Медные электроды для контактной сварки

Обновлено: 08.05.2024

Сварка контактным способом имеет свои особенности процесса технологии, а электроды для контактной сварки обладают отличием от обычных расходных элементов, помогающим осуществить этот процесс.
В частности, особым должен быть материал электродов для контактной сварки. Конструкция и материал электродов определят качество соединения деталей.

Контактная сварка

Такая востребованная технология, как сварка изделий контактным способом, применяется при профессиональных работах и в бытовых условиях. Ее суть заключается в том, что соединение деталей происходит под влиянием не только нагревания, но и давления.

Этот вид сварки применим для тонких изделий методом внахлест. Электроды для точечной сварки нельзя использовать для других видов сварочных работ. При работе они устанавливаются в специальные приспособления - электродержатели. Основным достоинством контактной сварки является высокая производительность, а также небольшой износ используемых электродов, и невысокое энергопотребление.

Конструкция электродов

Электроды для контактной точечной сварки конструктивно состоят из рабочей части, средней части, имеющей форму цилиндра, и посадочной части. Рабочая часть у разных видов электродов может быть плоской или иметь сферическую поверхность. Диаметр окружности плоской рабочей поверхности или радиус сферы следует выбирать в зависимости от толщины соединяемых деталей и от материала электрода. Угол конуса рабочей части электрода, как правило, составляет 30 градусов.

От средней части зависит прочность электрода. Диаметр этой части, и ее длина выбирается производителями из размерного ряда, установленного нормативными документами в соответствие с тем, какое значение имеет наибольшее усилие сжатия. Диаметр электрода должен быть в два раза больше, чем суммарная толщина соединяемых деталей.

Для плотной установки в электродержатель посадочная часть имеет небольшую конусность. Это является предотвращением протечки охлаждающей воды. Уклон зависит от диаметра электрода, так же, как и длина посадочной части.

Однако, прямолинейная форма иногда не позволяет осуществлять контактную сварку в труднодоступных местах, а также в том случае, если изделие имеет сложную конструкцию. Поэтому производителями изготавливаются электроды контактной сварки различной формы. Такая искривленная конфигурация позволит осуществлять сварку в глубине конструкции. Это позволяет сделать грамотный выбор для конкретного вида предстоящей работы.

Материалы электродов

Результат сварочного процесса в большой степени зависит от того, какие выбраны материалы для электродов контактной сварки. Выбранный материал должен иметь характеристики, которые позволят выдержать повышенные нагрузки, такие как перегрев, расплав и окисление. При этом форма электрода должна оставаться неизбежной, чтобы образуемые точки продолжали оставаться качественными.

Основной материал при изготовлении - это медь. Но в чистом виде этот элемент не используется, поскольку ему не хватает жаропрочности. Также медь не является достаточно пластичной. Ей не хватает достаточной упругости, чтобы восстанавливать свою изначальную форму после окончания процесса сварки.

Поэтому при изготовлении этих расходных элементов добавляются такие элементы, как хром, цинк, магний. Свою высокую электропроводность электроды не теряют, поскольку основной составной частью служит медь, но добавки придают улучшенные эксплуатационные характеристики. Кремний, железо и никель способствуют увеличению твердости электродов.

Интересное видео

Электроды для сварки меди

Медь и сплавы, в которых она является основой, - достаточно проблематичные материалы, когда заходит речь об их сварке. Трудности могут появиться вследствие того, что существует большая вероятность возникновения такого дефекта, как поры. Это объясняется высокой степенью активности меди при взаимодействии с газами, в частности кислородом и водородом.

Применяемые электроды

Из всего многообразия электродов по меди следует делать выбор в зависимости от способов сварки. Также учитывается толщина свариваемых изделий.

Комсомолец-100

Это наиболее часто применяемый вид электродов для работы с технически чистыми марками меди ручным дуговым способом. При работе с ними следует выбирать постоянный ток и устанавливать обратную полярность. Сварка производится с предварительным нагревом деталей.

Стержень Комсомольца-100 выполнен из проволоки марки М1, а покрытие называется специальным. Размер поперечных сечений - 3,0; 4,0; 5,0 миллиметров. При увеличении размера увеличивают значение величины тока.

Для обеспечения одного килограмма наплавленного металла потребуется 1,6 килограмма электродов. Основу химического состава электродов Комсомолец-100 составляет медь. Также в незначительных количествах там присутствуют такие элементы, как марганец, кремний и железо.

Медные электроды марки Комсомолец-100 используют для сварки в нижнем и вертикальном положении шва. Могут быть использованы также для соединения медных изделий с выполненными из стали.

ОЗБ-2М

Медные электроды для сварки меди и соединений на ее основе ОЗБ-2М имеют основное покрытие. Основу стержня электродов составляет медь. Для обеспечения одного килограмма наплавленного металла потребуется 1,4 килограмма электродов. При установлении режима выбирается постоянный ток, а полярность выставляется обратной. ОЗБ-2М выпускаются диаметрами 3,0 и 4,0 миллиметров.

К преимуществу относится возможность осуществлять сварку в различных положениях - нижнем, наклонном, горизонтальном. При вертикальном положении шва выбираются движения электрода из нижнего положения наверх. Полученный шов обладает высокой износоустойчивостью.

Такие медные электроды для контактной сварки помогут осуществить наплавку в нижнем положении при использовании постоянного тока и выставлении полярности обратного типа. Имеют специальное покрытие. Основу стержня электродов составляет медь. Для обеспечения одного килограмма наплавленного металла потребуется 1,8 килограмма электродов.

Прокалка перед сваркой должна составлять два часа. ОЗБ-3 выпускаются диаметрами 4,0 и 5,0 миллиметров. Сварочный процесс должен осуществляться только в нижнем положении. Такой вид электродов также может использоваться для работ с бронзовыми изделиями.

АНЦ/ОЗМ-2

Специфика этих электродов заключается в том, что их можно использовать исключительно для сварки изделий из чистой меди без примесей. Содержание кислорода не должно превышать одну сотую процента.

Вид покрытия - специальный. Применяются при сварке внизу, а также под наклоном. Для сварки одного кило меди потребуется 1,5 килограмма расходняков. Детали небольшой толщины допустимо предварительно не нагревать. Ток должен быть постоянным. Полярность выставляется обратной. Размеры поперечных сечений - 4,0; 5,0; 6,0 миллиметров.

Прокалка перед сваркой должна составлять полтора часа. Для обеспечения одного килограмма наплавленного металла потребуется 1,6 килограмма этих расходняков.

АНЦ/ОЗМ-3

Так же, как и предыдущий вид электродов, используется для сварки чисто медных изделий с содержанием кислорода не более 0,01%. Для обеспечения одного килограмма наплавленного металла потребуется 1,8 килограмма электродов. Значения поперечных сечений - 4,0 и 5,0 миллиметров.

АНЦ/ОЗМ-3 во время процесса сварки должны совершать небольшие колебательные движения поперек направления шва. Если свариваются детали толщиной менее десяти миллиметров, то предварительный нагрев не требуется. Обязательное прокаливание займет два часа.

Сварка проводов из меди

С помощью медно-графитового электрода можно соединять провода из меди. Электрод для сварки медных проводов внутри имеет стержень из графита. Отличительная особенность таких электродов состоит в том, что они не плавятся при сварочном процессе. Сварной шов на медных проводах обладает стойкостью к коррозии и действию повышенной температуры.

Правильное использование

Недостаточно грамотно выбрать электроды для меди, следует разобраться в правилах их использования. Чтобы шов соответствовал всем требованиям, необходимо учитывать свойства меди.

Медь обладает такой характеристикой, как текучесть. Сразу после начала процесса плавления исчезает ее твердая форма. Кроме этого меди свойственна повышенная теплопроводность. Тепло через медь проходит гораздо быстрее, чем через другие металлы, что может привести к образованию прожогов.

Также следует учитывать, что вследствие существенно повышенной активности при взаимодействии с газами возможно образование пор и даже горячих трещин.

Поэтому так важен установленный правильно режим сваривания и проведение подготовительных работ. Перед началом сварочного процесса необходима закалка электродов не менее одного часа. Также следует подготовить свариваемые детали: очистить их от загрязнений, следов краски и масел, и разделать их кромки.

При работе электроды для пайки меди следует водить со средней скоростью. Формирование шва должно происходить равномерно, чтобы исключить прожоги, наплывы и непровары. Силу тока устанавливают на 10% меньше, чем обычно.

Правильное использование включает в себя регулярную заточку медных электродов. Инструмент для заточки медных электродов предназначается для того, чтобы зачищать контактную поверхность электродов от нагара.

Сварочные электроды своими руками

Нельзя пожаловаться на небольшой выбор электродов в специализированных магазинах, однако существует такая интересная возможность, как сделать электроды для сварки своими руками. Изготавливая электроды для сварки своими руками, появляется возможность лучше разобраться в их устройстве, что не будет лишним при проведении сварочных работ.

Необходимые материалы

Чтобы начать изготавливать самодельные электроды для сварки, надо позаботиться о том, чтобы в наличии были все необходимые для этого материалы. К ним относятся:

Проволока, изготовленная из стали с низким содержанием углерода. Ее диаметр не должен быть слишком большим.
Жидкое стекло, играющее роль связующего звена.
Порошок из мела или известняк.
Также понадобятся малярная кисточка или валик.

Поподробнее следует рассказать о жидком стекле. Оно представляет собой силикатный клей, который является универсальным вспомогательным средством во многих областях промышленности и в быту. Основу жидкого стекла составляет раствор в водно-щелочном растворителе силиката натрия или калия.

Используется свойство силикатного клея хорошо прилипать к поверхности и образовывать там пленку, обеспечивающую надежную защиту от влаги. Жидкое стекло является безопасным для человека. Диаметр выбранной проволоки для того, чтобы правильно изготовить сварочные электроды своими руками должен находиться в пределах 2-3 миллиметров. Проволока продается в виде мотков в строительных магазинах.

В дальнейшем, изготавливая самодельные электроды, моток проволоки придется нарезать на куски длиной порядка 25 сантиметров. Перед нарезкой проволоку необходимо выровнять. Обмазка для электродов состоит из двух составляющих - мела и жидкого стекла. Если мел имеется в виде кусков, то предстоит растолочь его до состояния порошка. Его частицы должны быть мелкими и однородными. Это можно делать вручную или с помощью блендера.

Процесс изготовления

Если нарезана проволока и измельчен мел, то можно приступать к изготовлению электродов. Разбираясь, как сделать электрод, следует понимать, что предварительно смешивать порошок мела и силикатный клей не обязательно.

Следует взять кусок проволоки, положить его на ровную горизонтальную поверхность, и обмазать набранным из банки с помощью кисти жидким стеклом. Обмазанные прутья следует поместить в мел, можно неоднократно. Нанесение должно носить равномерный характер. Один из концов проволоки длиной порядка 3-3,5 сантиметра надо оставлять необмазанным.

Вторым способом является предварительное приготовление обмазки, которую можно получить, смешав растолченный мел и жидкое стекло в виде силикатного клея. Проволоку следует окунать в эту смесь и медленно извлекать из нее, держась за сухой конец. Сушить обмазанные электроды удобно на бельевой веревке с помощью прищепок в вертикальном положении.

После того, как обмазка окончательно высохнет, полученный самодельный электрод необходимо подвергнуть прокалке. Осуществлять прокаливание следует в электрической духовке, включив режим проветривания. Время этого процесса составляет не менее получаса, а температура должна быть приблизительно 100 градусов. Это позволит обмазке загустеть и образовать прочную оболочку.

Прекрасно, если полученные электроды можно будет тут же проверить на имеющемся оборудовании, и при необходимости внести в процесс изготовления коррективы.

Электроды для алюминия

Сварка изделий из алюминия является непростым делом и имеет свои особенности. На поверхности этого металла имеется оксидная пленка, что вносит свои трудности при работе с этим металлом. Быстрое окисление алюминия ведет к образованию тугоплавкой пленки, что препятствует образованию цельного шва на соединениях.

Присутствие в сплавах на основе алюминия такого элемента, как кремний, приводит к формированию трещин между кристаллами металла. Возникновение шлака при остановках техпроцесса приводит к затруднению вторичного разжигания дуги. Сварочный валик при затвердевании может потерять свою форму вследствие высокого значения коэффициента линейного расширения.

Чтобы получить качественный результат, используя электроды по алюминию своими руками, необходимо тщательно очистить поверхности соединяемых алюминиевых деталей. Это можно сделать с помощью различных растворителей типа технического спирта. Также помогут щелочные ванны.

Если изготавливаются электроды по алюминию для дуговой сварки своими руками, то при их использовании необходимо обращать внимание на значении выставленного на оборудовании тока. Он должен быть минимальным.

Чтобы получить электроды для сварки алюминия своими руками, надо подготовить проволоку, изготовленную из алюминия, диаметр которой не превышает 4 миллиметра, и нарезать ее на отрезки длиной приблизительно 20-25 миллиметров. По своему усмотрению можно немного скорректировать эти значения.

Затем следует приступить к приготовлению обмазки. Для этого тщательно измельченный мел, обычно белого цвета, надо смешать с приобретенным в магазине силикатным клеем, называемым часто жидким стеклом. Эту смесь следует перемешать до получения жидкой консистенции. Затем надо начинать обмакивать в ней поочередно нарезанные прутки, оставляя сухим небольшой конец. Толщина покрытия не должна превышать два миллиметра и за этим необходимо тщательно следить.

Далее электроды следует оставлять на просушку, дождавшись, чтобы покрытие в виде обмазки прочно затвердело. Прокаливание самодельных алюминиевых электродов надо проводить в течение двух часов при температуре не меньше, чем 200 градусов.

Сварку с помощью алюминиевых электродов надо проводить, используя постоянный ток, установив на применяемом оборудовании обратную полярность. Если предполагается сваривать толстостенные изделия, то проволоку для изготовления электродов надо выбирать большого диаметра.

Угольный электрод

Изготавливая угольный электрод своими руками, в качестве основного стержня следует выбирать пруток, изготовленный из угля или кокса. Могут быть включены и другие добавки. Процесс изготовления разделяется на приготовлении смеси, ее формирования и просушки.

Оцинковка

Цинковый электрод служит источником электронов при гальванизации, которые поступают во внешнюю цепь. Цинковый электрод при этом считается отрицательным. В качестве положительного элемента выступает медный электрод.

Чтобы выполнить цинковый электрод своими руками, придется совершить ряд особых действий. Нанесение цинкового покрытия особо сложным не является. Цинк для этого можно взять из солевых батареек, удалив из их корпуса все ненужное. При работе цинковый электрод необходимо оборачивать тряпкой или диском из ваты.

Точечная контактная сварка

Точечная или иначе контактная сварка - это надежный метод соединения металлических деталей, совпадающих по конфигурации и составу. Их соединение осуществляется вследствие мгновенных касаний электродом, при которых происходит сильное разогревание поверхности в этом месте. Благодаря простоте процесса и небольшим затратам на расходные материалы в виде электродов, такой способ соединения приобрел большую популярность.

Точечная сварка может применяться только для соединения деталей небольшой толщины. Электроды, применяемые для контактной сварки, по внешнему виду имеют большое отличие от обычных видов расходников. Электроды для точечной сварки своими руками выполняются с учетом специфики этого способа сварочного процесса. Материал для их изготовления следует подбирать подобный тому, из которого состоят соединяемые изделия. Схожий состав необходим для получения качественного результата.

Наиболее часто бывают нужными электроды прямой формы. Однако, в некоторых случаях, например, для работы в труднодоступных местах, требуются электроды сложной формы.

Изготавливая электроды для контактной сварки своими руками, предварительно надо выполнить их модель в полную величину. Это позволит еще на стадии проектирования учесть все имеющиеся недочеты.

Электроды для контактной сварки. Характеристики рекомендуемых сплавов

Точечная сварка, благодаря появлению компактных ручных аппаратов типа BlueWeldPlus, становится популярной не только при промышленных масштабах применения, но и в быту. Слабым местом такой технологии являются электроды для контактной сварки: их низкая стойкость во многих случаях отпугивает потребителя.

Причины недолговечности электродов контактной электросварки

Процесс контактной сварки состоит из следующих стадий:

Предварительной подготовки поверхности соединяемых деталей – она должна быть непросто очищена от загрязнений и окислов, но и очень ровной, чтобы исключить неравномерность возникающего напряжения электрического поля.
Ручного или механического прижима свариваемых изделий – с увеличением усилия прижима растут интенсивность диффузии и механическая прочность сварного шва.
Локального расплавления металлов в зоне прижима теплом электрического тока, в результате чего формируется сварочное соединение. Прижим электродов на этой стадии препятствует образованию сварочных брызг.
Отключения тока и постепенного остывания сварного шва.

Таким образом, материал электродов для контактной сварки претерпевает не только значительные термические напряжения, но и механические нагрузки. Поэтому к нему предъявляется ряд требований – высокая электропроводность, высокая термическая стойкость (в том числе – и от постоянных колебаний температуры), повышенные значения предела прочности на сжатие, малый коэффициент теплоёмкости. Таким комплексом свойств обладает ограниченное число металлов. В первую очередь – это медь, и сплавы на её основе, однако и они не всегда удовлетворяют производственным требованиям.

В связи с постоянным повышением энергетических характеристик производимых сварочными клещями для точечной сварки многие торговые марки ориентируют потребителя на применение только «своих», фирменных электродов, что не всегда соблюдается. В результате снижается качество сварных швов, получаемых по такой технологии, подрывается доверие к самому процессу контактной электросварки.

Преодоление указанных проблем производится двумя путями: совершенствованием видов и конструкций сварочных электродов для точечной сварки, и разработкой новых материалов, используемых для изготовления таких электродов. Для частных пользователей имеет значение также и цена вопроса.

Согласно ГОСТ 2601, критерием качества готового шва является его прочность на разрыв или сдвиг. Она зависит от интенсивности тепловой мощности в зоне электрического разряда, а потому связывается в первую очередь с теплофизическими характеристиками материала электродов.

Использование медных электродов малоэффективно по двум причинам. Во-первых, медь, являясь высокопластичным металлом, не обладает достаточной упругостью, чтобы в период между рабочими циклами полностью восстановить геометрическую форму электродов. Во-вторых, медь весьма дефицитна, а частая замена электродов обуславливает и высокие финансовые затраты.

Попытки использовать более твёрдую, упрочнённую медь успеха не имеют: для нагартованного материала параллельно с повышением твёрдости снижается температура рекристаллизации, поэтому с каждым рабочим циклом износ рабочего торца электрода для контактной сварки будет возрастать. Поэтому практическое применение получили медные сплавы с добавлением ряда других металлов. В частности, введение в медный сплав кадмия, бериллия, магния, цинка и алюминия мало изменяет показатель теплопроводности, зато улучшает твёрдость при нагреве. Стойкость электрода от динамических тепловых нагрузок увеличивают железо, никель, хром и кремний.

При подборе оптимального материала сварочных электродов для контактной сварки ориентируются на показатель удельной электропроводности сплава. Чем меньше он будет отличаться (в меньшую сторону) от электропроводности чистой меди – 0,0172 Ом·мм 2 /м, тем лучше.

Наиболее эффективную стойкость против износа и деформации показывают сплавы, в состав которых входят кадмий (0,9…1,2%), магний (0,1…0,9%) и бор (0,02…0,03%).

Выбор материала для электродов точечной сварки зависит также и от конкретных задач процесса. Можно выделить три группы:

Электроды, предназначенные для проведения контактной сварки в жёстких условиях (непрерывное чередование циклов, поверхностные температуры до 450…500ºС). Их изготавливают из бронз, содержащих хром и цирконий (Бр.Х, Бр.ХЦр 0,6-0,05. В эту же группу включают никель- кремнистые бронзы (Бр.КН1-4), а также бронзы, дополнительно легированные титаном и бериллием (Бр.НТБ), используемые для точечной сварки нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов.
Электроды, применяемые при контактных температурах на поверхности до 250…300ºС (сварка обычных углеродистых и низколегированных сталей, медных и алюминиевых изделий). Их производят из медных сплавов марок МС и МК.
Электроды для относительно лёгких режимов эксплуатации (поверхностные температуры до 120…200ºС). В качестве материалов применяется кадмиевая бронза Бр.Кд1, хромистая бронза Бр.Х08, кремненикелевая бронза Бр.НК и др. Такие электроды могут использоваться также и для роликовой контактной электросварки.

Следует отметить, что по убыванию удельной электропроводности (по отношению к чистой меди) эти материалы располагаются в следующей последовательности: Бр.ХЦр 0,6-0,05→МС→МК→Бр.Х→Бр.Х08→Бр.НТБ→Бр.НК →Бр.Кд1→Бр.КН1-4. В частности, разогрев до требуемой температуры электрода, изготовленного из бронзы Бр.ХЦр 0,6-0,05 произойдёт примерно вдвое быстрее, чем полученного из бронзы Бр.КН1-4.

Конструкции электродов

Наименее стойким местом электрода является его сферическая рабочая часть. Электрод бракуется, если увеличение размеров торца превышает 20% от первичных размеров. Конструкция электродов определяется конфигурацией свариваемой поверхности. Различают следующие исполнения инструмента

С цилиндрической рабочей частью и конической посадочной частью.
С коническими посадочной и рабочей частью, и переходным цилиндрическим участком.
Со сферическим рабочим торцом.
Со скошенным рабочим торцом.

Кроме того, электроды могут быть сплошными и составными.

При самостоятельном изготовлении (либо перезаточке) рекомендуется выдерживать следующие соотношения размеров, при которых инструмент будет обладать максимальной стойкостью:

Для расчёта диаметра электрода d пользуются зависимостью Р = (3…4)d 2 , где Р – фактически необходимое сжатие электродов при проведении процесса контактной электросварки. В свою очередь, рекомендуемые значения давления осадки, при котором получаются наиболее качественные соединения, составляет 2,5…4,0 кг/мм 2 площади получаемого сварного шва;
Для электродов с конической рабочей частью оптимальный угол конусности варьируется от 1:10 (для инструмента с диаметром рабочей части до 30…32 мм) до 1:5 – в противоположном случае;
Выбор угла конуса определяется также и наибольшим усилием сжатия: при максимальных усилиях рекомендуется принимать конусность 1:10, как обеспечивающую повышенную продольную стойкость электрода.

Основные формы электродов для контактной сварки устанавливает ГОСТ 14111, поэтому, применяя те или иные соотношения размеров, следует учитывать размеры посадочного пространства под инструмент для конкретной модели машины контактной сварки.

Значительную экономию материала даёт применение составных конструкций. При этом для изготовления корпуса применяют материалы с высокими значениями электропроводности, а съёмную рабочую часть изготавливают из сплавов с высокой твёрдостью и износостойкостью (в том числе и термической). В частности, подобным сочетанием свойств обладают металлокерамические сплавы от швейцарской фирмы АМРСО марок A1W или A1WC, содержащие 56% вольфрама и 44% меди. Их электропроводность достигает 60% от электропроводности чистой меди, что определяет малые потери на нагрев при выполнении сварки. Рекомендуемым материалом могут быть и бронзовые сплавы с добавками хрома и циркония, а также вольфрам.

Электроды для контактной сварки лёгких сплавов, где не требуется значительного усилия прижима, выполняют со сферической рабочей частью, а для контактных губок аппаратов точечной электросварки целесообразно применять кремнистые бронзы.

Механические характеристики электродов должны находиться в следующих пределах:

Твёрдость по Бринеллю, НВ – 1400…2600;
Модуль Юнга, ГПа – 80…140;
Предельный изгибающий момент, кгсм – не ниже 750…800.

Конструкции электродов всегда должны быть полыми, для обеспечения эффективного охлаждения.

Читайте также: