Подготовка поверхности к контактной сварке

Обновлено: 20.09.2024

Качество сварных соединений существенно зависит от подготовки к сварке. Основные этапы подготовки деталей: придание деталям необходимой формы в местах сварки (при стыковой и рельефной сварке); подготовка поверхности деталей; сборка деталей под сварку.

При стыковой сварке форма и размеры соединяемых деталей должны обеспечивать надежное закрепление их в зажимах машины и подвод тока вблизи зоны сварки. Для создания условий равномерного нагрева и одинаковой пластической деформации обеих деталей форму и размеры сечения их вблизи стыка выполняют по возможности одинаковыми. Разница в диаметрах свариваемых деталей должна быть не более 15%, а по толщине — 10%. При большей разнице сечения деталь (заготовка) большего диаметра должна быть обработана на определенной длине до диаметра детали меньшего сечения.

Для получения заданной длины сваренных деталей предусматривают припуски на сварку (подогрев, оплавление, осадку). Величину припуска устанавливают опытным путем при отработке режима сварки и получения соединения требуемого качества. На заготовки рекомендуется наносить установочные риски, которые должны совпадать с торцом зажимов машины. Концы трубчатых и профильных заготовок рекомендуется калибровать в штампе для совмещения сечений при установке в зажимах машины.

Соединяемые торцы должны быть перпендикулярны оси заготовок и иметь шероховатость поверхности не ниже 4-го класса (ГОСТ 2789—73) для сварки сопротивлением и 1-й класс для сварки оплавлением. Подготовку торцов к сварке выполняют резкой на ножницах, пилах, металлорежущих станках, а также с помощью плазменной и газовой резки с последующим удалением металла зоны термического влияния обработкой резанием. Плоские торцы деталей при сварке сопротивлением необходимо точно подгонять, в противном случае затрудняется равномерный нагрев зоны сварки, поэтому их обрабатывают на конус (усеченный конус) или сферу. Такая подготовка торцов локализирует нагрев и способствует удалению окислов из стыка.

Поверхность деталей на установочной длине и в месте контакта с токоподводящими губками машины зачищают от окислов и других загрязнений. При плохой зачистке возрастают потери мощности, ухудшается качество соединений и увеличивается износ губок. Для зачистки поверхности используют дробеструйную, гидропескоструйную обработку, наждачные круги и металлические щетки, а также травление в специальных растворах. Заготовки из цветных сплавов обрабатывают травлением или зачищают стальными проволочными щетками.

При рельефной сварке деталям в месте соединения придают соответствующую форму (см. рис. 9, б). При толщине деталей 1,2 мм соответственно ±0,15 и ±0,12 мм. Получение рельефов рационально совмещать со штамповкой деталей, подлежащих сварке.

К состоянию кромок и поверхности деталей, соединяемых рельефной сваркой, предъявляются повышенные требования. Наличие заусенцев на кромках и выпуклостей на поверхности деталей может привести к случайным контактам, шунтированию тока и ухудшению качества соединений.

Требования к шероховатости поверхности деталей при рельефной сварке такие же, как при точечной и шовной сварке.

При точечной и шовной сварке от состояния поверхности деталей (шероховатость, окислы, загрязнения) существенно зависит качество соединений и стойкость электродов. Поверхность деталей перед сваркой очищают от жира, краски и других загрязнений. Обезжиривание поверхности выполняют ацетоном, бензином и другими растворителями, а также путем обработки в специальных растворах. Для деталей из коррозионно-стойких сталей, жаропрочных и титановых сплавов, не подвергаемых термической обработке, не требуется никакой подготовки, кроме обезжиривания. В серийном и массовом производстве (автомобиле- и вагоностроении) подготовка поверхности деталей из холоднокатаной стали не требуется, так как тонкий слой масла практически не влияет на процесс сварки и ведет лишь к увеличению износа электродов.

С поверхности деталей, изготовленных из горячекатаных сталей, перед сваркой следует удалять окалину. Это может быть выполнено путем травления в специальных растворах (обычно водных растворах кислот) или механической обработки: гидропескоструйной, дробеструйной, абразивной и т. п.). После механической обработки с поверхности деталей должны быть удалены остатки песка и абразивной пыли. Поверхность в местах сварки должна иметь равномерный металлический блеск или матовый оттенок.

В некоторых случаях при снижении требований к стабильности рельефной сваркой можно соединять детали из горячекатаной стали без очистки поверхности от окалины. Деформация металла при смятии рельефа облегчает разрушение окалины в контакте деталей.

Более высокие требования предъявляются к качеству поверхности деталей из алюминиевых и магниевых сплавов. Целью подготовки поверхности под сварку является удаление без повреждения металла относительно толстой пленки окислов с высоким и неравномерным электрическим сопротивлением. Окислы можно удалять механической зачисткой проволочной щеткой или абразивным полотном, а также химическим травлением. После механической зачистки или травления в щелочных растворах происходит активация поверхности деталей и через короткий промежуток времени (несколько часов) они вновь покрываются неоднородной окисной пленой. Поэтому в состав травильного раствора вводят пассиваторы, тормозящие процесс нарастания окисной пленки. Для травления алюминиевых сплавов применяют водный раствор ортофосфорной кислоты с калиевым или натриевым хромпиком в качестве пассиватора. Порядок и режимы травления выбирают в зависимости от марки сплава, из которого изготовлены свариваемые детали.

Автор: Администрация

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Технология контактной сварки

Обработанные в таком растворе детали имеют стабильное и достаточно низкое контактное сопротивление (80-120 мкОм), которое сохраняется в течение нескольких суток. Косвенным показателем качества подготовки поверхности легких сплавов под точечную и шовную сварку служит число сварных точек, выполненных без зачистки электродов. Так, при травлении с пассивацией число точек составляет около 100 (достигает 300 точек); при механической зачистке проволочной щеткой - 15-20 точек.

Если свариваемые детали изготовлены путем обработки резанием (точение, фрезерование), то шероховатость поверхности в местах сварки допускается не ниже 4-го класса для черных металлов и не ниже 5-го класса для легких сплавов.

Выбор того или иного способа подготовки поверхности зависит от характера производства (единичное, серийное), марки металла и размеров деталей, исходного состояния поверхности и требований к качеству сварных соединений.

Сборка перед точечной, рельефной и шовной сваркой предназначена для обеспечения правильного взаимного расположения свариваемых деталей и минимальных зазоров между соединяемыми поверхностями. При сборке не допускаются грубая подгонка деталей с образованием хлопунов и больших зазоров и загрязнение нахлестки. При неправильной сборке деталей под точечную и шовную сварку (рис. 34) возникают дефекты в виде выплесков металла, прожогов, искажения формы сварного узла, которые снижают стабильность прочности и надежность соединений. Допустимые зазоры между деталями под точечную сварку после сборки и прихватки должны быть не более 0,5—0,3 мм на длине 100 мм соответственно для деталей толщиной 0,8— 3 мм. Для шовной сварки допустимые зазоры между деталями должны быть еще меньше. Если детали не взаимозаменяемы, то перед подготовкой поверхности необходима предварительная сборка, в процессе которой выполняют подгоночные работы. При полной взаимозаменяемости соединяемых деталей (при массовом и серийном производстве) предварительная сборка не требуется.

При сборке используют съемные болты, фиксаторы, струбцины и специальные приспособления. Сборочные приспособления, входящие в процессе сварки в рабочее пространство машины, изготовляют из немагнитных материалов. Прихватка после сборки обеспечивает жесткое закрепление деталей сварного узла и сохранение его размеров. Если с помощью сборочного инструмента и приспособлений выполнены указанные условия, то после сборки сразу приступают к сварке без операции прихватки. При точечной сварке места постановки прихваточных точек совпадают с расположением основных точек. Точки прихватки под шовную сварку должны располагаться по осевой линии шва. В зависимости от конструкции узла точки прихватки выполняют с шагом 100—200 мм; зазоры должны быть не более допустимых для сборки деталей.

Для стыковой сварки детали собирают непосредственно в зажимах машины. При сварке оплавлением непараллельность торцов деталей не должна превышать 0,5 мм; при сварке сопротивлением торцы должны плотно прилегать друг к другу.

Электроды для контактной сварки

Электроды осуществляют непосредственный контакт машины со свариваемыми деталями. В процессе сварки они сжимают детали, подводят ток, отводят теплоту, выделяющуюся в деталях, и перемещают детали (при шовной сварке). Форма и размеры рабочей поверхности, контактирующей с деталями, и конструкция электродов значительно влияют на качество соединений и производительность сварки.

При сварке электроды нагреваются до высоких температур за счет теплоты, выделяющейся в них при протекании тока, и передачи теплоты от свариваемых деталей. Переменное действие температур и усилий вызывает износ электродов, в результате чего изменяются размеры литой зоны соединений и ухудшается их качество. В связи с этим электроды, ролики и губки следует изготовлять из жаропрочного металла с высокой электротеплопроводностью. Для изготовления электродов используют специальные медные сплавы (табл. 10).

При выборе сплавов для электродов необходимо учитывать, что их электротеплопроводность должна повышаться с повышением электротеплопроводности свариваемых металлов. Для сварки с малой длительностью протекания сварочного тока («ужесточением» режима сварки) следует применять электроды из сплавов с высокой электротеплопроводностью. Применение чистой меди (Ml) для изготовления электродов не рекомендуется из-за низкой стойкости (число сварных точек до переточки).

В зависимости от конструкций электроды для точечной сварки подразделяют на прямые и фигурные. Наиболее распространены прямые электроды (рис. 35, а), которые используют при сварке деталей, имеющих свободные подходы электродов. Прямые электроды изготовляют в соответствии с ГОСТ 14111-69 диаметрами 12, 16, 20, 25, 32 и 40 мм. К фигурным относятся электроды (рис. 35, б), у которых ось, проходящая через центр рабочей поверхности, значительно смещена относительно оси посадочной части. Фигурные электроды сложны в изготовлении, менее удобны в эксплуатации и обычно имеют пониженную стойкость, поэтому такие электроды целесообразно применять, когда сварка без них неосуществима.

Посадочные части электродов и роликов должны обеспечивать надежную передачу сварочного тока и усилия от электрододержателей и валов сварочных машин. У электродов эти функции выполняет чаще всего конусная посадочная часть, хотя возможны и другие виды соединений с электрододержателей (по резьбе, по цилиндрической поверхности). У роликов электрический контакт со вторичным контуром машины обеспечивается поверхностью А (рис. 35, г), а усилия передаются поверхностью Б. С целью получения надежного электрического контакта, а в электродах также герметичного соединения посадочные поверхности должны быть обработаны не ниже 7а класса шероховатости и не должны иметь механических повреждений, окислов и других загрязнений.

При рельефной сварке применяют электроды с плоской рабочей поверхностью (рис. 35, в). Часто в одном или в обоих электродах предусматривают отверстия для размещения выступающих частей свариваемых деталей. Если свариваемая деталь, контактирующая с одним электродом, располагается в отверстии другого электрода, то для предотвращения шунтирования тока это отверстие изолируют от детали (например, текстолитовой втулкой).

Контактная сварка

Контактная сварка - это процесс образования соединения в результате нагрева металла проходящим через него электрическим током и пластической деформации зоны соединения под действием сжимающего усилия.

Родоначальник контактной сварки - английский физик Уильям Томсон (лорд Кельвин), который в 1856 г. впервые применил стыковую сварку. В 1877 г. в США Томсон самостоятельно разработал стыковую сварку и внедрил ее в промышленность. В том же 1877 г. в России Н.Н.Бенардос предложил способы контактной точечной и шовной (роликовой) сварки. На промышленную основу в России контактная сварка была поставлена в 1936 г. после освоения серийного выпуска контактных сварочных машин.

Преимущества контактной сварки перед другими способами:

Высокая производительность (время сварки одной точки или стыка составляет 0,02. 1,0 с)
Малый расход вспомогательных материалов (воды, воздуха)
Высокое качество и надежность сварных соединений при небольшом числе управляемых параметров режима, что снижает требования к квалификации сварщика
Это экологически чистый процесс, легко поддающийся механизации и автоматизации

Основные способы контактной сварки

Основные способы контактной сварки - это точечная, шовная (роликовая) и стыковая сварка.

Машины для контактной сварки

Машины для контактной сварки бывают стационарными, передвижными и подвесными (сварочные клещи). По роду тока в сварочном контуре могут быть машины переменного или постоянного тока от импульса тока, выпрямленного в первичной цепи сварочного трансформатора или от разряда конденсатора. По способу сварки различают машины для точечной, рельефной, шовной и стыковой сварки.

Любая машина для контактной сварки состоит из электрической и механической частей, пневмо- или гидросистемы и системы водяного охлаждения (рис.1).

Рис. 1. Типовые схемы машин для контактной точечной (а), шовной (б) и стыковой (в) сварки: 1 - трансформатор; 2 - переключатель ступеней; 3 - вторичный сварочный контур; 4 - прерыватель первичной цепи; 5 - регулятор; 6 - привод сжатия; 7 - привод зажатия деталей; 8 - привод осадки деталей; 9 - привод вращения роликов; 10 - аппаратура подготовки; 11 - орган включения

Электрическая часть включает в себя силовой сварочный трансформатор 1 с переключателем ступеней 2 его первичной обмотки, с помощью которого регулируют вторичное напряжение, вторичный сварочный контур 3 для подвода сварочного тока к деталям, прерыватель 4 первичной цепи сварочного трансформатора 1 и регулятор 5 цикла сварки, обеспечивающий заданную последовательность операций цикла и регулировку параметров режима сварки.

Механическая часть состоит из привода сжатия 6 точечных и шовных машин, привода 7 зажатия деталей и привода 8 осадки деталей стыковых машин. Шовные машины снабжены приводом 9 вращения роликов.

Пневмогидравлическая система состоит из аппаратуры 10 подготовки (фильтры, лубрикаторы, которые смазывают движущиеся части), регулирования (редукторы, манометры, дросселирующие клапаны) и подвода воздуха к приводу 6 (электропневматические клапаны, запорные вентили, краны, штуцера).

Система водяного охлаждения включает в себя штуцера разводящей и приемной гребенок, охлаждаемые водой полости в трансформаторе 1 и вторичном контуре 3, разводящие шланги, запорные вентили и гидравлические реле, отключающие машину, если вода отсутствует или ее мало.

Все машины снабжены органом включения 11. У точечных и шовных машин это ножная педаль с контактами, у стыковых - это комплект кнопок. С органов управления поступают команды на сжатие "С" электродов или зажатие "3" деталей, на включение "Т" и отключение "О" сварочного тока, на вращение "В" роликов, на включение "а" регулятора цикла сварки. Эти команды отрабатываются соответствующими блоками машины, обеспечивая выполнение операций цикла сварки.

Кроме универсальных применяются специальные машины, приспособленные для сварки конкретных конструкций и типов размеров изделий. Примером могут служить машины для контактной точечной сварки кузовов автомобилей, встроенные в автоматические линии, машины для стыковой сварки оплавлением продольных швов труб в прокатном производстве.

Электроды в контактной сварке

Электроды в контактной сварке служат для замыкания вторичного контура через свариваемые детали. Кроме этого при шовной сварке электроды-ролики перемещают свариваемые детали и удерживают их в процессе нагрева и осадки.

Важнейшая характеристика электродов - стойкость, способность сохранять исходную форму, размеры и свойства при нагреве рабочей поверхности до температуры 600 0 С и ударных усилиях сжатия до 5 кг/мм 2 . Электроды для точечной сварки - это быстроизнашивающийся сменный инструмент сварочной машины. Для изготовления электродов используют медь и жаропрочные медные сплавы - бронзы. Это может быть хромоциркониевая бронза БрХЦрА; кадмиевая БрКд1; хромистая БрХ; бронза, легированная никелем, титаном и бериллием БрНТБ или кремний-никелевая бронза БрКН-1-4. Последние две бронзы обладают повышенной износостойкостью, из них можно изготавливать электроды-губки стыковых машин. Материалы для электродов должны обладать также высокой электро- и теплопроводностью, чтобы их нагрев в процессе сварки был меньше. Температура разупрочнения бронз не превышает 0,5 их температуры плавления, а рабочая поверхность электрода нагревается до 0,6 Т_пл. При таких условиях электродные бронзы относительно быстро разупрочняются. Повысить износостойкость электродов можно, используя технологические факторы. Сварку алюминиевых и магниевых сплавов лучше производить на конденсаторных машинах, а не на машинах переменного тока. Вместо механической зачистки нужна химическая очистка поверхности, травление и пассивация. Расстояние l от рабочей поверхности до дна охлаждающего канала (рис. 2) не должно превышать 10. 12 мм, увеличение его до 15 мм повышает износ электрода в 2 раза. При сварке черных металлов стойкость электродов можно повысить в 3. 4 раза только за счет сферической заточки электрода и снижения темпа сварки до 40. 60 точек в минуту.

Рис. 2. Схемы электродов для точечной сварки: а - с наружным посадочным конусом; б - колпачковых

Электрод должен иметь минимальную массу, удобно и надежно устанавливаться на сварочной машине. Диаметр D должен обеспечивать устойчивость электрода против изгиба при сжатии его усилием сварки, а также возможность захвата инструментом для снятия. Внутренний диаметр должен обеспечивать ввод трубки с охлаждающей водой и выход воды, обычно d₀ = 8 мм. Длина конусной части для крепления электрода в свече машины l₁ 32 мм. Диаметр рабочей части электрода выбирают в зависимости от толщины кромок свариваемых деталей d_э = 3S. Стойкость электродов с наружным посадочным конусом (рис. 2, а) обычно не превышает 20 000 сварок. Стойкость колпачковых электродов (рис. 2, б) с внутренним посадочным конусом достигает 100 000 сварок вследствие лучших условий охлаждения. Для сварки деталей сложной конфигурации в труднодоступных местах применяют фигурные электроды.

Электроды для рельефной сварки конструктивно приближаются к форме изделия. В простейшем случае это плиты с плоской рабочей поверхностью.

Электроды-ролики шовных машин имеют форму дисков. Ширина рабочей поверхности ролика В и его толщина Н зависят от толщины S свариваемой детали.

Токоведущие губки стыковых машин по форме и размерам должны соответствовать поперечному сечению свариваемых деталей. Длину губок выбирают такой, чтобы обеспечить соосность деталей и предотвратить их проскальзывание при осадке. При сварке стержней она составляет 3. 4 их диаметра, а при сварке полос - не менее 10 толщин полосы.

Подготовка поверхностей к контактной сварке

При подготовке поверхностей к контактной сварке должны выполняться три основных требования: в контактах электрод-деталь должно быть обеспечено как можно меньшее электрическое сопротивление К_э-д —> min), в контакте деталь-деталь сопротивление должно быть одинаковым по всей площади контакта. Сопрягаемые поверхности деталей должны быть ровными, плоскости их стыка при сварке должны совпадать.

Выбор конкретного способа подготовки поверхностей определяется материалом деталей, исходным состоянием их поверхностей, характером производства. Для штучного и мелкосерийного производства необходимо предусмотреть операции правки, рихтовки, обезжиривания, травления или зачистки, механической обработки. В условиях крупносерийного и массового производства, где обеспечивается высокое качество исходных материалов в заготовительном и штампопрессовом производствах, подготовку поверхностей перед сваркой можно не делать. Исключение составляют детали из алюминиевых сплавов, требующих обработки поверхности не ранее чем за 10 ч до сварки.

Критерием качества подготовки поверхности является величина контактных сопротивлений R_э-д и R_д-д. Для их измерения детали зажимают между электродами сварочной машины, но сварочный ток не включают. Сопротивление измеряют микроомметром при помощи щупов. Для сталей сопротивление более 200 мкОм свидетельствует о плохом качестве поверхности. Высокое R_э-д приводит к перегреву электродов и подплавлению поверхности деталей, вследствие чего происходит наружный и внутренний выплеск металла и образуется чрезмерная вмятина под электродами.

Основные параметры режима всех способов контактной сварки

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 I_св длительностью t в соответствие с законом Джоуля-Ленца:

где за R_св принимают сопротивление столбика металла между электродами. При расчете сварочного тока, времени импульса, сварочного трансформатора R_св - исходный параметр, так как его легко рассчитать, зная материал детали, ее толщину и требуемую температуру сварки. При этом сопротивлениями в контактах между деталями и между электродами и деталями пренебрегают.

Согласно закону Джоуля-Ленца увеличение R_св должно увеличивать количество выделяющейся теплоты. Но по закону Ома

где U₂ - напряжение на вторичном контуре сварочной машины, a Z - полное сопротивление вторичного контура, в которое входит R_св. Поэтому при увеличении R_св уменьшится I_св, а он входит в закон Джоуля-Ленца в квадрате. Следовательно, увеличение R_св не всегда увеличивает количество выделяющейся при сварке теплоты, многое зависит от соотношения R_св и полного сопротивления вторичного контура сварочной машины. Отсюда следуют несколько практических выводов. С ростом общего сопротивления вторичного контура от 50 до 500 мкОм тепловыделение в зоне сварки уменьшается по мере падения R_св примерно в 10 раз. Недостаток тепла компенсируется увеличением мощности (U₂) или времени сварки. Сварка на контактных машинах с малым сопротивлением вторичного контура (~ 50 мкОм) сопровождается интенсивным ростом нагрева по мере падения R_св в процессе увеличения сварного ядра. При достижении равенства R_св = Z нагрев достигает максимума, а затем, по мере еще большего снижения R_св (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 надежным сжатием зачищенных деталей, обеспечивающим поддержание R_св на минимальном уровне, либо поддерживая высокий уровень R_св за счет слабого сжатия деталей и разделения импульса сварочного тока на несколько коротких импульсов. Последнее еще и экономит энергию и обеспечивает прецизионное соединение с остаточной деформацией 2. 5 %.

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

Качество сварных соединений

Качество сварных соединений, выполненных контактной сваркой, определяется подготовкой поверхностей к сварке, а также правильным выбором параметров режима и их стабильностью. Основной показатель качества точечной и шовной сварки - это размеры ядра сварной точки. Для всех материалов диаметр ядра должен быть равен трем толщинам S более тонкого свариваемого листа. Допускается разброс значений глубины проплавления в пределах 20. 80 % S. За меньшим из этих пределов следует непровар, за большим - выплеск. Глубина вмятины от электрода не должна превышать 0,2 S. Размер нахлестки в точечных и шовных соединениях должен выбираться в пределах 2,5. 5,0 диаметров ядра.

Основные дефекты сварных соединений при точечной и шовной сварке - это непровар, заниженный размер литого ядра, трещины, рыхлоты и усадочные раковины в литом ядре и выплеск, который может быть наружным, из-под контакта электрод - деталь, и внутренним, из-под контакта между деталями. Причины этих дефектов - недостаточный или избыточный нагрев зоны сварки из-за плохой подготовки поверхностей и плохой сборки деталей или из-за неправильно выбранных параметров режима сварки.

При стыковой сварке по тем же причинам могут возникать непровары. Перегрев зоны сварки может вызвать структурные изменения (укрупнение зерна) и обезуглераживание сталей. Это ухудшает механические свойства соединений.

Контролируют качество контактной сварки чаще всего внешним осмотром, а также любыми методами неразрушающего контроля. Сложность контроля состоит в том, что этими методами непровар не выявляется, так как поверхности деталей плотно прижаты друг к другу, в их контакте образуется "склейка", проникающие излучения, магнитное поле и ультразвук не отражаются и не ослабляются. Наиболее оперативный метод контроля - разрушение контрольных образцов в тисках молотком и зубилом. Если непровара нет, разрушение происходит по целому металлу одной из деталей, можно измерить диаметр литого ядра при точечной и шовной сварке.

Довольно большое распространение получила технология контактной сварки. Она может использоваться для получения изделий самого различного предназначения. Для проведения сварочных работ требуется определенное оборудование и навыки. Стоит учитывать, что при отсутствии требуемых навыков получить качественное изделие будет довольно сложно. В некоторых случаях изготовить оборудование для контактной сварки можно своими руками. Рассмотрим особенности подобного процесса подробнее.

Современная контактная сварка предусматривает использование электрического тока, за счет которого проводится соединение металла между собой. Рассматриваемый метод контактной сварки предусматривает формирование электрической дуги, которая расплавляет металл. При повышении температуры в зоне воздействия металл становится пластичным, за счет чего молекулы начинают соединяться между собой. К особенностям метода соединения контактной сваркой можно отнести нижеприведенные моменты:

На мощность образующейся дуги оказывает влияние величина тока. Именно поэтому технология применяется при соединении самых различных деталей. При повышении показателя силы тока появляется возможность работать с металлам большой толщины.
Время воздействия и сила сжатия металлов также оказывает влияние на полученный результат. Стоит учитывать, что преимущества контактной сварки заключается именно в фиксации соединяемых элементов. За счет этого существенно повышается качество получаемого шва.

В целом можно сказать, что за счет применения специального оборудования создаются точки сварки.

На сегодняшний день выделяют различные виды контактной сварки. Наибольшее распространение получили следующие:

Шовная.
Точечная.
Рельефная.
Стыковая.

Контактная шовная сварка

Управление контактной сваркой можно провести при применении специального оборудования, которое можно изготовить самостоятельно или приобрести в специализированном магазине. Стоит учитывать, что обычный сварочный аппарат в подобном случае не подходит.

Сущность процесса

Процесс контактной сварки основан на кратковременном воздействии тока различной силы. При его прохождении через металл он нагревается, за счет чего существенно повышается степень пластичности. Главными положительными особенностями можно назвать следующие моменты:

При применении рассматриваемой технологии тепло формируется в самом теле заготовки. Для того чтобы исключить вероятность распространения тепла по всему материалу, скорость его подачи должна быть высокой. Именно поэтому применяется специальное сварочное оборудование.
Подаваемая сила тока должна быть высокой, а время нагрева незначительным. Как показывает практика, мощность при рассматриваемой обработке составляет несколько сотен и даже тысяч Ампер. При этом время воздействия составляет всего несколько долей секунд. Подобного результата можно достигнуть только при внутреннем выделении тепла в материале.
Применяемое оборудование позволяет существенно повысить производительность. Этот момент многие называют преимуществом контактной сварки. Сегодня проводится создание роботизированной техники, которая путем подачи тока проводят сваривание большого количества металла.
Обработка проходит без применения присадочного металла. Именно поэтому технология считается более экономичным в плане количества расходуемой энергии.
Нагрев происходит непосредственно в зоне воздействия. Именно поэтому не наблюдаются тепловые потери, если сравнить с технологией дуговой ручной сварки или других технологий.
Применяемое оборудование существенно облегчает процесс. При этом можно применять оборудование, которое автоматизирует обработку. На момент воздействия тока не образуется яркая вспышка, поэтому снижаются расходы на оборудование зоны обработки.

Точечная сварка на производстве

Сегодня контактная сварка применяется в случае конвейерного производства. Роботы могут проводить соединение металла практически без прерывно.

Не стоит забывать и о некоторых недостатках контактной сварки. Она также определяет особенности рассматриваемой технологии. Недостатки выглядят следующим образом:

Для того чтобы обеспечить высокое качество соединения должно применяться оборудование, которое может оказывать давление на заготовку.
Соединение может проводится только в случае, когда заготовки могут размещаться в специальной машине. Другими словами, есть определенные ограничения по размеру изделий.
Если шов должен быть большим, то существенно возрастает механическая мощность и сила подаваемого тока. Кроме этого, есть определенные ограничения, касающиеся толщины соединяемых элементов.
Технология не характеризуется универсальностью и маневренностью. Другими словами, провести работу на месте размещения изделий достаточно сложно, для этого зачастую создают самодельные конструкции.
Получаемый шов характеризуется низкой герметичностью.

Точечная контактная сварка

Кроме этого, покупное оборудование характеризуется высокой стоимостью. При обслуживании могут возникнуть серьезные проблемы. При желании можно создать самодельную конструкцию, которая характеризуется высокой эффективностью.

Подготовка поверхностей

Сама технология контактной сварки предусматривает использование специального оборудования. Для того чтобы получить качественный шов следует провести подготовку соединяемых поверхностей. Среди особенностей проводимой процедуры отметим следующие моменты:

Для начала нужно провести очистку поверхности от различных загрязнений. Использовать для этого можно абразивные материалы и специальные жидкости.
После очистки поверхности нужно проверить, чтобы не было механических дефектов.

Как правило, на конвейере размещаются заготовки, которые не требуют подготовки. Уделять внимание состоянию металлу следует только в случае самостоятельного проведения сварочных работ.

Машины для контактной сварки

Для того чтобы повысить производительность труда следует применять специальные машины для контактной сварки. Они бывают самого различного типа, при этом стоимость предложения может существенно отличаться. Машины контактные характеризуются следующими особенностями:

Высокая производительность.
Есть возможность автоматизировать процесс.
Высокий показатель качества получаемого соединения.
Бесшумность работы.
Высокая безопасность.

Самодельная машина для сварки

Классификация подобных устройств проводится по самым различным признакам. Примером можно назвать размеры корпуса и компоновку, диапазон мощности подаваемого тока. Установка контактной сварки может проводится в самых различных помещениях, однако должна учитываться техника безопасности. Примером можно назвать то, что устройство должно быть хорошо заземленным. Некоторые модели предусматривают питание от стандартной сети, другие нужно подключать к трехфазной.

Электроды для контактной сварки

Слабым местом рассматриваемой технологии можно назвать применение определенных электродов. Многие начинающие сварщики уделяют внимание тому, что стоимость подобных электродов относительно невысокая. К особенностям подобного стержня можно отнести нижеприведенные моменты:

На стержень оказывается высокое механическое воздействие. Именно поэтому основа должна быть прочной.
Применяемые материалы при изготовлении электродов должны обладать высокой электропроводностью.
Высокая термическая стойкость достигается только при применении специальных материалов.
Малый коэффициент теплоемкости.
Повышенный показатель прочности на сжатие.

Подобными свойствами обладает, к примеру, медь и некоторые другие сплавы на основе подобного металла.

Сварочный аппарат с медными электродами

Все расходные материалы можно разделить на несколько основных групп:

При контактной обработке в жестких условиях. Применять их можно для работы с хромистыми и цинковыми сплавами, а также бронзой. В состав может включаться титан и бериллий.
Электроды, которые применяются для работы при температуре нагрева около 300 градусов Цельсия. Подходят подобные варианты исполнения для работы с медными и алюминиевыми сплавами, а также углеродистыми и низколегированными сплавами. При производстве применяются различные медные сплавы.
Можно также встретить электроды для легких режимов эксплуатации. Примером можно назвать воздействие температуры 200 градусов Цельсия. При изготовлении основы применяется хромистая и кадмиевая бронза. Подобные варианты исполнения чаще всего применяются при роликовой контактной электрической сварке.

Подобные электроды поставляются с соответствующей маркировкой.

Дефекты сварки и контроль качества

На сегодняшний день рассматриваемая технология применяется чаще других по причине получения качественного шва и высокой производительности труда. Однако, применение неправильного оборудования и допущение ошибок может привести к появлению дефектов. Примером назовем нижеприведенные моменты:

Металл может прожигаться насквозь.
Появляются вмятины по причине сильного механического воздействия.
Герметичность шва небольшая.

Контроль качества в случае конвейерного производства предусматривает применение специального оборудования. При самостоятельном проведении работы зачастую проводится лишь визуальный контроль качества, сварщик на основе своего опыта ставит вывод, касающийся прочности соединения.

Разновидности контактной сварки

Контактная электрическая сварка классифицируется по различным признакам. Наибольшее распространение получили следующие разновидности технологии:

Точечная характеризуется тем, что после завершения процедуры не образуются трещины.
Рельефная считается разновидностью точечной.
Шовная также получила довольно большое распространение за счет существенного повышения качества соединения.
Конденсаторная характеризуется высокой эффективностью.

Контактная сварка определение указывает на то, что при соединении отдельных элементов должно оказываться давление. Сварка сопротивлением может применяться только при использовании определенного оборудования.

Точечная контактная сварка

на сегодняшний день подобная технология получила широкое распространение. Самодельная контактная сварка сегодня применяется часто при проведении работы в домашних условиях. Данный метод хорош тем, что после завершения сварки не появляются трещины. К другим особенностям технологии отнесем следующие моменты:

Принцип работы предусматривает оказание давления на поверхность. При этом оно постоянное.
Соединение отдельных элементов проводится внахлест. Для сварки провода подобная технология не подходит.
Перед проведением работы следует провести подготовку поверхности. Незначительные дефекты могут привести к снижению качества соединения.

Применение рассматриваемой технологии позволяет получить хорошее соединение в минимальные сроки. Бесконтактный метод предусматривает применение ручного оборудования, к примеру, инвертора.

Проводимая технология характеризуется довольно большим количеством. Последовательность действий следующая:

Для начала проводится подготовка поверхности к проводимой работы. Стоит учитывать, что в рассматриваемом случае она должна быть не просто очищена от загрязнения и окислений, но и не иметь существенных дефектов. В противном случае формирующееся поле будет неравномерным, что существенно снизит качество соединения.
Как правило, для прижима применяется ручное или механическое приспособление. За счет оказания давления существенно повышается интенсивность диффузии и прочность оказываемого шва.
При локальном воздействии электрического тока формируется сварочное соединение. За счет оказания сильного давления не образуется брызг, за счет чего повышается качество шва.

После соединения металла ток отключается. Для остывания шва требуется определенное количество времени. Как правило, давление оказывается электродами. Именно поэтому уделяется больше всего внимания именно выбору подобного расходного материала.

Рельефная сварка

Как ранее было отмечено, рельефная сварка напоминает точечную. Однако, рельефно точечная технология характеризуется следующими особенностями:

Листы помещаются с выступами между электродами, которые имеют плоскую форму.
Для соединения отдельных элементов применяется ток с высоким показателем.

За счет применения подобной технологии качество получаемого соединения существенно повышается.

Шовная сварка

Довольно большое распространение получила технология шовной обработки. Особенностями, которыми обладает шовный метод, можно назвать нижеприведенные моменты:

Соединение листов проводится внахлест.
Перед проведением работы требуется подготовка поверхности. Для этого проводится очистка поверхности при применении абразива и некоторых других химических веществ. Если поверхность имеет дефекты, то проводить подобную работу не нужно.
Для работы применяются электроды в форме роликов. Они, как правило, являются частью применяемого оборудования.
При проведении сварочной работы электроды постоянно вращаются. За счет этого обеспечивается недлительное воздействие на поверхность, но при этом шов равномерный.
Проводимый процесс непрерывный, за счет чего повышается качество получаемого соединения.

Шовная сварка алюминия

Рассматриваемая технология встречается сегодня крайне часто. Это связано с тем, что она позволяет получить герметичный шов, который будет характеризоваться высокой прочностью и надежностью.

Стыковая сварка

Для получения качественного соединения может применяться и стыковая технология термического воздействия. Она подходит для случая, когда соединяемые элементы имеют небольшую толщину. К особенностям этой технологии отнесем следующие моменты:

Используется меньший показатель силы тока.
Прочность соединения снижается.
На момент работы соединяемые элементы должны находится в неподвижном состоянии.

Для проведения рассматриваемой работы требуется специальное оборудование. Кроме этого, требуется и специальные электроды, которые подходят для стыковой сварки.

Обозначение контактной сварки на чертеже

Рассматриваемый тип соединения применяется крайне часто в последнее время, что связано с высокой производительностью технологии. Для упрощения работы инженеров на чертежах также проводится указание рассматриваемого соединения. Как правило, отображается обычная линия, к которой подводится полка с соответствующим обозначением.

В заключение отметим, что при самостоятельном проведении точечной обработки достаточно сложно добиться высокого качества. Это связано с тем, что для работы требуется специальное оборудование. При применении автоматизированного оборудования качество соединения весьма высокое. Однако, обходится оно достаточно дорого, целесообразно проводить установку в случае массового производства.

Подготовка к сварочным работам: оборудование, детали, снаряжение

Подготовка к сварочным работам – важный этап, от которого зависит качество итогового соединения. Данный процесс не ограничивается только выбором заготовки или разметкой деталей, а включает в себя и выбор защитного снаряжения, и подготовку оборудования.

Также не меньшее значение имеет и охрана труда при проведении сварочных работ. В нашей статье мы расскажем, что нужно сделать перед началом сварки, чтобы процесс был безопасным, а шов – качественными.

Выбор аппарата и подготовка электродов к сварочным работам

Качество сварочного соединения напрямую зависит от того, какие электроды использованы при сварке. Как правило, в инструкциях указаны электроды, которые нужно применять в процессе конкретных сварочных работ. Иногда этот пункт отсутствует, и сварщик должен сам определить, какие материалы ему понадобятся. Выбор делают исходя из параметров электродов: механических свойств, толщины, марки стали, покрытия, назначения.

Выбирая электрод, в первую очередь нужно убедиться в прочности и высоком качестве проволоки. Другой важный компонент — покрытие, благодаря которому проволока раскаляется.

Электроды подбирают в соответствии с маркой и типом свариваемого металла. Кроме того, иногда нужно соединить два разных металла, поэтому имеется большое разнообразие электродов.

Если точных данных нет, то электроды выбирают в соответствии с принципами, указанными в общепринятых рекомендациях:

углеродистые электроды применяют, работая со средне- и низкоуглеродистой сталью;
при сварке изделий из легированной стали используют только электроды, выпускаемые по ГОСТ 9466-75 и 10052-75;
для сварки чугунных деталей служит марка ОЗЧ-2.

На рынке представлены сотни марок электродов, разобраться в таком многообразии непросто. Можно воспользоваться рекомендациями специалистов. Например, при сварочных работах широко применяется универсальная марка УОНИ российского производства. Если работать приходится с конструкциями из низкокачественного, низкосортного металла с относительно малой плотностью, то используют электроды марок АНО и МР-3.

Выбирая сварочный инвертор для домашнего применения, нужно соблюдать несколько правил:

Сварочный аппарат должен иметь максимальное значение тока не выше 160—200 А. Желательно приобрести мощное устройство, благодаря которому будет возможность сваривать металлические детали большой толщины.
Иногда холостой ход напряжения бывает выше 90 В, но, например, для дачного хозяйства лучше выбрать оборудование с параметрами 50–60 В.
Важное свойство сварочного аппарата — продолжительность включения (ПВ), показывающая, как долго устройство сможет работать без перерыва. Не рекомендуется выбирать аппараты с максимальным или минимальным значением ПВ. Оптимальный вариант — сварной агрегат с показателем ПВ 40—80 %.

Стабильность работы оборудования зависит от особенностей местной электросети. Как правило, в сельской местности случаются перебои с подачей электричества, а проводка оставляет желать лучшего. Поэтому для деревенской мастерской подбирают такой сварочный аппарат, который может работать в большом диапазоне питающего напряжения, а риск его отключения или неисправности из-за скачков в электросети будет низким.

В целях профилактики отключения электричества лучше купить устройство, которое будет работать от централизованной сети либо от альтернативного (топливного) автономного источника энергии.

Подготовка металла к сварочным работам

Правка и очистка

Если при перевозке проката на нем появились вмятины и другие виды деформации, то их ликвидируют вручную молотком или кувалдой. Если это не помогает, используют ручной пресс: между его пластинами помещают заготовку, а затем с усилием сжимают, стремясь соединить пластины. Деформированной поверхности изделия необходимо вернуть первоначальный вид, иначе возникнут внутренние напряжения, отрицательно сказывающиеся на качестве сварного шва.

Малые искривления тонких изделий корректируют на мягкой подложке. Для устранения серьезных изъянов используют:

разнообразные прессы, создающие высокое давление;
листоправильные станки.

Следующий этап подготовки к сварочным работам — очистка деталей. С их поверхности удаляют грязь, пыль, которые могли скопиться при хранении на складе или перевозке. Для устранения стойких загрязнений применяют воду. С металлических деталей б/у удаляют старую краску, для чего служат наждачная бумага, шлифовальный инструмент или пескоструйная обработка.

Разметка

Перед сваркой детали размечают — вручную или посредством специальных приспособлений. Используются такие инструменты, как металлическая линейка, штангенциркуль, кернер. Металлическую поверхность нужно загрунтовать, чтобы были видны риски. Если производство поточное, то применяют шаблоны: их накладывают на детали и обводят контур.

Для улучшения качества и увеличения скорости работ, вы всегда можете воcпользоваться нашими сварочными столами собственного производства от компании VTM.

Важно различать такие термины, как «наметка» и «разметка». Первая представляет собой формирование предварительного контура, вторая — кернение по всему контуру и маркировку. Наметку используют при работе с шаблонами, сначала обводя контур чертилкой, а затем проходя по нему кернером. Если разметка ручная, то сразу осуществляют кернение.

Ручная разметка деталей — сложный и трудоемкий процесс. Рекомендуется подготавливать и собирать заготовки с применением оптической или мерной резки. Разметно-маркировочные автоматы размечают металл на основе оптической технологии по заложенной в них программе. Инструмент в них работает быстро, размеченные листы металла выходят из автомата со скоростью до 10 м/мин.

Резка

Если сварку проводят по чертежам, то детали нужно в соответствии с ними разрезать. Для этого используют специальное оборудование:

ручное (ножницы по металлу, резак), применяется для создания простых форм из листового или ленточного проката;
электрический инструмент (пила, болгарка, а также шуруповерт или дрель с насадкой-фрезой);
термическое (дуговая сварка, резак — газовый или кислородный, плазмотрон), благодаря которому можно делать резы любой формы.

Принцип термической резки — расплавление металла по намеченному контуру. При поточном производстве применяют автоматическую и полуавтоматическую резку.

Разрезая металл, нельзя забывать о припусках на обработку кромок и зачистку швов. Делать это с помощью ножниц долго и неудобно, поэтому сварщики чаще используют резку термическую.

Зачистка

Перед сваркой металла проводят зачистку, которая предполагает снятие:

ржавчины, чтобы предотвратить ее попадание в диффузный слой;
заусенцев, металлических частичек, наличие которых может привести к браку;
остатков смазки, масел, органических веществ, снижающих качество сварки;
загрязнений, отрицательно влияющих на структуру шва;
оксидного слоя, препятствующего образованию ванны расплава.

Зачищать металл нужно очень тщательно, поскольку даже малейшие включения в ванне расплава станут причиной брака. Можно применять абразивные инструменты, напильники, наждачную бумагу, металлические щетки. Чтобы обезжирить поверхность металлических изделий и снять с них оксидный слой, используют химически активные средства: кислоты, спирт, растворители.

Работая с алюминием, цветными металлами и высоколегированными сплавами, их очищают новой щеткой, на которой нет микрочастиц углеродистой стали. Перед сваркой со штампованных деталей снимают слой окалины, а с отливок — литейную корку.

Подготовка кромок

Если заранее не подготовить толстостенные заготовки к сварке, то качественного соединения не получится: расплавленный металл растечется по поверхности, а в стык не попадет. Соединение будет хрупким и сломается даже при малой нагрузке. Важнейшая подготовительная процедура — скругление острых кромок. В зависимости от толщины изделия металл сглаживают на высоту 2-3 мм.

Рекомендуется применять холодные способы резки (вручную или механическими средствами), так кромки выходят более аккуратными, чем при горячем способе. Тип и угол разделки зависят от материала и вида сварочного оборудования. Размеры кромок приведены в государственных стандартах.

Подготовку кромок к сварочным работам проводят для обеспечения доступа к корню шва. В случае тонкостенных деталей, имеющих толщину до 3 мм, достаточно лишь выровнять торцы. Проваривают 4 мм заготовки с зазором до 2 мм; если толщина детали больше, формируют швы с обеих сторон. Если деталь толстостенная, то на ее кромках снимают фаску.

При односторонней сварке формируют V- или U-образные стыки, а при сварке с обеих сторон — X- или K-образные. Угол сопряжения составляет 45—60°. Если нужно сварить изделия разной толщины, то обрабатывают только толстостенную заготовку. Необходимо выбрать правильный угол среза, поскольку от него зависят:

расход электродов или сварной проволоки;
глубина проварки металла;
размеры шовного валика.

Кромки подрезают вручную, с помощью механических средств или горелок.

Подготовка защитного снаряжения для сварочных работ

Важно при подготовке к работе со сварочным аппаратом обеспечить надежные средства защиты сварщика.

Неотъемлемой частью защитного комплекта является специальная маска. Она предохраняет глаза и лицо от вредного воздействия сварочной дуги. Предлагается большое разнообразие масок: разной формы, с креплением для головы, с автозатемнением и без него и др. Основные требования к маске — легкость и комфортность в ношении. Чтобы руки были свободными, удобно закреплять маску на голове. Крепление регулируют в соответствии с размером и формой головы.

Популярны сварочные маски со встроенным светофильтром, который автоматически затемняется. Перед тем как зажжется дуга, сварщик видит через окошко маски точку начала сварного соединения. При загорании дуги происходит автозатемнение, защищающее глаза. Как только дуга погаснет, фильтр отключается, и сварщик снова может видеть рабочую поверхность, способен визуально оценить шов, состояние горелки и электрода.

Можно продолжать сварку, не снимая при этом маску. В ней же удобно зачищать свариваемые поверхности от заусенцев: автозатемнение включаться не будет, а стекло защитит от попадания частиц металла в глаза.

На рынке представлены различные модели масок: с регулированием степени затемнения, его скорости, времени отключения фильтра. Автоматические светофильтры питаются от встроенных аккумуляторов или от обычных батареек. Второй вариант стоит дороже, но зато со временем нужно будет лишь купить новые батарейки. Несъемные элементы питания однажды выработают свой ресурс, и придется менять весь светофильтр, цена которого может составлять половину стоимости всей маски или даже больше.

Важная деталь защиты — специальный костюм сварщика. Руки от воздействия электрического тока и попадания брызг раскаленного металла защищают с помощью плотных кожаных краг. Одежда сварщика также должна быть сшита из плотного материала, чтобы защитить тело от ожогов и других повреждений. Обувь нужна прочная, на толстой подошве, защищающая от влаги и действия тока.

Охрана труда при подготовке и проведении сварочных работ

Если правильно начать и вести процесс сварки, то можно избежать многих неприятностей.

Перед началом работ всегда оценивают, в каком состоянии находится оборудование, при этом:

проверяют основные блоки сварного агрегата, наличие материалов и дополнительных приспособлений;
заземляют оборудование, чтобы предотвратить поражение электрическим током;
при работе на высоте проверяют, надежно ли закреплены леса и иные строительные конструкции;
замеряют протяженность провода (применять провода длиной более 10 м запрещено).
если капли воды попали на питающие кабели, то их просушивают, так как влага может разрушить изоляцию.

Необходимо также выполнять требования по охране труда.

Работники по окончании сварки обязаны сделать следующее:

Отключить оборудование от электросети.
Прежде чем проверять качество сварных швов, ждут полного остывания деталей. Прикасаться к горячему металлу запрещается.
Очищают агрегат от грязи, проверяют состояние основных блоков. Инструменты и вспомогательные приспособления помещают в предназначенные для них контейнеры.

При возникновении аварийных ситуаций к охране труда предъявляются особые требования.

Необходимо соблюдать следующие правила:

останавливают сварку, если трубопровод находится под давлением;
при попадании в помещение взрывоопасных паров сварочные работы проводить запрещено;
продумывают план действий, благодаря которому травмирование рабочих при авариях будет исключено.

Применяя на практике рекомендации специалистов, каждый может научиться сваривать металлические изделия. Главное соблюдать технологию и проводить правильную подготовку площадки, оборудования и спецзащиты к сварочным работам. Важно всегда соблюдать правила техники безопасности, а опыт придет со временем.

Читайте также: