Машина контактной сварки — что это такое? Статья для новичков

Контактная сварка является по-настоящему универсальной технологией выполнения соединений неразъемного вида самых разнообразных металлов. Ее можно использовать и на производстве, и в бытовых условиях, главное, чтобы машина контактной сварки для решения конкретных сварочных задач выбиралась правильно и грамотно.

Общие сведения

Контактная сварка — это способ соединения металлов путем формирования сварной точки за счет одновременного нагрева и деформации металлических заготовок. Заготовки помещаются между двумя металлическими электродами.

При этом заготовки сдавливают и локально нагревают в местах соприкосновения, за счет подогрева и плавления материала заготовок создается сварная точка.

Качество такого сварного соединения зависит от количества точек, их диаметра и плотности расположения. Чем больше точек и чем больше их диаметр, тем надежнее сварной шов.

В производстве применяют различные сварочные технологии, в числе которых ручная дуговая и полуавтоматическая. Они имеют свои преимущества, но полезны, скорее, в условиях ручного труда.

В условиях крупного производства с конвейерными линиями эффективность таких способов будет невысокой.

Для серийного и массового производства рациональнее применять машины контактной сварки – аппараты для бесперебойного сварочного процесса на крупных предприятиях с конвейерным типом производства.

Обычно на предприятиях используют стационарные модели, хотя для гибких производств использование передвижных или подвесных моделей может оказаться более рациональным.

История

В 1856 году английский физик Уильям Томсон (лорд Кельвин) впервые применил стыковую сварку. В 1877 году американский исследователь Элиу Томсон независимо от него разработал стыковую сварку и внедрил её в промышленности. В том же 1877 году русский изобретатель Николай Николаевич Бенардос предложил способы контактной точечной и шовной сварки.

Для осуществления процессов контактной точечной сварки использовались специальные клещи с угольными электродами, к которым подводился электрический ток. Затем две сложенные одна на другую стальные пластины зажимались клещами, а ток, подведённый к угольным электродам, проходя через металл, давал достаточное количество теплоты для образования сварной точки.

В 1886 году Элиу Томсон, занимавшийся исследованиями и разработками в области контактной сварки, подал заявку на патент, защищающий принципиально новый способ электрической сварки, описываемый следующим образом: «свариваемые предметы приводятся в соприкосновение местами, которые должны быть сварены, и через них пропускается ток громадной силы — до 200 000 ампер при низком напряжении — 1-2 вольт. Место соприкосновения представит току наибольшее сопротивление и потому сильно нагреется. Если в этот момент начать сжимать свариваемые части и проковывать место сварки, то после охлаждения предметы окажутся хорошо сваренными». Способ сварки называли «электрической ковкой», или «безогненным методом сварки».

В конце XIX века стыковая контактная сварка применялась для соединения телеграфных проводов. В своих дальнейших исследованиях Элиу Томсон стал комбинировать нагрев электрическим током с пластическими деформациями, возможными благодаря применению гидравлических систем сжатия. К началу XX века относятся сообщения о применении фирмой Fiat контактной сварки для изготовления самолётных двигателей.

В 1928 году фирма Stout Metal Airplane Company (отделение фирмы Ford Motor) использовала контактную сварку на линиях изготовления конструкций из дюралюминия. В начале 1930-х годов в США были проведены испытания контактной сварки легкоплавких металлов и их сплавов. В ходе проведённых исследований были разработаны технологии и оборудование, которые стали использовать в производстве фирмы Douglas, Boeing и Sikorsky Aircraft.

Теория

Основные параметры режима всех способов контактной сварки — это сила сварочного тока, длительность его импульса и усилие сжатия деталей. Теплота в свариваемом металле выделяется при прохождении через него импульса тока длительностью в соответствии с законом Джоуля — Ленца:

За величину принимают сопротивление столбика металла между электродами. При расчёте сварочного тока и времени импульса сварочного трансформатора,  — исходный параметр, так как его легко рассчитать, зная материал детали, её толщину и требуемую температуру сварки. При этом сопротивлениями в контактах между деталями и между электродами и деталями пренебрегают.

Согласно закону Джоуля — Ленца увеличение должно увеличивать количество выделяющейся теплоты . Но по закону Ома увеличение не всегда увеличивает количество выделяющейся при сварке теплоты , многое зависит от соотношения и полного сопротивления вторичного контура сварочного трансформатора.

Где  — напряжение на вторичном контуре сварочного аппарата, a  — полное сопротивление вторичного контура, в которое входит . При увеличении сопротивления уменьшится сила сварочного тока , которая учитывается в законе Джоуля — Ленца в квадрате. Отсюда следуют несколько практических выводов. С ростом общего сопротивления вторичного контура от 50 до 500 мкОм тепловыделение в зоне сварки уменьшается по мере падения примерно в 10 раз. Недостаток тепла компенсируется увеличением напряжения() или времени сварки. Сварочный процесс на контактных машинах с малым сопротивлением вторичного контура (~ 50 мкОм) сопровождается интенсивным ростом нагрева по мере падения в процессе увеличения сварного ядра. При достижении равенства нагрев достигает максимума, а затем, по мере ещё большего снижения (по достижении требуемого размера ядра), уменьшается. Таким образом, сварка на контактных машинах с малым сопротивлением вторичного контура (а их большинство) сопровождается нестационарным нагревом и нестабильным качеством соединений. Уменьшить этот недостаток можно надёжным сжатием зачищенных деталей, обеспечивающим поддержание на минимальном уровне, либо поддерживая высокий уровень за счёт слабого сжатия деталей и разделения импульса сварочного тока на несколько более коротких импульсов. Последнее ещё и экономит энергию и обеспечивает прецизионное соединение с остаточной деформацией 2…5 %.

При сварке на машинах с большим сопротивлением вторичного контура (> 500 мкОм) снижение в процессе сварки практически не влияет на выделение теплоты, нагрев остаётся стационарным, что характерно для сварки на подвесных машинах с длинным кабелем во вторичном контуре. Сваренные на них соединения обладают более стабильным качеством.

Основные понятия

Машины для сварки используются как для стыковой шовной сварки, так и для точечной по принципу споттер.

Рабочий процесс такой универсальной машины состоит в том, что за счет образуемого давления, непосредственно в месте крепления материалов образуется мост между кристаллическими решетками стыкуемых заготовок.

Существует несколько различных стыковых приемов, которые способны активировать образование данных мостов.

В первую очередь, их сформировать можно за счет ультразвукового воздействия, которое преобразуется в колебания механического типа, после чего производится сильное сжатие скрепляемых деталей.

Кроме этого, формирование такого моста можно добиться за счет трения поверхностей заготовок друг о друга и после того, как они хорошо разогреются с определенным усилием, их сдавливают между собой.

Объединить кристаллические решетки между заготовками можно и при помощи сдавливания, которое вызовет пластическую деформацию рабочих поверхностей.

Видео:

Образование моста происходит и при нагревании заготовок при помощи газовой горелки и последующим их сжатием между собой.

В машинах, предназначенных для контактной сварки, образование моста происходит путем разогрева рабочих зон электрическим током и последующим их сильным сдавливанием, так называемый метод споттер.

Все сварочные машины, которые предназначены для выполнения контактной сварки своими руками методом споттер, для разогрева поверхностей двух различных металлических заготовок используют электрический ток.

После того как детали нагреются до заданной температуры, происходит их опрессовка, вследствие которой и получается сварочный шов высокого качества исполнения.

Данный метод получения сварочного соединения под давлением достаточно широко востребован, так как позволяет выполнять работу с металлическими поверхностями самых разных видов.

Следует отметить и то, что управление процессом шовной сварки на специальной машине производится своими руками со специального пульта.

При этом оператор обязательно должен контролировать весь ход выполняемых работ. По производительности машины для контактной сварки в несколько раз превосходят ручные аппараты.

При этом они имеют более сложное устройство и большие габариты, что исключает их использование в условиях дома.

1 Суть контактной сварки – общее описание технологии

Под контактной сваркой понимают процесс формирования сварного соединения под действием нагрева электрическим током металла и пластической деформации области соединения, вызываемой воздействием сжимающего усилия. Перед другими вариантами соединения материалов она имеет немало преимуществ, в частности таких:

Рекомендуем ознакомиться

• экологическая безопасность для человека процесса, который может выполняться в автоматизированном либо полностью механизированном режимах;
• небольшой расход воздуха и воды, выполняющих функцию вспомогательных материалов;
• высокая надежность и отличное качество сварных соединений при объективно малом количестве показателей режима, коими должен управлять сварщик (это дает возможность допускать к выполнению сварочных мероприятий работников с невысоким уровнем квалификации);
• высокая производительность работ (требуется потратить не более одной секунды на сварку одного стыка либо точки).

Стыковая сварка впервые была выполнена в середине 19-го столетия по методике, разработанной Уильямом Томсоном из Англии. В течение последующих двух десятков лет процесс совершенствовался. В нашей стране он стал применяться промышленными предприятиями в 1930-х годах, когда машины контактной сварки начали изготавливать серийно.

На данный момент имеется несколько наиболее востребованных вариантов осуществления контактных сварочных работ:

• стыковый: заготовки (проволока, арматура, металлические детали, трубные изделия) соединяются по всему своему сечению;
• точечный: соединение создается между двумя электродами;
• шовный: от точечной методики отличается тем, что сварщик получает сплошной шов, создавая ряд (непрерывный) из множества сварных точек.

В зависимости от того, какое соединение планируется получить, выбирается аппарат (станок) контактной сварки. При этом важно, чтобы он позволял:

• точно дозировать по времени воздействие электрода на обрабатываемую поверхность;
• обеспечивал требуемое давление сжатия на свариваемые заготовки;
• формировал ток достаточной для выполнения работ силы.

Техника безопасности при точечной сварке

Как и любой сварочный процесс, этот метод тоже требует  беспрекословного соблюдения определенных мер безопасности.

Средства защиты

Основная угроза при работе со сварочным оборудованием – поражение электрическим током и высокой температурой. Для предотвращения поражения электрическим током необходимо соблюдать такие меры безопасности, как заземление тех частей оборудования, которые должны быть заземлены, проверка исправности оборудования перед работой, использование средств защиты. Управляющие элементы аппарата для точечного соединения металлических деталей не должны быть под высоким напряжением. Все провода должны иметь достаточное сечение.

При контактной точечной сварке выделяются брызги и пары металла. Для предотвращения ожогов брызгами металла сварщик должен использовать рукавицы, спецодежду и очки с прозрачными стеклами либо головной щиток. Пары металла могут быть вредны для здоровья, поэтому необходимо использовать вентиляцию, а при необходимости – средства защиты органов дыхания.

Части аппарата для соединения металла, должны быть хорошо зачищены

Меры безопасности

Все блокировочные устройства и устройства быстрого отключения аппарата точечной сварки должны быть исправны, находиться на виду, к ним должен быть легкий доступ.

При проведении таких технических работ, как зачистка или смена электродов, нужно соблюдать меры, исключающие возможность смещения электрода и травмирования рук. При работе аппарата точечной сварки пространство зажимных механизмов нужно закрывать щитком, а при работе на мощных машинах – огораживать ширмами.

Должна быть исключена возможность травмирования сварщика движущимися частями аппарата точечной сварки.

Заключение

Мы рассмотрели технологию контактной точечной сварки, выявили основные ее преимущества, принцип действия, рассмотрели аппараты точечной сварки и технику безопасности при выполнении всего процесса.

Процесс сварки

Независимо от применяемой технологии сварка производится в несколько этапов:

1. Соединяемые поверхности обрабатываются, чтобы получить более точное соприкосновение деталей. Электрическое напряжение на всей поверхности деталей должно быть одинаковым. Для этого поверхности делают как можно более ровными, обрабатывая их механически, с помощью травления, зачистки, рихтовки или обезжиривания.
2. Затем детали зажимаются специальным механизмом или просто прижимаются в ручную – в этом случае качество шва будет ниже из-за недостаточного давления. Давление усиливает диффузию металла и позволяет создать однородный прочный шов.
3. На соединяемые поверхности подается электрический ток, тепловая энергия расплавляет нужный участок металла, образуя жидкое ядро, в котором образуются связи между поверхностями. Давление, оказываемое на металл, препятствует выплескиванию жидкого ядра за пределы рабочей зоны.
4. После выключения тока жидкое ядро остывает, образуя сварочный шов. По прочности он при соблюдении технологии не уступает металлу соединяемых деталей.

Для работы с тугоплавкими и мягкими металлами лучше использовать плазменный аппарат. Такой аппарат для плазменной сварки способен работать с любыми металлами и поверхностями.

Нужно провести сварочные работы в домашних условиях? Узнайте из этой публикации можно ли пользоваться сварочным аппаратом дома.

В процессе проведения таких работ не забывайте о защите глаз. Детальнее про выбор маски сварщика хамелеон можно прочитать тут.

Разные металлы требуют обработки по специальной технологии, например, поверхности алюминиевых деталей нужно обрабатывать не ранее, чем за 10 часов до процедуры соединения.

Контактная сварка очень широкого применяется в промышленности, когда надо соединить множество однотипных деталей, для решения многих задач это один из самых экономичных и эффективных способов.

Основные плюсы такого метода: высокая производительность, возможность автоматизации и роботизации с относительно небольшими затратами и высокое качество самих соединительных швов, дающее возможность интенсивно использовать готовое изделие.

Заключение

Применение машин контактной сварки позволяет обойтись небольшим количеством работников и сохранить качество сварных швов с соблюдением всех требований стандартизации.

Такой сварочный аппарат – удачное вложение, позволяющее быстро окупить вложенные в его покупку и обслуживание средства.

Использование этого высокотехнологичного оборудования позволяет гарантировать непрерывность производства с сохранением заданных параметров качества – это даёт производителю существенные преимущества в условиях рыночной конкуренции.

В начале 2019 года появилась информация о том, что немецкими инженерами разработана новая, ранее недоступная технология, позволяющая сваривать металл с пластиком.

Особенность предложенного метода в том, что обе заготовки подвергаются механическому сдавливанию, но нагреву поддаются только металлические детали.

Разогретая металлическая заготовка плавит пластмассовую деталь, обеспечивая образование точечного сварного шва в месте соединения. Применение такой технологии значительно расширит возможности промышленных производств.

В общем, тем, кто связал свою деятельность с производственными работами, стоит обратить внимание на машины контактной сварки.

Широкое применение такого вида сваривания на производстве позволит хорошему специалисту всегда быть востребованным и получать достойную оплату труда. Желаем удачи в работе!

Станок для стационарной сварки

В некоторых случаях для соединения арматуры, а также многих других материалов из металла своими руками, используют контактные станки стыкового типа.

В этом случае есть определенные ограничения для осуществления стыковки металла, которые заключаются в ограничениях по площади скрепляемых поверхностей, которые не должны превышать двухсот квадратных миллиметров.

Такой аппарат выпускается только в стационарном исполнении и обязательно состоит из специальных фиксаторов, блока центрирования, а также генератора тока и гидравлического пресса, способного обеспечить необходимое прижимное усилие рабочих металлических поверхностей.

В аппаратах данного класса должен обязательно использоваться такой трансформатор, который сможет обеспечить огромную силу тока.

Управление станком этого класса осуществляется вручную при помощи специальной панели.

Видео:

Специальные контактные станки в наше время выпускаются в самых разных модификациях и способны обеспечить максимально эффективное соединение металлических поверхностей.

Данные устройства имеют преимущественно стационарное исполнение.

Их основной принцип действия заключается в сильном сжатии нагретых до заданной температуры металлических поверхностей самых разных видов.

Данные станки отличаются высокой производительностью и достаточно простым принципом управления, освоить который сможет каждый.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...