Что такое контактная сварка

Контактная (или электроконтактная) сварка – один из распространенных типов сварки, чаще всего применяемый для скрепления тонких металлических листов или небольших однотипных деталей. При этом способе происходит кратковременный нагрев соединяемых поверхностей током высокого напряжения, и одновременное придавливание их друг к другу в зоне контакта, в результате чего образуется сварной шов. Благодаря своей простоте, высокой производительности и малым затратам на расходные материалы такой метод часто используется на производстве.

Принцип работы аппаратов контактной сварки

Сущность метода контактной сварки состоит в том, что скрепляемые поверхности одновременно нагреваются до пластичного состояния и подвергаются механической деформации. Поэтому основных блоков в сварочном аппарате два:

1. Механический, включающий в себя:

• сами электроды (в машинах точечной сварки они выполняются в виде зажимных клещей, в машинах шовной сварки – в виде роликов);
• привод сжатия;
• привод вращения (для роликовых электродов);
• привод зажатия и осадки (для стыковой сварки).

2. Электрический. Данный блок состоит из:

• сварочного силового трансформатора;
• регулятора выходного напряжения, который переключает число витков в первичной обмотке трансформатора;
• вторичного контура, через который ток подводится к деталям;
• прерывателя первичной цепи для включения и выключения тока;
• регулятора цикла – устройства, задающего последовательность сварочных операций, их длительность, и регулирующего другие необходимые параметры.

Вспомогательные блоки:

• Пневмогидравлический – содержит фильтры, устройства для смазки движущихся частей, систему, подводящую воздух к приводу сжатия (штуцера, воздушные клапаны, вентили) и систему регулировки давления;
• Блок водяного охлаждения аппарата.

Принцип работы заключается в том, что область контактной сварки сжимается или прокатывается между двумя медными электродами, к которым подведен ток малого напряжения и большой силы. В некоторых аппаратах сила тока может достигать десятков тысяч ампер. Напряжение во вторичной обмотке низкое, и составляет менее 15 В. Сила сжатия между электродами варьируется от сотой доли ньютона до 100 килоньютонов.

Основными преимуществами этого метода являются:

• быстрота – обработка одного точечного или стыкового соединения занимает доли секунды;
• экономичность – не требуется кислород, защитный газ, присадка, почти не расходуются вода и воздух, медленно изнашиваются электроды;
• простота – возможность получить прочный и надежный шов при малом числе контролируемых параметров, что под силу даже неопытным сварщикам;
• безопасность – воздух не загрязняется вредным дымом, риск возгорания сведен к минимуму;
• возможность легко автоматизировать процесс и поставить его на поток.

К недостаткам способа относят:

• дорогостоящее оборудование;
• необходимость применения тока большой силы (свыше 1000 А);
• сложную технологию многоточечной сварки или сварки нескольких швов одновременно.

Кроме того, этот метод не всегда подходит для соединения поверхностей из разных металлов или сплавов, а также для металлов с малым переходным сопротивлением (таких, как медь).

Виды контактной сварки

Существует несколько видов контактной сварки – точечная, рельефная, шовная и стыковая, каждый из которых имеет свою область применения.

Точечная сварка

Точечная контактная сварка – наиболее популярный метод, который применяется как на производстве, так и в домашних условиях, для соединения небольших деталей или металлических листов толщиной менее 4-5 мм. При этом методе скрепляемые поверхности располагают немного внахлест, зажав их между двумя конусообразными медными электродами. Металл размягчается лишь непосредственно в месте соприкосновения с электродами, образуя сварную точку, диаметр которой составляет несколько миллиметров.

Точечная контактная сварка – наиболее популярный метод

Точечная сварка бывает одно- и двусторонней, причем прочность соединения у одностороннего способа ниже, однако он дает возможность создавать сразу несколько сварных точек. По такому принципу работают многоточечные аппараты.

Есть два режима для обработки металла таким способом: мягкий и жесткий. Мягкий режим удобен для соединения изделий из закаленной стали. При нем через обрабатываемые детали пропускается электрический импульс относительно малой силы тока и большой продолжительности (от 0,5 секунды до нескольких секунд). Нагрев при этом более плавный, а мощность – ниже. Такой аппарат удобно использовать на дому.

При обработке в жестком режиме сила тока, как и сила сжатия сварочных клещей – больше, чем в предыдущем случае, длительность импульса составляет десятые или сотые доли секунд (в зависимости от толщины соединяемых поверхностей). Подобный режим чаще применяется на производстве, ввиду высокой производительности (затраты времени на обработку одной сварочной точки очень малы). С его помощью соединяют заготовки из сплавов с цветными металлами (медью, алюминием), из высоколегированной стали, а также металлические листы разной толщины.

Рельефная сварка

Рельефной контактной сваркой называют разновидность точечного метода, при которой на соединяемых деталях предварительно штампуют выступы, или рельефы. Форма рельефов может быть различной, и от нее зависит как размер, так и прочность сварочной точки.

Способ заключается в том, что детали зажимают между двумя плоскими электродами, на которые затем подают ток. Металл нагревается только в местах соприкосновения заготовок, а именно – на выступах. Так как рельефы можно подготовить заранее, это обеспечит высокую производительность: за короткое время будет обработано большое количество сварных точек.

Другое достоинство метода – долгий срок службы электродов, которые медленно изнашиваются благодаря своей форме, имеющей большую контактную поверхность. Основной недостаток – то, что для рельефной контактной сварки требуются аппараты большой мощности.

Шовная сварка

Шовная контактная сварка, называемая также роликовой – метод, при котором соединяемые металлические листы прокатываются между двумя электродами, имеющими форму диска. В результате образуется шов, состоящий из множества отдельных сварных точек. Такой шов может быть как непрерывным, так и прерывистым. Все зависит от того, как именно подается ток на электроды – постоянно или короткими импульсами.

При непрерывной шовной сварке ролики быстро изнашиваются, так как подача тока на них идет без перерыва. Заготовки могут перегреваться в месте соединения. Если поверхности плохо зачищены, имеют неодинаковую толщину или изготовлены из разных сплавов, шов получится непрочным. Такой метод сварки используется только для изделий из малоуглеродистой стали, толщиной до миллиметра.

Отличие прерывистой шовной сварки от предыдущего способа в том, что на ролики подаются электрические импульсы, создающие отдельные сварные точки. Как и при непрерывной сварке, заготовки прокатываются плавно, давление в области шва – постоянно, что обеспечивает меньший износ электродов.

Для сплавов с алюминием применяют третий способ – пошаговую шовную сварку, которая сочетает импульсную подачу тока с прерывистым перемещением заготовок. Ток на электроды подается только тогда, когда они останавливаются.

Среди всех способов соединения заготовок именно роликовая сварка дает наиболее герметичный шов. Ввиду этого ее применяют для изготовления различных труб, резервуаров или баков.

Стыковая сварка

В отличие от точечной, стыковая контактная сварка – способ, при котором нагревается вся область соприкосновения деталей, зажатая между электродами. Существуют две разновидности этого способа – сварка сопротивлением и сварка оплавлением.

При сварке сопротивлением детали сначала плотно прижимают друг к другу, а затем через место их контакта пропускают ток. Когда область шва нагревается до размягчения, ток выключают и продолжают сжимать заготовки, осуществляя таким образом их осадку. Обработка прекращается тогда, когда шов затвердеет. Свариваемые поверхности должны быть идеально подогнаны и зачищены, не иметь неровностей, зазоров – это сделает шов непрочным, и трудно будет обеспечить его высокое качество. Сварку сопротивлением применяют для изделий из медных и алюминиевых сплавов, а также из низкоуглеродистой стали.

При сварке оплавлением область стыковки деталей разогревают электрическим током, после чего медленно сближают заготовки до полного их соединения и производят осадку. Такой метод хорош, если необходима сварка металлических листов из разных сплавов. Его плюс – быстрота и высокая производительность, минус – потери металла, который может частично разбрызгиваться или сгорать, будучи расплавленным.

Машины для контактной сварки

Сварочные аппараты разделяют на группы по следующим критериям:

• Назначение: узкоспециальные машины, рассчитанные на работу с большими партиями однотипных деталей, или универсальные, которые обрабатывают малое количество заготовок, но легко поддаются перенастройке;
• Тип механического блока, осуществляющего сжатие и усадку деталей. По этому признаку аппараты делятся на гидравлические, пневматические, пневмогидравлические, механические и другие;
• По мобильности – передвижные, переносные, стационарные;
• По способу сварки;
• По типу блока питания: машины с выпрямителем или машины, работающие от переменного тока (однофазного, трехфазного).

Конкретный вид машины выбирается в зависимости от выполняемой задачи.

Расходные материалы

Наибольшему износу в сварочных аппаратах подвергаются электроды, которые постоянно испытывают механические и термические нагрузки. Изготавливаются они из чистой меди, либо из медных сплавов с алюминием, цинком, кадмием и другими металлами, повышающими прочность и упругость изделия. Подобные сплавы делятся на несколько типов:

• Для работы при высокой температуре (около 500 градусов по Цельсию) и непрерывной подаче тока – такие электроды изготавливают из бронзы с добавлением никеля, кремния, циркония или хрома;
• Для работы при температуре до 300 градусов, сварки цветных сплавов, низколегированных сталей применяются сплавы МС (легированные серебром) и МК;
• Для работы при малых (до 200 градусов по Цельсию) температурах подходят сплавы бронзы с хромом и кадмием.

Быстрее всего изнашиваются электроды конической и цилиндрической формы, медленнее всего – плоские и широкие, применяемые в машинах для рельефной сварки.

Технология контактной сварки

Технология контактной сварки включает в себя нагрев стыковочной кромки деталей в сочетании с механическим давлением. Для нагрева на электроды подается ток – непрерывно или импульсами.

Меры предосторожности

При работе с контактными сварочными аппаратами опасность представляет как раскаленный металл в области шва, так и движущиеся части, соприкосновение с которыми – прямая дорога к травмам. Опасно и напряжение, подаваемое на первичную обмотку трансформатора – оно составляет 220 или 380 В. Поэтому нельзя работать на машинах, у которых не заземлен корпус, плохо изолированы провода, или неисправна система жидкостного охлаждения. Категорически запрещено переключать ступени первичной обмотки, если аппарат не отключен от сети.

Все сварочные работы необходимо производить в защитных очках, во избежание попадания в глаза капель раскаленного металла. Для защиты от ожогов нужно носить спецодежду, брезентовые рукавицы и головной убор.

При контактной сварке обрабатываемая поверхность выделяет ядовитые пары – особенно, если детали имеют свинцовое или иное антикоррозионное покрытие. Требования техники безопасности предписывают, чтобы рабочее место было оборудовано вытяжкой – это предотвратит попадание паров металла, масел, угарного газа в дыхательные пути.

Подготовка поверхностей

Перед сваркой необходимо подготовить соединяемые поверхности. Подготовка заключается прежде всего в их зачистке от коррозии, грязи, машинного масла и других нежелательных наслоений. Для этого подойдет напильник, или насадка на дрель в виде щетки. Если места сваривания имеют неровности, их нужно выровнять и подогнать друг к другу. Особенно это важно для стыковой контактной сварки, где любой зазор может испортить шов, сделав его непрочным. При подгонке отрезков трубы для их выравнивания применяется фреза.

Дефекты сварки и контроль качества

Дефекты, возникающие в процессе контактной сварки, бывают двух типов:

• Бракованные сварные узлы. Причин тому может быть несколько: чрезмерный нагрев стыковочной области, избыточное механическое давление, сбои в работе самого аппарата. Размеры сварной точки контролируют с помощью специальных шаблонов и измерительных приборов;
• Брак сварного шва. Такое случается, если область стыковки деталей слишком узкая, или наоборот – широкая, если она содержит неровности, заусенцы, зазоры. Подобные дефекты можно определить путем визуального осмотра – невооруженным глазом, через лупу, с помощью проверки щупом или пробником. В случае необходимости шов просвечивают рентгеном.

Профилактика брака – грамотная работа не только во время сварки, но и перед ней, что включает выравнивание и зачистку контактной кромки.

Обозначение контактной сварки на чертеже

Обозначение на чертеже видимого сварного шва, вне зависимости от способа сварки, выполняется сплошной основной линией, невидимого – штриховой линией. Видимая сварная точка отмечается знаком «+», выполненным сплошными основными линиями, невидимая – не отмечается никак. От изображения шва или точки, если они видимы, проводят выносную линию, которая заканчивается односторонней стрелкой.