединяются между собой, к ним подводится электрический ток и выступающие части плавятся, образуя точечные соединения. Возможны длинные кольцевые или продольные швы этим методом, если изначально предусмотреть рельеф нужной формы.

Метод сварки наиболее востребован в машиностроении, поскольку обеспечивает прочное соединение, чем обычная точечная сварка.

Шовная сварка

Разновидность контактной сварки, при которой выполняются длинные продольные швы. В отличие от рельефной, ток подается не на изделие, а на два подвижных ролика. Они располагаются над и под листовыми заготовками. Металл, оказавшись между ними, нагревается от прохождения тока, и соединяется. По мере продвижения роликов образуется сплошное шовное соединение.

Существует несколько техник выполнения шовной сварки контактным способом:

• Ролики движутся постоянно и сварочный ток тоже подается непрерывно. Подходит для соединения листов с общим сечением до 1.5 мм.
• Ролики движутся непрерывно, а ток подается прерывисто. Оптимально для сварки тонких листов стали, чтобы избежать коробления. Экономится расход электроэнергии.
• Ролики движутся прерывисто и сварочный ток подается прерывисто. Подходит для соединения неответственных конструкций.

Ролики в сварочных аппаратах контактной сварки могут быть оба ведущими или один ведущий, а второй — ведомый. Последний движется за счет протягивания заготовки. Метод подходит для сборки бочек, емкостей.

Стыковая сварка

Реализуется одним из двух способов: сопротивлением или оплавлением. Стыковая сварка сопротивлением подразумевает подвод тока к двум деталям, сжатым с усилием. В месте стыковки образуется сопротивление и повышенный нагрев. Затем сжатие резко усиливают (происходит осадка деталей) и получается стыковое соединение.

Контактная стыковая сварка оплавлением проводится путем сведения двух заготовок стыками между собой. К деталям подается сварочный ток, разогревающий торцы изделия. После этого силу тока снижают, но продолжают подавать электричество. В местах контакта происходит оплавление и получается сварочное соединение. Если держать стороны сведенными дольше и одновременно подавать сварочный ток, жидкий металл даже выступит наружу из зазора, а шов станет сплошным. Этот метод обеспечивает более прочное соединение и экономию электроэнергии, чем технология соединения сторон сопротивлением. Подходит для сварки арматуры встык.

Подготовка поверхностей

При выполнении контактной сварки качество соединения отчасти зависит от правильности подготовки поверхности. Чтобы стороны надежно сварились между собой, необходимо обеспечить их плотный прижим. Для этого убирают мусор, окалины, грязь и ржавчину в месте стыковки, а также на соседней зоне, расположенной в этой плоскости (там, где выступающий мусор помешает сведению сторон). Коррозию зачищают шлифовальными машинами.

Контактной сваркой разрешено соединять стороны, у которых толщина не отличается друг от друга более чем на 15%. Иначе одна пластина разогреется сильно, а вторая не успеет прогреться — соединение будет слабым, возможны деформации изделия.

Для стыковой сварки методом сопротивления плоские стороны требуется подогнать между собой по форме, чтобы не было просветов. Жаропрочные стали и легированные нуждаются в обезжиривании.

Дефекты сварки и контроль качества

Непровар

Хотя шва, в его классическом понимании здесь нет, у соединения возможны дефекты. Один из них — это непровар. Точка обеспечивает схватывание сторон, но при динамических нагрузках "склейки" оказывается недостаточно и стык распадается. Чаще всего дефект наступает из-за слишком короткого импульса сварочного тока или недостаточной силы тока.

Сварная точка уменьшенного диаметра

"Родственный" непровару дефект — сварная точка уменьшенного диаметра. Соединение выполнено путем перемешивания материалов на уровне кристаллической решетки, но диаметра точки недостаточно, чтобы удержать стороны определенной толщины и веса под нагрузкой.

Перегрев материала

Противоположным дефектом является перегрев материала. Если подать повышенный сварочный ток или передержать изделие клещами, точка может разогреться очень сильно. Это приведет к уменьшению толщины металла в зоне контакта, выдавливанию жидкого металла в стороны, деформациям поверхности. При сильном перегреве возможны прожоги, когда вместо сварной точки будет дырка.

Контроль качества осуществляется визуальным путем. Сварщик или уполномоченное лицо осматривает поставленные точки через лупу на предмет трещин, деформаций, выдавливания металла.

Методом разрушающего контроля испытываются тестовые образцы. Сваренные точками стороны пытаются разделить зубилом и молотком, провернуть между собой, оторвать монтировкой. После отрыва исследуют стороны. Качественное соединение будет иметь следы разорванного металла однородной структуры без пор и трещин. Затем, установив на каком режиме выполнялось соединение с приемлемым качеством, подобные настройки применяют для серийного выпуска продукции.

Источник видео: Telwin Viet Nam

Машины для контактной сварки

Машины для контактной сварки бывают ручные (переносные), подвесные, настольные и напольные. Во всех имеется: трансформатор; переключатель; контактор; коммутатор; накопитель энергии; вторичный контур; органы управления; исполнительная часть.

Сварочные клещи подойдут для сборки корпусов и кузовов, чтобы подлазить к труднодоступным местам. Такие аппараты удобны для транспортировки и даже работы в полевых условиях. Машины контактной сварки востребованы в цехах, мастерских, чтобы вести серийный выпуск изделий. С ними возрастает скорость производства и качество соединений. Есть версии с полностью ручным управлением (время прижима задает мастер) и с автоматическим (после установки силы тока и длины импульса машина сама сжимает изделие и выполняет сварку).

При выборе машин контактной сварки обращайте внимание на следующие параметры:

• Напряжение на входе. Для гаража или небольшой мастерской выбирайте аппараты с напряжением 220 V. В цех или на производство требуются машины с питанием 380 V.
• Сварочный ток. Измеряется в амперах. От максимальной величины зависит толщина свариваемых деталей. Диапазон силы тока варьируется от 100 до 6500 А.
• Тип привода. Способ сведения клещей бывает ручным (только для непродолжительной работы и сварки тонких деталей 1.5-2 мм), пневматическим, гидравлическим, электрическим, электромагнитным. Есть управление ногой (педаль) или рукой (кнопка).
• Способ охлаждения. Для кратковременной сварки или работы только с тонкими металлами до 1.5 мм используют машины контактной сварки с воздушным охлаждением. Чтобы непрерывно варить толстые металлы, требуется аппарат с водяным охлаждением. В нем предусмотрены трубки, подводящие жидкость к каналам в медных электродах. За счет этого тепло быстрее удаляется от оснастки, продлевается срок службы электродов, увеличивается производительность.
• Свариваемая толщина материалов. Напрямую зависит от максимальной силы тока, но выводится в отдельную характеристику, чтобы покупателям было удобнее ориентироваться. Есть машины, способные соединить 1.5+1.5, 5+5,14+14, 22+22, 25+25 мм.

Еще при выборе обращайте внимание на размер плеч сварочных клещей. Длина определяет, как далеко от края листа получится выполнить сварочное соединение. Высота раскрытия клещей влияет на способность заводить в них неровные конструкции с выступающими частями.

Немаловажен бренд оборудования. Практика показывает, что установки марок Foxweld, Telwin надежно служат в самых суровых производственных условиях.

Расходные материалы

Среди расходных материалов для машин контактной сварки и сварочных клещей чаще всего требуют замены только медные электроды. Медными они кажутся снаружи, а на самом деле отливаются из кадмиевой или хромовой бронзы. Расходники рассчитаны на температуру 600 градусов и давление 5 кг\мм кв.

От работы они перегреваются, оплавляются, деформируются. При замене электродов подбирают аналогичные по длине и диаметру. Порой может понадобиться заменить комплект плечей. Тогда можно купить такие же или с большей длиной, высотой раскрытия. Есть плечи с воздушным и водяным охлаждением.

Меры предосторожности

Контактная сварка — это разновидность электрической сварки, поэтому нельзя вести работы в мокрой одежде, сырых рукавицах. Прижим клещами осуществляется с большой силой, поэтому важно следить, чтобы между электродами не оказались пальцы. Хотя сварочной дуги здесь нет, при неплотном сдавливании сторон возможны искры. От таких вспышек глаза будут уставать, поэтому сдавливайте изделие плотно и только потом включайте подачу тока (касается машин с ручным приводом).

Следите за целостностью кабелей, не допускайте потертостей, оголенных токоведущих частей. Важно, чтобы машина контактной сварки была заземлена. Следите, чтобы ручки и держаки были заизолированы.

Сварщик должен устойчиво стоять на ровном месте, а органы управления (педаль или кнопка) располагаться в легком доступе.

Обозначение контактной сварки на чертеже

Если работаете с чертежами, то пригодится знание обозначений контактной сварки. На рисунке она изображается крестом (+), указывая на место соединения сварочной точкой. Стрелкой делается вынос ГОСТа 15878-79 с дополнительным указанием вида соединения ("К" — контактная, "т" — точечная). Если шов видимый, то письменные данные приводятся над линией (полкой) выноса, а если шов невидимый — под линией.

Ответы на вопросы: что такое контактная сварка и как с ней работать

1. Как соединить две детали толщиной 5 и 10 мм?

- На практике такое соединение невозможно. Сила тока расплавит сторону 5 мм или не прогреет 10 мм. Чтобы качественно соединить контактной сваркой две детали с такой разницей в сечении, необходимо сточить толщину стороны 10 мм до 6 мм в месте простановки сварных точек.

2. Как узнать, сколько по времени подавать сварочный ток?

- Сперва нужно потренироваться на черновых образцах такого же сечения, что и основное изделие. Поэкспериментируйте на разных токах, добившись неразрывного соединения, которое не будет иметь выраженных внешних деформаций. С подобранными настройками переходите к сборке изделия.

3. Подходит ли контактная сварка для алюминия?

- Да, подходит. Но сперва нужно удалить оксидную пленку. Это достигается механическим путем (болгаркой, щеткой по металлу) или химическим (травлением).

4. С каким управлением удобнее работать на машине контактной сварки?

- Удобнее с ножным. Две руки остаются свободными для подачи и поддержания заготовок, производительность выше.

5. Что такое цикл точечной сварки?

- Циклом называют процесс сжатия деталей, подачу импульса сварочного тока, снятие давления, выключение тока.