Контактная точечная и шовная сварка, схемы, технология и оборудование

Контроль качества сварных соединений

Контроль качества сварки при шовной и точечной контактной сварке имеет особо
важное значение, поскольку процесс протекает очень быстро и характер формирования
соединения скрыт от внешнего наблюдения. К образованию таких дефектов в сварном
шве, как непровары, могут приводить различные факторы.

Наибольшую опасность представляют непровары, они существенно снижают эксплуатационные
характеристики соединения, такие как прочность и герметичность. Наружные и внутренние
выплески металла ухудшают внешний вид изделия и могут засорять магистрали.

https://www.youtube.com/watch?v=lhXF3T6V-o8

При контактной сварке обычно применяют комплексный контроль соединений, начиная
с контроля оборудования, приспособлений, состояния поверхностей деталей и электродов,
проверки качества сборки и заканчивая контролем самого сварного соединения.

Контроль готового сварного соединения достаточно сложная задача при контактной
сварке. Для этого применяется радиографический
метод контроля рентгеновскими лучами. С помощью этого метода
неразрушающего контроля хорошо выявляются трещины, раковины, выплески.

Оборудование для точечной и шовной контактной сварки

Современное оборудование для точечной и шовной контактной сварки — это комплекс элементов для решения технологических задач. В состав оборудования входит сама сварочная машина, средства механизации и автоматизации процессов сварки и систему управления всеми этими устройствами.

Схема машины для точечной сварки показана на рисунке выше. В составе машины две основные части. Первая — это механическая с элементами конструкции, которые обеспечивают жёсткость и прочность машины (корпус, кронштейн и т.п.) и приводами для передачи усилия и перемещения деталей.

Вторая часть электрическая, в составе которой имеется источник сварочного тока (сварочный трансформатор, выпрямитель, аккумуляторы тока — батареи конденсаторов, инверторы — преобразователи частоты и т.д.) и вторичный контур с токоподводами — консолями, электродержателями и электродами.

Средства механизации и автоматизации представляют собой приспособления к универсальным машинам или устройства, обеспечивающие подготовку изделия к сварке, сборку, прихватку, установку, перемещение и съём узла.

Система управления необходима для задания программы работы (режимов сварки, очерёдности выполнения операций, контроля и автоматической регулировки параметров технологического цикла, сбора и обработки информации о состоянии оборудования и качества изделия).

Общая информация

Контактной шовной сваркой называется тип сваривания, при котором используются два вращающихся электродных ролика.

Эти электроды создают большое количество сварных точек, способных отчасти перекрывать воздействие друг друга.

Создается неразъемное соединение, которое отвечает за повышенную герметичность шва.

Сварщики, которые только осваивают профессию, часто спрашивают, в чем разница между шовным типом и роликовым.

Разгадка здесь проста – это единая техника обработки металла, имеющая два разных названия.

Ее можно называть и роликовой, и шовной, оба варианта будут верны. Ведь варианты названия не изменяют сущность процесса.

Типом шовной обработки считается также конденсаторное (импульсное) контактное сваривание.

При шовном методе действующим механизмом сваривания являются электроды-ролики. Однако весь рабочий аппарат – это более сложная система механизмов.

Его принято называть «Станок для роликовой сварки».

Такая техника обработки металла довольно проста. Необходимые детали помещаются между двумя роликами, которые сжимают и с силой прокатываются по поверхности металла.

Процесс соединения происходит благодаря проходящему в роликах току, который нагревает поверхность детали.

https://www.youtube.com/watch?v=RyPVrhanfIQ

Правда, такая методика оптимальна только для тонких металлических листов до трех миллиметров толщиной.

Применяемые для шовной технологии сваривания ролики, кроме сжимания деталей, функционируют как электроды, а потому требуют точного выбора.

В ассортименте встречаются образцы разного диаметра. Рекомендуется использовать варианты от 150 до 20 см в диаметре.

Ролики более маленьких диаметров быстро изнашиваются, требуют частой замены. Важная роль также у материала, из которого была произведена деталь.

В этом вопросе подходящими будут медь, либо бронза всех ее типов.

Пластическая деформация в зоне сварки

Пластическая деформация свариваемого металла — это одна из особенностей всех
видов контактной сварки. На первом этапе происходит, в основном, деформация
микронеровностей, степень которой в контакте деталей достигает до 70%. Эта деформация
облегчается, если на этой стадии используются повышенные усилия обжатия или
дополнительной воздействие электрическими импульсами для образования хорошего
электрического контакта.

При подаче тока происходит быстрый разогрев металла,
его сопротивление пластическому деформированию уменьшается, а скорость микропластической
деформации увеличивается и к моменту начала плавления металла, степень его деформации
приближается к 100%.

С момента нагревания начинает развиваться объёмная пластическая деформация
металла. Причиной её возникновения является внешнее (сварочное) усилие и внутренне,
связанное с неравномерным температурным полем и несвободным тепловым расширением
металла. Эти усилия становятся причиной неравномерного объёмного сжатия металла
в зоне сварки.

На стадии остывания и кристаллизации возникает сокращение объёма металла и
в зоне сварки формируются остаточные напряжения растяжения, которые могут привести
к образованию холодных трещин в металле и снизить эксплуатационные характеристики
конструкции.

Особенность деформации металла при охлаждении состоит в том, что быстрее всего
объём металла сокращается вблизи оси, в результате чего снижается давление в
центре и возникает возможность обратной деформации — от края соединения к его
центру.

По окончанию процесса сварки, на поверхности шва остаются вмятины, глубиной
10-15% от толщины свариваемого металла.

Считается, что одним из условий устойчивого процесса сварки (отсутствие выплеска
металла) является определённая степень пластической деформации. Степень этой
деформации возрастает при использовании повышенных сварочных усилий, применении
мягких режимов, предварительного подогрева деталей и других технологических
приёмов.

Наиболее сильная степень деформации появляется при рельефной сварке сразу после
включения тока. В некоторых случаях течение металла вдоль поверхности деталей
может обеспечить их прочное соединение и без расплавления в кольцевой зоне по
периферии контакта (см. схему б на рисунке выше).

Пластическая деформация при контактной сварке не удаляет оксидные плёнки с
поверхностей металла. Лишь на начальном этапе микропластическая деформация способствует
разрушению этих плёнок. Окончательное же удаление их частей происходит в расплавленном
металле под действием электродинамических сил.

Подготовка поверхностей деталей

Цель этой операции состоит в очищении свариваемых участков от оксидных плёнок. Для этого проводят две ступени очистки поверхности. Сначала поверхность обезжиривают в растворах карбоната натрия (для сварки титана и легированных сталей) или в растворах щёлочи и органических растворителях (для сварки алюминия, магния и их сплавов). Малоуглеродистые стали в условиях массового производства часто не обезжиривают.

Далее удаляют оксидные плёнки химическим или механическим путём. Механическую обработку проводят чугунной или стальной дробью (только для сварки стальных и титановых деталей) или механическими щётками (этот способ подходит для большинства свариваемых материалов).

Химическая обработка применяется для всех металлов и позволяет получить достаточно чистую и относительно малоактивную поверхность. К примеру, сроки хранения обработанных алюминиевых и магниевых деталей составляют 15-30 суток.

Преимущества и недостатки

Как и для всех видов технологических операций, контактная сварка имеет свои преимущества и ограничения. Начнем с преимуществ:

1. Cварка проводится тремя способами, которые увеличивают функциональность метода: рельефная; шовная (может выполняться как контактная стыковая сварка); точечная;
2. Возможно соединение элементов неодинаковой толщины;
3. Возможность соединения сплавов с различным химическим составом;
4. Возможность менять мощность и временные режимы контактной сварки;
5. Шов выдерживает высокие нагрузки на разрыв, динамические, давление (стыки рельс, паровых котлов);
6. Благодаря очень высокой производительности (1точка – 0,02-1 сек) сварка применяется в потоке на производстве;
7. Автоматизация производства и снижение человеческого фактора;
8. Большая вариантность исполнения сварочных агрегатов:

• стационарные;
• подвесные (клещи);
• передвижными.

9. Не требуется проводить предварительные работы; нагрев заготовки, погружение в защитную атмосферу и т.д.;
10. Высокая экологичность.

Тем не менее, контактная сварка имеет свои минусы, сводятся они, в основном к организационным вопросам и стоимости технологической операции. Недостатки контактной сварки:

1. Соединение происходит на ограниченной площади;
2. Высокая стоимость оборудования;
3. Узкая специализация машин;
4. Высокая мощность питания эл.станций;
5. Жесткие требования на допуски (толщина стенок, диаметр).

Промышленное применение точечной и шовной сварки

Из-за высокой производительности и качества сварных соединений, эти способы сварки являются одними из наиболее перспективных, в первую очередь, в условиях массового производства. Среди механизированных способов сварки контактная уверенно занимает первое место.

Другими областями массового применения являются производство комбайнов и тракторов, бытовых приборов, электроники, спортинвентаря и в строительстве при изготовлении строительных панелей, каркасов. Отдельное место точечная и шовная сварка занимает при изготовлении металлоконструкций ответственного назначения, например, при производстве современных авиалайнеров.

В приборостроении при помощи этого вида сварки изготавливают чувствительные элементы, корпуса приборов, реле. В электронике при изготовлении выводов интегральных схем, проводников, электронно-оптических систем.

Рельефную сварку используют при изготовлении арматуры железобетона, сеток, решёток, соединений крепёжных деталей и штуцеров, шипов с листами, тормозных колодок автомобилей, сепараторов шарикоподшипников и т.д.

При помощи шовной контактной сварки можно получить прочные соединения, работающие при высоком давлении и в условиях глубокого вакуума, к примеру, топливные баки автомобилей и сельхозтехники, барабаны стиральных машин, корпуса холодильников и различных ёмкостей (огнетушителей, бидонов, сифонов и др.). При этом, скорость сварки герметичных швов достигает 10-15 м/мин.

Сварка инвертором

Связать элементы из нержавеющей стали инверторной сваркой с использованием покрытых электродов – очень распространённый метод, если нет требования к качеству шва.

Для решения бытовых задач (сваривание кастрюль, подвальных стеллажей) это самый бюджетный способ. Основной элемент не агрегат, а электроды. От правильного вида зависит результат.

Спецэлектрод по нержавейкам, имеет в своем составе особенную обмазку, выполняющую роль флюса. Качественные, свежие спецэлектроды дадут крепкий шов. Он будет достаточно устойчивые к ржавчине и скачков температур.

Рекомендуем марки: ОЗЛ-6, ОЛИВЕР 29.9, НЖ-13, они на практике дали лучший результат. Конечно, список можно продолжать.

Учтите некоторые моменты при сварке:

• постоянный ток;
• обратная полярность;
• пониженный ампераж.

От вас зависит равномерно и плавность сваривания металла. Учитывая, что электроды имеют малый диаметр и невысокую тепловую энергию.

Не рекомендуем экспериментировать с апмеражем. Такой тип сварки не предусматривает высоких значений. НС имеет низкую теплопроводимость и применять высокий ток приведет к деформациям.

В некоторых ситуациях возможно откалывание больших кусков заготовок. Будьте внимательны — стержни для нержавеющей стали плавятся быстро, по сравнению с другими электродами.

Как и при других сварочных работах, достигнуть лучшего качества и сохранить необходимые свойства поможет охлаждение. Рекомендуем воспользоваться холодным воздухом.

Таким способом деталь охладиться постепенно и равномерно с минимальной деформацией шва. Если качество не выступает целью работы, достаточно будет применить холодную воду.

Если возникла задача сварить тонкую «нержавейку» и шов нужен эстетичный, примените аргонную сварку.

Сварочный процесс: схема изготовления

При самостоятельной сборке аппарата необходимо учитывать закон Джоуля-Ленца (Q=I² Х R Х t), в котором говорится: тепловая энергия выделяется в проводниках в определённом количестве пропорционально их сопротивлению, коэффициенту силы тока во времени и в квадрате.

Специалисты советуют уделять должное внимание самодельному механизму, учитывать большую потерю энергии в тонких проводах, использовать электроцепь высокого качества.

Виды контактной сварки:

В точечной сварке технология аппарата основана на тепловом воздействии тока. Это обеспечивает сварку детали как в одной, так и в нескольких точках.

Размер и особенности структуры контактной поверхности электрода имеют отличия. Это влияет на уровень прочности соединений.

Перечислим несколько существующих ступеней в технологии точечной сварки:

1. Совмещаемые компоненты соединяются и размещаются между электродами устройства. Следует расположить компоненты плотно прилегая друг к другу. Это обеспечит формирование уплотняющего пояса возле расплавленного ядра, что не позволит выплёскивание раскалённого метала во время импульса.
2. Следующий шаг – нагревание деталей. Они становятся термопластичны, что даёт возможность их видоизменения. Сделать сварку высокого качества возможно в домашних условиях, главное – соблюдать ключевые принципы технологии: поддерживать скорость движения электродов, постоянную величину давления и плотное соединение всех частей.

Схема сборки агрегата своими руками

Через диодный мост (выпрямительный) проводится первичная обмотка, затем подключается к источнику напряжения. С тиристора идёт сигнал на мостовую диагональ. Тиристор управляется специальной кнопкой для запуска. Конденсатор подключают к тиристору, точнее к его сети, к диодному мосту, затем его выводят на обмотку (первичную). Чтобы зарядить конденсатор, включается вспомогательная цепь с диодным мостом и трансформатором.

Как источник импульса, используют конденсатор, его емкость должна быть 1000-2000 мкФ. Для конструкции системы производится трансформатор из сердечника типа Ш40, требуемый размер 7 см. Чтобы сделать первичную обмотку, нужен провод диаметром 8 мм, который обматывается 300 раз.

Когда работа будет требовать соединения заготовок до 0,5 см, стоит применить кое-какие коррективы в схему конструкции. Для более удобного управления сигналом, используют пусковик серии МТТ4К, он включает параллельные тиристоры, диоды и резистор. Дополнительное реле позволит корректировать рабочее время.

Такая самодельная конденсаторная сварка, работает при следующей последовательности действий:

1. Нажимаем пусковую кнопку, она запустит временное реле;
2. Трансформатор включается с помощью тиристоров, после реле отключается;
3. Резистор используют для определения длительности импульса.

Точечная

Точечная контактная сварка представляет собой соединение деталей контактным способом в отдельных ограниченных зонах контакта, называемых сварными точками. Точечную сварку используют в работах с тонкими листами металлов, чаще всего стали и ее сплавов, а также листовым прокатом титана и алюминия, сварке пластин из магниевых и медных сплавов, применяемых в авиа- и судостроении, приборостроении, в автомобильной промышленности, производстве изделий бытового предназначения и т.п.

Для точечного способа соединений ГОСТ 15878-79 «Контактная сварка…» допускает небольшие толщины соединяемых заготовок – от 0,3 до 6,0 мм. Однако при использовании специального оборудования может выполняться монтаж стальной стержневой конструкции из арматуры диаметром стержней от 16 до 22 мм.

Точечный метод является наиболее распространенным способом КС, на его долю приходится порядка 80% всех соединений, выполненных контактной сваркой.

На рис. ниже приведена принципиальная схема точечной сварки и показан сварочный аппарат для выполнения сварочных операций точечным методом.

При точечной КС свариваемые детали (поз. 2 на рис. 4) соединяются внахлест. Детали размещаются между двумя медными электродами, один из которых выполняет функцию прижимного электрода (поз. 1), другой – опорного электрода (поз. 3). После поджатия электродов усилием Р через них пропускается электроток от трансформатора (поз. 4) или другого источника электроэнергии. Образовавшаяся сварная точка по характеру аналогична механической заклепке и не уступает ей в надежности соединения.

В зависимости от схемы расположения электродов различают следующие виды точечной КС (см. рис. ниже):

• поз. (а) двустороннюю точечную сварку, при которой обе детали (1 и2 на схеме а) прижаты между вертикальными электродами,
• поз. (б) – одностороннюю точечную сварку, характеризующуюся фиксацией обоих электродов на верхней детали 3, уложенной поверх детали 4. Медная подкладка 5 предусмотрена для увеличения силы тока, нагревающего зону контакта.

Схемы односторонней и двусторонней точечной КС.

Шовная(роликовая) сварка

Шовная сварка отличается от предыдущих двух такими моментами: свариваемые детали закрепляют внахлёст, и электродами служат ролики, сделанные из медного сплава.

Подача большого тока происходит точно так же, посредством подачи напряжения на плечи автомата через гибкие шины от вторичной обмотки трансформатора.

Однако у шовной сварки есть и отличие от предыдущих двух: у аппарата шовной сварки имеется механизм принудительного вращения роликов. После плотного прижимания свариваемых деталей друг к другу, механизм привода проворачивает ролики, и те, перемещая свариваемые детали на рабочем столе, проваривают сплошную сварную линию, соединяя детали друг с другом.

Таким образом, электрическая контактная сварка основана на принципе выделения тепла из-за большого сопротивления в зонах контакта электрода и металла, а затем последующего обжимания расплавленных участков. «Осадка» этих участков происходит ещё некоторое время после отключения тока, до определённого застывания металла.

Давление прижимания контактных зон торцами зажимов или электродов зависит от свойств самого металла.

Разогрев металлических деталей в электрической контактной сварке производится токами высокого уровня, достигающего до 50 тысяч ампер. Напряжение же, нужное для контактной сварки, обычно составляет от 2 до 6 вольт.

Поэтому для электрической контактной сварки, во-первых, требуются мощные источники питания. А, во-вторых, для получения токов с такими необычными параметрами, требуются источники питания весьма специфического качества.

Поэтому в аппаратах электрической контактной сварки используют понижающие трансформаторы с большим коэффициентом трансформации: вторичная обмотка такого трансформатора состоит из одного витка. Таким путём происходит резкое уменьшение напряжения, и во столько же раз увеличивается сила тока.

Иногда в аппаратах электрической контактной сварки применяют метод прерывистого оплавления. При такой методике стержни электродов сближаются и легко прижимают металл многократно, от 3 до 20 раз. Подобное «поклёвывание» сварочной зоны успешно разогревает и оплавляет участки контакта, но этому способу достаточно тока меньшей плотности, отсюда ток той же мощности становится способным сваривать более толстый металл или арматуру большего диаметра.

Выводы

Электрическая контактная сварка на сегодняшний день занимает значительную производственную нишу. Будучи изобретённой почти сто лет тому назад, электрическая контактная сварка не только не потеряла своих приоритетов в сварочном деле, но в эпоху развития компьютерных технологий приумножила и развила новые, более совершенные технологии, активно внедряясь в массовое и серийное производство разнообразных изделий однотипного формата.

Она применяется как в строительстве для производства крупногабаритных изделий и конструкций, так и при изготовлении самых малых полупроводниковых микросхем и устройств. Например, контактная рельефная сварка востребована при креплении кронштейнов к деталям листообразной формы — скобы к капоту автомобиля, сварка проволоки и тонких деталей в радиоэлектронике.

Шовная сварка используется при производстве разнообразных герметичных емкостей, например, летательных аппаратов и топливных баков автомобилей, емкостей и камер бытовой техники. Потенциальные возможности электрической контактной сварки весьма значительны.

В настоящее время очень широко используется применение промышленных роботов. Их применение для автоматизации контактной сварки открывает возможности не только повысить экономическую эффективность производства, но и значительно улучшить качество готовой продукции.

На сегодняшний день, автоматизация контактной сварки является одним из основных направлений в робототехнике. Важнейшая задача, которую решает промышленный робот, выполняющий точечную сварку, это полное освобождение человека от монотонного и очень тяжелого труда.

Поэтому следует как можно активнее внедрять применение роботов для автоматизации контактной сварки. Это позволит нам избавиться от производственного брака, полностью исключив человеческий фактор. Роботы для контактной сварки обеспечивают высокую производительность, при этом, нет необходимости в использовании специализированных технологических материалов.

Однако, несмотря на достигнутые успехи в области внедрения электрической контактной и в первую очередь точечной сварки, дальнейшее расширение области ее применения сдерживается рядом факторов, например низкими циклическими характеристиками соединений, выполненных контактной сваркой, а также сложностью антикоррозионной защиты.

К недостаткам электрической контактной сварки относится большой вес сварочных аппаратов и потребность их в больших токах, что привязывает данный вид оборудования только к стационарным условиям эксплуатации.

studfiles.net