Сварочный аппарат холодной сварки принцип работы

Обновлено: 18.04.2024

Понятие «универсальный сварщик» говорит много хорошего об уровне квалификации специалиста. Тем не менее, это определение вовсе не тождественно тому, что для всех операций по свариванию металлов годится один и тот же аппарат. Действительно, вариантов оборудования много, и у каждого своё назначение. Наверняка многие слышали об импульсной сварке, но что это такое в деталях?

Для чего нужен импульсный сварочный аппарат, какие плюсы и минусы у оборудования, чем его получится заменить, если такое вообще возможно — на эти и другие вопросы ответим в этой статье.

В процессе сварки неразъёмное соединение металлов создаётся путём расплавления кромок. При высоких температурах на стыке металлов образуется сварочная ванна, которая при охлаждении кристаллизуется с образованием шва.

В аппаратах импульсной сварки (к примеру, FUBAG INTIG 200 DC PULSE ) повышение температуры до необходимых параметров осуществляется посредством кратковременных импульсов сварочного тока. В результате получается своеобразный точечный нагрев, затрагивающий только необходимую для соединения область без изменения характеристик прилегающих зон.

Такой метод идеально подходит для сварки металлов и сплавов, то есть для всех случаев, когда требуется выполнить максимально равномерный и прочный шов. Ниже показан результат сварки TIG-аппаратом в импульсном режиме и без него.

Как работает полуавтоматическое оборудование MIG в режиме импульсной сварки

Исключить прямое соприкосновение свариваемого металла с присадочным материалом (чтобы не допустить короткого замыкания).
Свести к нулю перегрев зоны сварки.
Снизить образование брызг в результате понижения температуры нагрева в момент отрыва капли.
Исключить варианты с прожигом изделия.
Увеличить производительность.
Обеспечить чистоту образования шва.

Импульсный аппарат для сварки точечно размещает металл по определенной траектории. Иными словами, каждый импульс аппарата позволяет перейти в расплав одной капле.

В процессе импульсной сварки полуавтоматом MIG в межимпульсный период величина силы тока уменьшается, благодаря чему свариваемые поверхности остывают. Таким образом, прилегающие к сварочной ванне участки не испытывают влияния структурных изменений, связанных с разогревом. Это идеальные условия для применения сварочных импульсных аппаратов для соединения листовых, в том числе тонкостенных, металлов и сплавов.

Дымообразование и разбрызгивание сводятся к минимуму. В процессе работы аппарата в сварочную ванну попадает только металл от присадочной проволоки. Такая схема образования неразъёмного соединения в разы увеличивает однородность и прочностные характеристики шва.

Самое приятное то, что импульсный сварочный аппарат могут использовать даже сварщики без многолетнего опыта. Работа оборудования при минимальных навыках мастера практически гарантирует получение добротного шва.

Эксплуатационные ограничения

Если предполагается варить низкоуглеродистые или низколегированные стали, то использовать импульсное оборудование нецелесообразно.

Помним, что в процессе переноса капли значение тока снижается и температура падает, а затем снова возрастает в момент прохождения следующего импульса. Такие тонкие настройки совершенно ни к чему во время сварки указанных сталей. Разумеется, такой режим им не навредит, а снижение разбрызгивания и дымообразования даже пойдёт на пользу, но, в общем и целом, стали низких марок прекрасно сплавляются и обычными сварочниками.

Как работает импульсная сварка TIG

Аргонодуговые сварочные аппараты с функцией импульсного нагрева (например, FUBAG INTIG 200 AC/DC PULSE) работают по тому же принципу: в цикле прохождения одного импульса металл разогревается (максимальный ток) и остывает (на токе паузы).

Импульсный режим настраивается в зависимости от толщины свариваемых металлов. Чем чаще подаётся пиковый ток, тем более концентрированной будет дуга. Это уменьшит и размер отдельных чешуек, образующих линию шва.

Обратное действие приводит к следующему: снижение частоты импульсов сварочного аппарата позволяет лучше контролировать состояние сварочной ванны (что актуально для новичков). Кроме того, понижение частоты оказывается полезным при работе импульсной сваркой в неудобных положениях.

Применение импульсного режима в оборудовании TIG

Сваривание в импульсном режиме позволяет лучше контролировать состояние зоны расплава в сравнении с обычной TIG–сваркой.
Скорость процесса оказывается выше, проплавление лучше, деформации прилегающих зон сводятся к минимуму, а сам шов получается более аккуратным.
Функция используется для соединения тонколистовых металлов и сплавов, в том числе нержавейки, где требуется снизить до возможного минимума тепловложения от сварочной дуги.
На высоких частотах TIG–дуга становится концентрированней и точнее, что улучшает и облегчает сварочный процесс.

В процессе сваривания легированных сталей образующийся шов приобретает дополнительную устойчивость к коррозии за счёт образования микрокристаллической структуры.

Аппарат для холодной сварки — особенности, устройство, разновидности, полезные советы

Сварка — это многофакторной процесс соединения металлов и других пластичных материалов. Методик процесса сегодня очень много, от самых распространенных до весьма специфических и редких. Одним из способов соединения металлов является холодная сварка, которая производится не за счет расплава кромок соединяемых деталей, а с использованием их пластической деформации.

Есть и другие методы, которые принято называть холодной сваркой, хотя они принципиально отличаются от стандартных методик. Оборудование для этого метода также отличается от стандартных конструкций, поскольку режим процесса требует создания определенных и весьма специфичных условий. Рассмотрим этот вопрос подробнее.

Аппарат для холодной сварки

Разбираемся в терминологии

Холодная сварка — это понятие, определяющее разные процессы и материалы:

клеевой состав под названием «холодная сварка», используемый для заполнения трещин или соединения деталей, не предназначенных для приложения значительных усилий;
способ точечного соединения листовых мягких металлов внахлест;
режим обычной сварки.

На заметку! Нередко при рассмотрении этих методик возникает некоторая путаница, поскольку под одним и тем же названием подразумеваются совершенно разные процессы. Поэтому часто приходится сначала уточнять, о чем именно идет речь, иначе собеседники попросту не поймут друг друга.

С точки зрения оборудования, используемого для реализации процесса холодной сварки, могут рассматриваться только методика пластичной деформации или вариант обычной сварки. Клеевой состав наносится вручную, и никакое оборудование здесь не нужно.

Суть принципа такой сварки

Классическое определение холодной сварки говорит, что это процесс соединения двух металлов методом пластической деформации. На практике этот метод реализуется в виде точечного соединения двух пластин внахлест, при котором на участках контакта создается значительное деформирующее усилие. Принцип соединения заключается в максимально плотном прижиме деталей, при котором их кристаллические решетки вступают в молекулярное взаимодействие.

Важно! Возникает точечный участок с монолитной структурой. Принципиальным отличием является отсутствие расплава на границе двух деталей, нет смешивания металлов с изменением их свойств или состояния.

Оборудование для выполнения холодной сварки представляет собой разновидность пресса, где усилие на соединяемые детали передается с помощью двух рабочих элементов — пуансонов. Методика достаточно проста и обладает массой преимуществ.

Достоинства:

нет необходимости в использовании электрических преобразователей;
соединение производится максимально щадящими методами;
нет теплового воздействия, сохраняются все рабочие свойства материалов;
при соединении деталей не требуется последующей декоративной обработки точек контакта;
можно соединять разные металлы, что невозможно при выполнении обычных сварочных работ.

Недостатки:

возможно соединение только пластичных металлов (твердые сплавы подобным способом не соединить);
большой припуск на создание нахлеста соединяемых пластин.

Использование этого метода на практике ограничено специализированными промышленными цехами. В мелкосерийном производстве этот метод встречается реже, так как его обычно можно заменить другими технологиями.

Холодный режим

Существует еще один вид технологии, который чаще всего имеют в виду, говоря о холодной сварке (Cold welding). По сути, это режим обычной сварки с заданным временем горения дуги и регулируемым интервалом между импульсами. Он обеспечивает минимальный нагрев и деформации соединяемых материалов.

Его особенность заключается в подаче коротких импульсов с довольно большими паузами между ними, что позволяет исключить перегрев соединяемых деталей.

отсутствие температурных деформаций соединяемых деталей;
нет изменений кристаллической решетки, изменяющих структуру металлов;
можно соединять очень тонкие листовые металлы, не деформируя и не меняя их состав;
для соединения не требуется нахлест, что дает немалую экономию металлов и позволяет значительно упростить технологию сборки;
можно работать с твердыми металлами.

для выполнения работы нужно специальное оборудование;
требуется подключение к сети электропитания;
качество соединений в значительной степени зависит от уровня квалификации сварщика.

Оборудование для работы в режиме холодной сварки представляет собой модификацию обычного сварочного инвертера. Есть совсем простые модели, представляющие собой набор конденсаторов. Они дают разряд через определенные промежутки времени. Более сложные модели позволяют регулировать и частоту, и длительность разряда. Это позволяет расширить возможности процесса, корректировать режим сварки исходя из особенностей металла или детали.

Область применения

Методика холодной сварки (оба вида, и стыковочный и импульсный) используется для соединения относительно тонких листовых металлов. Чаще всего эти технологии встречаются в машиностроении или в производстве бытовой техники (при сборке металлических корпусов духовых шкафов, электрических щитков, прочих изделий подобного типа).

Аргонная и холодная сварка

При этом холодная сварка как режим используется гораздо чаще. Поэтому в большинстве случаев речь идет именно об этой технологии. Большое количество возможностей и отсутствие ограничений по конфигурации соединяемых деталей (возможность соединять их в тавр или под углом) обеспечивают максимальную востребованность методики в самых разных областях промышленности, декоративных или оформительских работ, прикладных видах деятельности.

Обратите внимание! Методика высоко ценится у авторемонтников, производителей кузовных работ и прочих видов обслуживания автомобилей.

Оборудование

Поскольку холодная сварка представлена в двух технологических разновидностях, оборудование для нее также имеет разную конструкцию и принцип действия. Поэтому рассматривать их надо по отдельности.

Установки для стыковочной сварки

Стыковочные установки являются чисто механическими устройствами, оснащенными силовым блоком и штампом (иногда его называют пуансоном). Кроме этого, они имеют схему и аппаратуру управления. Существует несколько конструкционных видов:

машины общего назначения, способные выполнять работы разного характера и предназначенные для соединения металлов в определенном диапазоне толщины и конфигурации;
узкоспециализированные модели, предназначенные для выполнения конкретной технологической операции.

Первые модели выпускались серийно, вторые — только по спецзаказу. Как правило, это гидравлические прессы с устройствами для подготовки поверхностей под соединение. Они являются либо элементами технологической цепочки, либо самостоятельными установками широкого применения.

Различные формы пуансонов при холодной сварке

На заметку! Необходимо учесть, что сегодня выпуск подобного оборудования прекращен, и в эксплуатации имеются модели, выпущенные еще в советские времена. Поэтому рассматривать конкретные модели нецелесообразно — все равно приобрести их негде, а самодельные конструкции требуют отдельного и специализированного описания.

Устройства для импульсной холодной сварки

Устройства для импульсной технологии (электросварки) являются вариантом конструкции обычного сварочного инвертера. Большинство из них представляют собой универсальный прибор, способный обеспечить несколько рабочих режимов. Холодная сварка — лишь один из вариантов, предназначенных для соединения самых тонких листов. Еще недавно это были сплошь импортные устройства, но сегодня в ассортименте торговых организаций преобладает продукция отечественных производителей.

Наибольшей известностью пользуется продукция следующих фирм:

Сварог. Российская компания, выпускающая широкий ассортимент сварочного оборудования;
Зубр. Еще одна российская компания, выпускающая огромное количество ручных электроинструментов и приборов;
Fubag. Немецкая компания, изготавливающая практически весь ассортимент сварочного оборудования, расходников и комплектующих;
Riland. Ведущий китайский производитель сварочного оборудования, с 2012 года являющийся совладельцем бренда Aurora.
Andeli. Китайская компания, выпускающая различные виды электротехнического оборудования. Сварочные аппараты — лишь одна из позиций среди огромного множества видов продукции.

Рассматривать конкретные модели нецелесообразно — они выпускаются сравнительно малыми партиями, ассортимент постоянно расширяется и модернизируется. Поэтому пользователям рекомендуется внимательно рассматривать показатели приборов, имеющихся в продаже на текущий момент.

Вопросы и ответы

Холодная сварка — это технология, которую принято считать новой. Однако опытные специалисты знают ее уже давно, хоть и под другим наименованием. У неподготовленных пользователей может возникнуть большое количество вопросов, на которые правильнее ответить сразу. Это даст возможность правильнее понять особенности методики и определить, насколько она подходит для реализации задуманных проектов.

Цены на сварочные аппараты весьма разнообразны. Какой уровень стоимости соответствует максимальному качеству оборудования?

Рассматривать качество аппарата, руководствуясь его ценой, неправильно. Необходимо анализировать его технические характеристики, функционал, рабочие качества. Цена не является показателем, поскольку она во многом зависит от внешних факторов. Однако, если это имеет значение, рекомендуется интересоваться приборами средней ценовой категории.

Современные технологические линии позволяют получать высокое качество продукции независимо от страны-производителя. Поэтому надо руководствоваться техническими показателями и не смотреть на географию производства.

Нет, не влияет. Как правило, качество работы определяется наличием опыта и навыков. Нужно знание используемого оборудования, опыт его эксплуатации и общая подготовка сварщика. При этом, мастера предпочитают оборудование с расширенным функционалом — оно позволяет решать задачи разного типа и степени сложности.

Любое оборудование подобного типа поддается ремонту достаточно хорошо. Покупая аппарат, следует сразу узнать адрес сервисного центра и изучить условия действия гарантийного договора — иногда самовольные действия владельца могут стать причиной отказа в бесплатном обслуживании.

Да, можно. Аргон нужен для сварки цветных металлов и чугуна, а для обычной стали он бесполезен.

Сварочный аппарат TIG: Технология, Применение, Выбор

Аргонодуговое сваривание часто применяют для соединения деталей. Благодаря этой технологии можно получить швы отличного качества. TIG-сварку используют не только на производстве, но и при выполнении ремонтных работ. Кроме того, этот способ идеален для сваривания металлоконструкций.

Соединение деталей аргонодуговым методом производится при помощи специальных сварочных аппаратов TIG. В этой статье мы поговорим о плюсах и минусах технологии, особенностях процесса сварки в среде аргона, выборе TIG-устройства.

Особенности технологии

Аббревиатура TIG означает Tungsten Inert Gas –сварка в среде инертного газа. Данный метод соединения металлических деталей находит свое применение на производстве и в мастерских. Он предусматривает создание 2-5-миллиметровой электрической дуги между электродом и заготовкой, а также одновременную защиту сварочной зоны с помощью инертного газа (чтобы на нее не влиял атмосферный воздух). При этом используются неплавящиеся вольфрамовые расходники.

Учитывая то, какой металл или сплав соединяется, применяется постоянный или переменный сварочный ток. Защитный газ подается аппаратом для TIG-сварки через закрепляемую на держателе горелку. Практически всегда это аргон, поэтому ТИГ- сварку нередко называют аргонодуговой.

Для cварки тонких заготовок нет необходимости в поперечных колебаниях. Горелку необходимо просто аккуратно вести вдоль линии стыковки заготовок, тогда шов получится предельно гладким. Небольшие колебания следует совершать только тогда, когда нужно расширить границы соединения или закрыть зазор. Сварочная ванна будет растянута, а на поверхности образуется мелкая чешуя.

Благодаря температуре дуги от двух до пяти тысяч градусов Цельсия, сварочным аппаратом с режимом ТИГ эффективно расплавляются кромки металлических заготовок, что позволяет соединять их, формируя тонкий шов. Для усиления конструкции применяются присадочные прутки. Присадка подается в зону сваривания свободной рукой. Благодаря этому сварщики увеличивают высоту валика, придают месту соединения дополнительной прочности. Даже можно наплавлять металл, чтобы впоследствии обработать деталь механическим способом (отшлифовать, совершить проточку).

Защитный газ, подаваемый в горелку от баллона, препятствует образованию пор. Благодаря этому швы отличаются прочностью и герметичностью.

Преимущества и недостатки TIG-сварки

ТИГ обладает рядом явных преимуществ по сравнению с другими способами электросварки. Однако и она не лишена минусов.

обеспечивает качественную сварку как нержавеющих сталей, так и цветных металлов;
заточенный вольфрамовый электрод позволяет делать стыки узкими и аккуратными;
в процессе работы не появляются брызги металла, прилипающие к поверхности;
минимальный нагрев обеспечивает минимальное коробление изделия;
шов не покрывается шлаковой коркой;
есть возможность сваривать детали, применяя присадку или обходясь без нее;
получившееся соединение зачастую не требует дополнительной механической обработки;
соединения отличаются герметичностью и способностью выдерживать высокие нагрузки.

скорость создания швов ниже, чем у MIG-метода;
вольфрамовые электроды отличаются дороговизной;
важны навыки сварщика (сходу взяться за работу, как с полуавтоматами, не получится);
корпус горелки не дает работать в труднодоступных местах;
из-за сопла горелки видимость зоны сваривания несколько ограничена (сейчас иногда применяются прозрачные сопла);
если используется присадка, то нужно подавать пруток постоянно и контролировать его длину (в процессе сваривания длина прута быстро уменьшается, а длинную проволоку неудобно держать в руке);
необходимо дополнительно потратиться на покупку защитного газа;
невозможно нормально работать вне помещения в ветреную погоду (инертный газ сдувается, а зона электросварки начинает взаимодействовать с окружающим воздухом).

Для чего применяются TIG-устройства?

ТИГ-сварка применяется для соединения алюминиевых, титановых заготовок, конструктивных элементов из легированных сталей. Она используется при ремонте потрескавшихся автомобильных составляющих: радиаторов, поддонов картера и т. п. Используя сварочные аппараты с режимом TIG, из листов металла изготавливают емкости для хранения разного рода продукции.

Подобные сварочники можно встретить на многих СТО, так как без них не может обойтись ни один серьезный кузовной ремонт. Практически в каждом доме найдутся кухонные приспособления и полотенцесушители, разные части которых соединены благодаря методу ТИГ.

Особенности выбора TIG-аппарата

Сварочные аппараты аргонодуговой сварки обычно работают от сетей с напряжением 220 либо 380 В. Для бытового использования сгодится первый вариант. Если вам нужно часто выезжать со сварочником или работать на высоте, разумно будет приобрести легкую модель (4-8 кг).

1. Вид свариваемого металла и тока. Выбирайте DC, если планируете работать с титаном, черными сталями, медью, нержавейкой чугуном. Для сварки алюминия требуется переменный ток.
2. Ампераж. Чем шире диапазон рабочего тока, тем более разные по толщине детали вы сможете сваривать. Для очень тонких заготовок нужна будет поддержка небольшой силы тока.
3. Наличие импульсного режима. Данное решение предназначено для улучшения качества электросварки тонких заготовок. В основе технологии – чередование двух сварочных токов с определенной частотой.
4. Продолжительность включения. Выражается в процентах и говорит о том, какое количество времени аргоновый сварочный аппарат сможет проработать без отключения. Если значение, например, составляет 70%, то из 10 мин. рабочего процесса сварочник на максимальном токе будет 7 мин. использоваться и 3 мин. «отдыхать».
5. Полезные дополнительные функции. Предназначены для облегчения рабочего процесса. Например, HF (высокочастотный поджиг дуги) делает старт легким и плавным, зажигая ее без соприкосновения со свариваемой поверхностью. Режим Mix Tig обеспечивает глубокий провар и эффективную очистку поверхности от оксидной пленки – можно работать с алюминием толще в 1,5 раза, нежели в обычном режиме AC. Есть еще много различных функций.

1. Горелка. Обычно она поставляется вместе со сварочником, но может и не находиться в комплекте с аппаратами премиум-класса. Бывает вентильной или кнопочной. При покупке следует обращать внимание на длину рукава.

2. Вольфрамовый электрод. Цвет наконечника говорит о том, с каким металлом предназначен работать расходник. Электроды синего цвета наиболее универсальны. Также подбирайте диаметр элемента согласно силе тока и глубине проплавления.

3. Баллон с редуктором. Для эпизодического применения будет достаточно объема в 10 литров. В мастерскую или на производство покупают вместительные баллоны на 40…150 л.

Аппараты для TIG сварки для домашней мастерской

Ресанта САИ-230 АД

Компактное устройство, собранное на базе современных IGBT-транзисторов. Работает на постоянном токе. Отличается амперажем 10-230 А. Позволяет работать без пауз до семи минут на максимальной мощности (ПВ 70%), поэтому предназначено не только для домашней, но и для профессиональной электросварки.

Для управления данным сварочным аппаратом ТИГ предусмотрены механические переключатели и ручки. Следует отметить наличие регулятора индуктивности дуги, который позволяет выбрать глубину проплавления. Есть два светодиода, сигнализирующих о питании сети и срабатывании термозащиты. Среди дополнительных функций предусмотрены Hot Start, Anti Stick, Arc Force для ММА режима. САИ-230 удобно переносить благодаря наличию наплечного транспортировочного ремня.

FUBAG INTIG 200 AC/DC PULSE

Модель создана для сваривания алюминия и его сплавов, цветных металлов, стали (нержавеющей, углеродистой, низколегированной).

Благодаря функции TIG DC PULSE можно с высоким уровнем качества сваривать тонкие материалы. Дополнительный режим электросварки AC обеспечивает работу с алюминиевыми заготовками. Данный сварочный аппарат TIG отличается девятью заносимыми в память аппарата индивидуальными программами сварки. Для индикации параметров предусмотрено два цифровых дисплея. Нужные значения легко установить благодаря интуитивным циклограммам.

Аргонный сварочный аппарат защищен от повышенного напряжения и перегрузок до 400 В, оснащен системой воздушного охлаждения. Для легкого старта работы предусмотрены дополнительные опции HF и TIG Lift.

В предыдущей серии моделей аппарат был оснащен специальной прозрачной крышкой панели управления. Что помогало защитить панель от случайных нажатий и пыли

«Сварог» REAL TIG 200 W223

Данная модель компактная (размеры 420x160x310 мм). Она произведена для сваривания на постоянном токе сталей (нержавеющих, углеродистых), латуни, бронзы, титана, меди, чугуна. А также разнородных сплавов.

На металлическом корпусе модели есть удобная ручка для ношения и защитные бамперы. Данный сварочный аппарат аргонодуговой сварки хорошо адаптирован к российским реалиям: защищен по стандарту IP21S, обеспечивает устойчивую работу в диапазоне напряжения электросети 160-270 В. Управление механическое. Показатель выбранной силы тока отображается на цифровом экране. Имеется регулятор длительности постпродувки газом для качественного завершения шва. Предусмотрена функция высокочастотного поджига дуги.

Этот универсальный сварочник создан для профессионального импульсного сваривания любым из видов тока TIG-способом. Отличается качественной сборкой. Может применяться как в небольших мастерских, так и в строительстве, промышленности. Он также поддерживает MMA-сварку. Применяется для осуществления операций соединения алюминия, стали, нержавейки, цветных металлов. Поддерживаемый ампераж: 5-200 А.

Благодаря удобной и интуитивной циклограмме на приборной панели аргонового сварочного аппарата можно настроить режим «Пульс» и отрегулировать все стадии процесса электросварки. Управление здесь механическое, но есть цифровой дисплей. Предусмотрено восемь удобных ручек для установки точной настройки. Поддерживается дистанционное управление с помощью пульта. Есть функция HF. На верхней части корпуса имеются две ручки для удобства транспортировки.

Недостатки PRO INTER TIG 200: большие габариты и немалый вес – 49,8х32,8х30,2 см и 20 кг, параметры не всех функций показываются на экране, отсутствует заварка кратера.

TRITON ALUTIG 200P AC/DC

Еще одно универсальное устройство. Отличается наличием настройки баланса полярности и тока. Оснащено функцией Mix Tig, возможностью регулировать частоту до 200 Гц, выбирать форму волны тока из четырех вариантов. Благодаря треугольной форме волны, дает возможность работать с тонким алюминием. В памяти данного аргонного сварочного аппарата можно сохранять до 10 шаблонов настроек. Рабочий диапазон: 10-200 А.

Из недостатков ALUTIG 200P: немалый вес – 23,5 кг; значение максимального MMA-тока достигает всего 160 А, что меньше, чем у большинства аналогичных моделей.

Особенности сварки алюминия TIG аппаратом

Электросварка алюминиевых заготовок – не такое простое дело. Их поверхность сначала необходимо зачистить от верхнего окисленного слоя и обезжирить ацетоном или другим растворителем. Кроме того, может потребоваться радел кромок – для формирования корня шовной линии. Для более эффективного отвода тепла целесообразно будет разместить заготовки на медной или стальной подкладке.

Далее необходимо правильно настроить аппарат для TIG-сварки : указать подходящий ампераж, задать время продувки аргоном и т. д. Если сварочник типа AC/DC, нужно переключить его на переменный ток.

Оборудование для холодной сварки

Оборудование для холодной сварки отличается малой универсальностью. При переходе от одних свариваемых деталей к другим требуется заменять пуансоны или штамп. Оборудование, которое позволяет сваривать однотипные детали определенного диапазона, называют оборудованием общего назначения. В отличие от него специальные машины предназначены для сварки единственной пары деталей (или двух-трех, близких по форме и размерам сечения). Такое деление машин на две группы является условным, но оно позволяет дать более полную характеристику отдельных типов оборудования для холодной сварки.

Машины общего назначения выпускают, как правило, серийно. Специальные машины чаще бывают единичного исполнения, но могут быть и серийными - в зависимости от масштабов производства свариваемых на них деталей.

Машины для холодной точечной сварки обычно содержат силовой привод, сварочный штамп (или сварочную головку), элементы схемы и аппаратуру управления. Машины для холодной шовной сварки замкнутым швом содержат аналогичные узлы. Машина для холодной стыковой сварки содержит силовой привод, механизмы зажатия и осадки с зажимными губками, обрезное устройство для подготовки концов деталей к сварке, узлы управления.

Машина для холодной сварки тавровых соединений состоит из силового привода, механизмов зажатия и осадки с зажимными губками, штампа для крепления плоской детали, зачистных устройств, узлов управления.

Поскольку, к сожалению, современная отечественная промышленность не выпускает оборудование для холодной сварки, далее рассмотрены модели оборудования производимые в СССР.

Малогабаритное оборудование (гидравлические прессы ПГР - 20, ПГЭП - 2 и ПГЭ - 20) предназначено для сварки в монтажных условиях. Точечную холодную сварку осуществляют в основном в стационарных условиях. Однако в ряде случаев необходимо производить точечную сварку непосредственно в условиях монтажа, например при соединении токоведущих шин в электрических распределительных устройствах. Для этой цели могут быть использованы малогабаритные гидравлические прессы, применяемые для соединения и оконцевания проводов методом опрессовки наконечников. При монтажных операциях распространены ручные гидравлические прессы типа ПГР - 20 и гидравлические прессы с электроприводом типов ПГЭП - 2 и ПГЭ - 20. Перечисленные гидравлические прессы имеют небольшие габаритные размеры и массу, развивают усилие 80 - 100 кН и без особых затруднений могут быть использованы для холодной сварки непосредственно в условиях монтажа. При использовании такого гидравлического пресса для холодной сварки на нем устанавливают специальную стальную скобу кондукторы, с помощью которых зажимают свариваемые шины, и сменные пуансоны.

Для оконцевания алюминиевых деталей медью разработано оборудование для точечной холодной сварки. Несмотря на то что это оборудование разработано давно, оно не устарело и большую его часть до сих пор применяют в промышленности.

Передвижная установка типа УГХО5-2 (рисунок 1) предназначена для холодной сварки медных контактных отводов к алюминиевым обмоткам в процессе их изготовления и позволяет также соединять внахлестку алюминиевые провода и шины толщиной до 5 мм включительно.

1 - пневматический цилиндр; 2 - редуктор давления; 3 - электромагнитный клапан; 4 - гидравлический цилиндр; 5 - шланг высокого давления; 6 - сварочные клещи; 7 - кнопка управления; 8, 9 - подвижный и неподвижный пуансоны соответственно
Рисунок 1 - Передвижная установка типа УГХО5-2

Установка состоит из мультипликатора, сварочных клещей 6 и аппаратуры управления. Устройство мультипликатора аналогично приведенному на рисунке 2. Его пневматический цилиндр 1 сообщается с магистралью сжатого воздуха, а гидравлический цилиндр 4 через шланг высокого давления 5 со сварочными клещами 6. На клещах установлены два сменных пуансона: неподвижный 9 и подвижный 8, закрепленный на штоке поршня рабочего гидроцилиндра клещей.

1 - клапан; 2 - редуктор давления; 3 - корпус; 4 - стол; 5 - сварочная головка; 6 - манометр; 7 - поршень; 8 - шток; 9 - гидравлический цилиндр; 10 - маслопровод
Рисунок 2 - Схема установки УГХС-10

На верхней крышке мультипликатора размещены элементы аппаратуры пневматической системы и понижающий трансформатор, от которого питание подают на кнопку управления 7. Аппаратура пневматической системы состоит из редуктора давления 2, электромагнитного клапана 3 и не показанного на рисунке 2 маслораспылителя. С помощью редуктора устанавливают необходимое для сварки давление сжатого воздуха. Электромагнитный клапан служит для направления сжатого воздуха в одну из пневматических камер мультипликатора (вторая в это время сообщается с атмосферой). Маслораспылитель служит для смазки манжет пневматического цилиндра, а также плунжера электромагнитного клапана.

Для работы на установке в сварочных клещах 6 устанавливают пуансоны 8 и 9, соответствующие данной толщине свариваемых деталей. Расстояние между опорными частями сведенных пуансонов должно быть меньше суммарной толщины подлежащих сварке деталей. При необходимости расстояние между пуансонами регулируют дистанционными шайбами.

Подготовленные к сварке детали складывают зачищенными поверхностями и помещают между пуансонами. При нажатии кнопки 7 подвижный пуансон 8 сближают с неподвижным 9 и производят сварку. Затем кнопку отпускают и электромагнитный клапан направляет сжатый воздух в верхнюю камеру пневматического цилиндра мультипликатора, подвижный пуансон отходит от неподвижного, освобождая сваренный узел.

Установка УГХС-10 предназначена для холодной сварки медных контактных выводов ("флажков") с концами обмоток, которые могут быть поднесены к стационарной сварочной установке.

Схема установки приведена на рисунке 2. К корпусу 3 прикреплен стол 4 для размещения свариваемых деталей. Внутри корпуса расположен мультипликатор. Поршень 1 пневматического цилиндра жестко связан со штоком 8, нижний конец которого служит поршнем гидравлического цилиндра 9, соединенного маслопроводом 10 с рабочим цилиндром сварочной головки 5. Редуктор 2 устанавливает давление воздуха, поступающего в пневмоцилиндр.

Установка УГХС-10 может быть оборудована тремя сварочными головками или одной для одноточечной сварки с предварительным зажатием деталей толщиной до 3 мм.
В отличие от установки УГХС - 5 рассматриваемая установка не требует подключения к электрической сети. Управление ею осуществляют ножным педальным золотниковым клапаном 1, а контроль за давлением масла в гидроцилиндре с помощью манометра 6.
Сварочная головка (рисунок 3) для холодной сварки снабжена устройством для предварительного зажатия свариваемых деталей толщиной до 1,5 мм.

1,6 - поршни; 2, 7 - цилиндры; 3 - пуансон; 4 - прижим; 5 - пружина
Рисунок 3 - Сварочная головка к установке УГХС-10

Свариваемые детали помещают между прижимами 4; верхний из них установлен в отверстие с резьбой основного поршня 6, а нижний - в подобное отверстие цилиндра 2. Внутри прижимов 4 помещены пуансоны 39 рабочие выступы которых входят в отверстия прижимов. В основном поршне 6, перемещающемся в верхнем цилиндре 7 и нижнем цилиндре 2, перемещаются дополнительные поршни 7, передающие давление на пуансоны 3.
При подаче давления от пневмогидравлического усилителя (мультипликатора) прижимы 4 сдавливают свариваемые детали с усилием, пропорциональным живому сечению основного поршня 6. В это время рабочие выступы пуансонов 3 вдавливаются в металл свариваемых деталей навстречу друг другу с усилием, пропорциональным сечению дополнительных поршней 1. После снятия давления пружина 5 поднимает верхний прижим и пуансон 3, свариваемые детали освобождаются.

Благодаря тому что верхний дополнительный поршень 1 независимо перемещается внутри основного поршня 6, автоматически обеспечивается зажатие свариваемых деталей до вдавливания в них рабочих выступов пуансонов 3 или одновременно с ним. Желаемое соотношение между давлением на рабочие выступы пуансонов и на прижимы можно получить подбором прижимов и пуансонов соответствующих диаметров. Высоту вдавливаемых в металл рабочих выступов пуансонов можно регулировать вывинчиванием прижимов 4.

Холодная сварка металлов – никакого волшебства!

Холодной сваркой называется соединение металлов в твердой фазе, достигаемое совместным пластическим деформированием соединяемых элементов без применения нагрева. Процесс осуществляется на воздухе при комнатной температуре, которая для большинства материалов ниже температуры рекристаллизации (чаще всего – путем приложения давления). Поэтому в ГОСТ 2601 данный способ имеет следующее определение:

Холодная сварка сварка давлением при значительной пластической деформации без внешнего нагрева соединяемых частей

ВНИМАНИЕ! Если вы искали клей "холодная сварка" см. статью "Холодная сварка" – клей, но не сварка

Содержание

Холодная сварка металлов – экскурс в историю

Холодная сварка металлов известна с древних времен. Как показывают археологические исследования и исторические хроники – "Колосс Родосский" был снаружи покрыт тонкими медными листами, которые были соединены между собой с использованием холодной сварки. То есть данная технология была применена и при создании шедевров античного периода.

В Национальном музее в Дублине (Ирландия) хранятся золотые коробочки, которые по заключению экспертов, изготовлены в эпоху поздней бронзы с применением данного способа.

В 1724 году священником Дезагюлье (J. L. Desaguliers) был представлен способ соединения свинца с помощью холодной сварки. Опыт заключался в том, что два свинцовых шарика диаметром около 25 мм сдавливали вместе и вращали, в результате они соединялись. Последующие попытки разорвать данное соединение и измерить величину разрыва с помощь весов показали, что прочность соединения некоторых образцов оказалось ничем не хуже основного металла. Результаты данных опытов были опубликованы в научных журналах.

На данный способ получения соединения впервые всерьез посмотрели в 1940-х годах, именно в это время ученые обнаружили странный эффект взаимодействия нескольких кусков одного и того же металла в абсолютном вакууме – при наличии чистых плоских граней они притягиваются.

Начиная со второй половины 1940-х годов она начала применяться в промышленно развитых странах: в 1947 - 1948 гг. появилась в США, а в 1949 г. началось использование и в СССР.

В настоящее время она успешно применяется для соединения изделий из пластичных металлов, таких как медь, алюминий, свинец, олово, никель и др.

Что такое холодная сварка?

Холодная сварка – процесс, при котором происходит соединение двух твердых тел без нагрева свариваемых деталей на стыке соединения. Отличительной особенностью холодной сварки металлов является отсутствие фазы расплавления.

На первый взгляд, холодная сварка может показаться волшебством. Многие люди не могут понять, как может производится процесс соединения без нагрева, электрического тока или специальных растворов. Если посмотреть видео – у многих возникает мысль: "Это что-то магическое". На самом деле никакой магии нет.

Метод холодной сварки основан на использовании пластической деформации, с помощью которой разрушают на свариваемых поверхностях хрупкую пленку окислов. В настоящее время известно, что сила сцепления от контакта может быть значительно увеличена благодаря сильному сжатию деталей между собой, увеличению времени контакта, повышению температуры деталей, а также от комбинирования вышеперечисленных факторов.

Основная трудность подготовки поверхности деталей заключается в тщательном удалении с нее органических и окисных пленок. Органические пленки – это тонкие пленки масел, жирных кислот и парафинов, покрывающие свариваемые поверхности. Препятствуют сцеплению также пленки адсорбированных на поверхности газов.

При контакте с кислородом или другими реактивными веществами происходит образование поверхностных слоев, которые в значительной мере или полностью исключают вероятность возникновения эффекта холодной сварки. Ведь именно образующаяся из-за содержания кислорода в воздухе на поверхности металла оксидная пленка не дает соединиться свариваемым деталям в нормальных условиях. Кстати, даже при помещении в вакуум оксидная пленка не исчезает, то есть поверхность металла требует дополнительной очистки.

Золотые самородки в природе образуются благодаря методу холодной сварки, а происходит это потому, что у золота попросту нет оксидной пленки, как всем известно – золото не окисляется.
При возникновении механических проблем на первых моделях искусственных спутников Земли все списывалось именно на эффект холодной сварки. Однако позже было доказано, что причиной возникновения проблем стали простые недоработки в конструкции, а возникновение данного эффекта на орбите до сих пор не подтверждено (конечно же, кроме случаев, когда в определенных экспериментах он вызывался человеком преднамеренно).

При холодной сварке металлы соединяются благодаря совместному пластическому деформированию по поверхности их взаимного контакта. Образование цельнометаллического соединения происходит за счет возникновения металлических связей между соединяемыми металлами. Эти связи возникают между атомами при сближении поверхностей соединяемых материалов в результате образования общего электронного облака, взаимодействующего с ионизированными атомами обеих металлических поверхностей. Сварное соединение образуется только путем деформации, без нагрева извне. Это обстоятельство позволяет сваривать термически разупрочняемые материалы без нарушения их физических свойств. Отсутствие нагрева исключает опасность образования хрупких интерметаллических прослоек в зоне контакта разнородных металлов (например, алюминия и меди). Холодную сварку можно выполнять во взрывоопасной среде, возможна герметизация объектов, нагрев которых недопустим (это широко используют в промышленности).

В реальных условиях нет идеально чистых и гладких металлических поверхностей. На них имеются неровности, выступы, окисные, адсорбированные пленки, органические пленки, которые препятствуют сближению поверхностей на расстояния действия межатомных сил. Поэтому получение сварного соединения возможно только при значительных пластических деформациях, приводящих к сминанию выступов, разрушению и раздроблению поверхностных слоев и их удалению из зоны сварного соединения вследствие пластического течения. В результате в контакт вступают по всей свариваемой поверхности чистые слои металла, между которыми образуется металлическая связь.

Исследования показали, что даже у самых гладких поверхностей металлических деталей есть шероховатости, и именно эти высокие точки прикасаются к противоположной детали. В процессе образования сварного шва фактически участвуют лишь несколько тысячных долей процента площади поверхности детали, но этих микроскопических участков вполне достаточно для создания мощных молекулярных соединений. Так что при соблюдении необходимых показателей гладкости свариваемых поверхностей деталей между точками соприкосновения создается мощнейшая связывающая сила.

Снижение прочности сварного соединения за счет уменьшения толщины металла в месте соединения до известной степени компенсируется повышением прочности деформированного металла, получающего наклеп. Например, предел прочности технически чистого алюминия в зоне максимальной деформации возрастает примерно в два раза.

Виды материалов пригодных к свариванию

Применение холодной сварки ограничивается физическими свойствами материалов и пригодна для различных металлов и их сплавов, достаточно пластичных при комнатной температуре:

алюминий
медь
кадмий
никель
свинец
олово
цинк
титан
серебро
индий
золото
платина и др.

Пластичность соединяемых материалов может быть повышена подогревом до соответствующей температуры. Так, например, высокопрочные алюминиевые сплавы при температуре 300-350°С свариваются за счет соответственно направленной пластической деформации подобно чистому алюминию при комнатной температуре.

Если на металл нанести твердые пленки электролитическим способом, например на медь пленку твердого никеля, или принять меры к предотвращению загрязнения, выполняя холодную сварку сразу же после окончания обработки механической щеткой, то в этих случаях связь происходит при значительно меньших деформациях.

Свариваемость при данном способе может быть оценена максимальной остающейся толщиной металла в месте соединения, выраженной в процентах по отношению к первоначальной толщине детали до сварки.

Параметры режимов холодной сварки

Основной параметр, определяющий процесс – величина деформации в месте соединения, которая зависит от свойств металла, его толщины, типа соединения и способов подготовки поверхностей.

Основными параметрами режима холодной сварки являются:

удельное давление
глубина вдавливания пуансона
величина вылета деталей из цанг (при стыковом способе)
диаметр пуансона
степень деформации

Величина удельного давления выбирается в зависимости от физико-механических свойств свариваемых материалов. Рекомендуемое удельное давление при стыковой холодной сварке:

алюминиевых деталей: 180-250 кг/мм 2
медных деталей: 650-800 кг/мм 2
для разнородных металлов, например, алюминий – медь: 500-650 кг/мм 2

Усилие зажатия образцов в зажимах с насечкой должно превышать усилие осадки для алюминия более чем на 50%, а для меди – более чем на 80%

Зависимость деформации от свойств

Металл	Относительная глубина вдавливания пуансона, %
Алюминий	55 – 60
Алюминиевые сплавы	75 – 80
Медь	85 – 90
Олово	85 – 88
Титан	70 – 75
Серебро	82 – 86
Армко-железо	85 – 92
Свинец	80 – 85
Никель	85 – 90
Индий	10 – 15

Величина вылета стержня составляет:

для алюминия 1-1,2 диаметра стержня
для меди 1,25-1,5 диаметра стержня
для разнородных металлов алюминий – медь: вылет медного стержня должен быть на 30-40% больше, чем алюминиевого

Степень необходимой деформации при холодной сварке разнородных материалов определяется свойствами того из свариваемых металлов, при соединении которого требуется меньшая деформация. Этим пользуются при необходимости сварить малопластичные материалы, применяя прокладки из пластичных металлов.

Предварительные исследования свариваемости показывают следующие результаты:

Металл	Свариваемость в %
Алюминий особо чистый	40
Алюминий технически чистый	30
Дюралюминий	20
Кадмий	16
Свинец	16
Медь	14
Никель	11
Цинк	8
Серебро	6

Из этих данных видно, что наилучшие результаты холодной сварки дают алюминий и алюминиевые сплавы, удовлетворительные результаты дает медь. Довольно удовлетворительную свариваемость дает никель, имеющий высокую температуру плавления (1450°С).

Условия получения надежного сварного соединения

Надежное сварное соединение холодной сваркой может быть получено при соблюдении следующих условий:

тщательная подготовка поверхности свариваемых изделий. При точечном и роликовом способах поверхность рекомендуется зачистить механическими щетками, торцы деталей при стыковом способе для соединения проводов сравнительно небольшого диаметра – с помощью специальных ручных кусачек или механического ножа, а торцы деталей большого сечения подвергают механической обработке. При этом необходимо обеспечить параллельность свариваемых поверхностей обеих деталей и отсутствие на них жировых загрязнений;
одновременная пластическая деформация соединяемых деталей;
значительное и симметричное относительно центра зоны соединения растекание металла в плоскости соединения. Данное растекание вызывает разрушение оксидных или иных пленок, вытеснение их обломков из зоны соединения. Одновременно, растекание создает условия для интенсивного движения дислокаций с образованием активных центров на соединяемых поверхностях. Симметричное растекание необходимо для более полного удаления пленок из зоны сварного шва;
сжатие заготовок на заключительной стадии образования сварного соединения, что требует значительных давлений в зоне контакта;
очистка кромок соединяемых заготовок от загрязнений (промывка растворами, бензином, спиртом) и окисных пленок. Применение абразивного инструмента недопустимо, так как шаржированные в поверхность заготовок абразивные зерна затруднят получение сварного соединения;
предварительная подготовка поверхностей заготовок (шероховатость – Rz не более 10 мкм; неплоскостность поверхности не более 0,1 мм).

Виды холодной сварки

В зависимости от способа приложения давления и схемы деформации определяют следующие виды:

1 – пуансон; 2 – свариваемые детали; Р – усилие сжатия

1 – пуансоны; 2 – свариваемые детали; Р – усилие сжатия

Области применения холодной сварки металлов

Как мы уже писали в статье данным способом успешно соединяют металлы, обладающие хорошими пластическими свойствами. Этот способ нашел применение главным образом в приборостроении, для соединения алюминиевой оболочки кабелей, при изготовлении корпусов полупроводниковых приборов, при изготовлении бытовых приборов из алюминия – чайников, подставок, каркасов, в электромонтажном производстве для соединения проводов и шин внахлестку и встык при монтаже сетей связи, троллейбусных проводов, электропроводки в домах. В летательных аппаратах встык варят шпангоуты. В последнее время достигнуты успехи в соединении полупроводниковых материалов.

Одним из направлений применения данного способа является его сочетание с обработкой давлением: прокаткой, высадкой, штамповкой, вытяжкой и т.п. С помощью последней, например, получают биметаллические переходники из алюминия и коррозионно-стойкой стали, которые затем используются в бесфланцевых соединениях трубопроводов летательных аппаратов.

Последние исследования открывают широкие возможности применения в процессе производства на микроуровне и наноуровне. Кроме того, экономически оправдано её применение при соединении небольших деталей из мягких, пластичных металлов, а также тонких металлических пленок, использующих полимеры в качестве подложки.

Холодную точечную сварку можно выполнять на любых прессах: гидравлических, эксцентриковых и т. п. Если сваривается несколько точек за один ход пресса, то требуются прессы усилием 500-1000 кг. Для холодной сварки одной точки достаточно пресс усилием 50-100 кг.

Читайте также: