Контактная сварка: виды, ГОСТ, машины

Виды сварки и их особенности

Контактные соединения разделяются на четыре категории, которые имеют свои особенности и способы применения. Давайте разберем, какие виды бывают:

Контактная точечная.
Стыковая.
Контактная шовная.
Рельефная.

Теперь более подробно поговорим о каждой из них, чтобы вы конкретно смогли понять, что каждый вид представляет и какие его особенности. Точечные сварочные соединения помогают соединять детали в одной либо сразу во многих местах точками. Точка образуется в процессе нагревания и расплавления металла под воздействием электрического импульсного тока, формы электродов, которые давлением воздействуют на материал и времени нагревания.

Разные вариации всех этих показателей помогают выполнить сварную точку любой формы, прочности и прочее.

Классификация видов сварки

Широко используются в производствах большого масштаба и при серийном однотипном выпуске механизмов. Также используют для создания батарей аккумуляторов. Для соединения деталей сразу по всей площади их стыка, используется контактная стыковая.

Благодаря такому способу, две детали впоследствии нагрева соединяются в единую конструкцию сразу на большой площади, за короткий промежуток времени. Время и способ такой состыковки зависит от характеристик металла, общей свариваемой площади и необходимой прочности соединения.

Разновидности сварных соединений

Стыковую сварку выполняют тремя методами:

Сопротивление.
Непрерывное оплавление.
Оплавление с одновременным разогревом места сварки.

Для деталей небольшого сечения, до двух квадратных сантиметров, применяется метод сопротивления. Также такой метод часто применяется для труб из металлов с низким содержанием углерода. Детали, площадь сечения которых не превышает отметку в 10 тысяч квадратных сантиметров, используется метод оплавления. Область применения очень широкая, он сваривания арматурных конструкций в железобетоне, до создания бесшовной железной дороги.

Такая технология помогает изготавливать детали очень большой длины при этом не оставляя никаких заметных швов. С помощью оплавления сваривают режущие инструменты, например, наконечники для сверла либо лезвия ножей. Свариваются массивные цепи судовых якорей. Оплавление с разогревом, это модификация обычного оплавления, используется для создания более качественного сварного шва.

Шовная сварка

Шовная контактная сварка производится путём наваривания нескольких точек в ряд. Такие точки могут быть герметичными, если делать их внахлёст. Если же оставлять промежуток, она будет практически похожа на обычную, точечную. Процесс такой сварки может выполняться на одном или нескольких сварочных станках. Дисковая роликовая установка вращается по контуру, который необходимо сварить, оставляя за собой точки.

Если роликовая прокатка проходи с одной стороны тогда она односторонняя. Если роликовая прокатка с двух сторон, тогда соединение происходит с каждой стороны. Этот метод хорош тем, что может быть как односторонняя, так и двусторонняя, что хорошо в определённых случаях.

Контактная рельефная сварка, очень похожа на точечную. Для его выполнения, заранее подготавливаются специальные выпуклые участки, которые и свариваются. Главной особенностью является то, что форма сварной точки в таком случае зависит от того какая форма выпуклости была сделана, а не от формы используемого электрода. Область применения довольно широкая, от автомобилей до различных электрических приборов.

Характеристики используемых электродов

Электроды имеют следующие характеристики, благодаря которым и получается сделать качественную сварку:

Высокая устойчивость к температурам (могут выдерживать нагревание свыше шестисот градусов).
Высокая плотность материала, что позволяет сохранять форму, даже при ударных сжатиях, равных пяти-шести килограммам на квадратный миллиметр.
Очень высокая тепловая и электрическая проводимость. Благодаря высокой электрической проводимости могут передавать импульс тока без потерь.
Для односторонней или двусторонней сварки, электроды имеют плоскую форму диска. Для остальных видов используются бочкообразные элементы.

Прочитав данную статью, вы смогли разобраться с технологическим процессом устройства контактной сварки. Узнали, какие виды контактной сварки бывают, и на какие разновидности разделяются электроды. Теперь можно переходить и к практическому изучению этого процесса.

Плюсы и минусы

Контактная сварка имеет немало преимуществ, которые предопределили ее распространенность. Прежде всего, стоит отметить большую скорость, которую обеспечивает использование этого метода.

Одна сварная точка может создаваться буквально за одну десятую долю секунды. Сделав нехитрый расчет, легко убедиться, что за минуту профессиональный сварщик, использующий данный метод, может создать до 600 соединений.

Контактные электроды изнашиваются медленно и обладают достаточно долгим сроком службы. Процесс сваривания контактным методом достаточно прост — даже новички, исполнители с невысокой квалификацией, могут осуществлять подобные работы, устанавливать нужный режим сварки и контролировать его исполнение.

Для описываемого метода сварки не требуется никаких расходных материалов: ни инертного газа, ни флюса, ни присадок. В том числе и поэтому риск возгорания при работах контактным методом минимален.

Контактные методы, безусловно, имеют и минусы. Например, таким минусом является высокая стоимость оборудования. Кроме того, для контактных сварочных работ требуется ток большой силы (от 1000 Ампер). А значит, питание от электрических станций или других источников электроэнергии должно быть мощным.

Говоря про недостатки контактной сварки, многие отмечают, что к ее результатам предъявляются достаточно строгие официальные требования. Такая сварка считается качественной только тогда, когда габариты сварного соединения — диаметр ядра, глубина вмятины и проплавки, величина нахлеста, расстояние между сварными точками — подпадают под ГОСТ 15878-79.

Несмотря на то, что этот стандарт был введен еще в Советском Союзе, он действует и поныне и распространяется на все контактные сварные соединения, полученные путем расплавления металла.

Процесс сварки

Независимо от применяемой технологии сварка производится в несколько этапов:

Соединяемые поверхности обрабатываются, чтобы получить более точное соприкосновение деталей. Электрическое напряжение на всей поверхности деталей должно быть одинаковым. Для этого поверхности делают как можно более ровными, обрабатывая их механически, с помощью травления, зачистки, рихтовки или обезжиривания.
Затем детали зажимаются специальным механизмом или просто прижимаются в ручную – в этом случае качество шва будет ниже из-за недостаточного давления. Давление усиливает диффузию металла и позволяет создать однородный прочный шов.
На соединяемые поверхности подается электрический ток, тепловая энергия расплавляет нужный участок металла, образуя жидкое ядро, в котором образуются связи между поверхностями. Давление, оказываемое на металл, препятствует выплескиванию жидкого ядра за пределы рабочей зоны.
После выключения тока жидкое ядро остывает, образуя сварочный шов. По прочности он при соблюдении технологии не уступает металлу соединяемых деталей.

Разные металлы требуют обработки по специальной технологии, например, поверхности алюминиевых деталей нужно обрабатывать не ранее, чем за 10 часов до процедуры соединения.

Контактная сварка очень широкого применяется в промышленности, когда надо соединить множество однотипных деталей, для решения многих задач это один из самых экономичных и эффективных способов.

Основные плюсы такого метода: высокая производительность, возможность автоматизации и роботизации с относительно небольшими затратами и высокое качество самих соединительных швов, дающее возможность интенсивно использовать готовое изделие.

Виды сварки

ГОСТ 15878 от 1979 года был выпущен взамен аналогичного документа, датированного 1970 годом выпуска — в нём были описаны основные виды контактных методик сварки, а также другие методы, некоторые из которых мы рассмотрим подробнее.

Точечная

Этот сварки методом небольшого по размерам контакта применяется во многих сферах человеческой деятельности: от строительства и до производства самолётов и ракет. Например, при создании прочной обшивки современных лайнеров из алюминия и его сплавов на корпусе расположены миллионы точечных сварных объектов, которые и образуют прочное соединение.

Принцип действия аппаратов точечной сварки предельно прост — металл в месте соединения мгновенно разогревается до температуры плавления с одновременным сильным сжатием с обеих сторон в результате получается прочный и эстетичный шов, выдерживающий любые нагрузки и колебания. Данный метод позволяет сократить до минимума время соединения металлов в одно целое. Применяется такая методика для прочного соединения листового материала и металлических стержней сваркой встык.

Рельефная

Контактная сварка ГОСТ 15878-79 — это разновидность точечной методики, когда необходимо соединить конструкции со сложным рельефом кромок. На практике применяется много разновидностей этого вида сварки, а наиболее распространённой считается соединение листов внахлёст, которое осуществляется с помощью рельефов разной конфигурации. Например, сферические поверхности со сложными выпуклостями, которые в результате соединения образуют круглую форму.Во время применения рельефной методики происходит пластическая деформация свариваемого материала, что характерно для условий, способствующих формировке надёжного соединения, после окончательного затвердевания.

Шовная

Применяется для создания прямых и непрерывных швов — машина создаёт серию точек, на которые впоследствии накладываются аналогичные точки. В результате такой интенсивной атаки и создается прочное соединение, которое полностью соответствует требованиям ГОСТ. Применяются три вида методик:

Непрерывный вариант. Создаётся ровный шов при постоянном механическом воздействии роликов на соединяемые поверхности и непрерывной подаче электрического потенциала. Такие аппараты работают весьма эффективно, но склонны к перегреву, а ролики из-за высоких нагрузок быстро выходят из строя — стираются контактные поверхности. Требуется предварительная обработка соединяемых деталей.
При шаговом методе роликовый механизм постоянно контактирует с поверхностью сварки и давит на деталь, которая перемещается прерывисто, что позволяет избежать негативного воздействия перегрева и последующей деформации.
Прерывистая линия характерна использованием пульсирующих импульсов. Заготовка находится в постоянном движении между двумя прижимными роликами, а точки постоянно перекрывают друг друга образуя герметичный шов..

Третий вариант используется чаще и пользуется большей популярностью, чем два предыдущих.

Конденсаторная

ГОСТ на конденсаторную сварку легко можно найти в перечне соответствующих документов, а аналогичная технология была разработана ещё в начале прошлого века и за время использования не претерпела существенных изменений, зарекомендовав себя надёжным и простым способом соединения металлов. Сварочный агрегат имеет простую конструкцию, на электросеть оказывается небольшая нагрузка, а производительность при этом довольно высокая.

Суть процесса схожа с контактной сваркой, только здесь подача тока происходит импульсно и мощно, для чего используются мощные конденсаторы, отличающиеся большой ёмкостью.

Схематическое изображение конденсаторной сварки.

Роль пластической деформации

Пластическая деформация металла вызывается как внешними, факторами – усилием со стороны электродов, так и внутренними – напряжениями, возникающими при несвободном расширении металла зоны сварки. При точечной, шовной, рельефной и стыковой сварке сопротивлением пластическая деформация металла присутствует на протяжении всего процесса сварки: от формирования холодного контакта до проковки соединения. При сварке оплавлением деформация происходит на этапе предварительного подогрева и осадки.

Основная роль пластической деформации при точечной, шовной и рельефной сварке заключается в формировании электрического контакта, в образовании пластического пояса для удержания расплавленного металла от выплеска и ограничения растекания сварочного тока во внутреннем контакте, в уплотнении металла на стадии охлаждения.

Основная роль пластической деформации при стыковой сварке заключается в удалении оксидов для образования металлических связей в стыке (второй этап цикла сварки) и электрических контактов (преимущественно в течение первого этапа нагрева). Деформация вызывается действием усилия сжатия, создаваемого приводом сварочной машины. Для образования начального электрического контакта достаточно небольшого давления, при котором происходит микропластическая деформация рельефа поверхности торцов. Для удаления оксидов и образования связей требуется относительно большая объемная пластическая деформация деталей. При стыковой сварке в большинстве случаев используется свободная схема объемной деформации, при которой металл течет без какого-либо внешнего ограничения. В процессе стыковой сварки о величине деформации судят по укорочению деталей, вызванному осадкой.

Конструктивные элементы

Обозначение сварного контактного соединения на чертежах. Государственная стандартизация подробно описывает аналогичные элементы с указанием допустимых размеров и обозначений:

кромки — это края детали, которые соединяются во время сварки;
зазоры — расстояние между кромками, обозначаются литерой b;
притупление — нескошенный торец кромки, c;
угол скоса — это острый угол между кромкой и торцом, β;
аналогичный параметр между скошенными кромками — угол разделки, a;
ширина шовного соединения на чертеже обозначается буквой e;
катет шва — литера k;
толщина — обозначается t у стыкового и α углового шва.

Все конструктивные элементы сварочных соединений в справочниках именуются как геометрические параметры, полный перечень размеров и их обозначений приводится в ГОСТ 15878-79 КТ-5.

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.

Термины, которыми оперирует ГОСТ

ГОСТ 15878-79 регламентирует следующие конструктивные элементы контактной сварки:

толщину свариваемых деталей (от 0,3 до 6,0 мм). Возможно производство работ на деталях разной толщины. В этом случае расчеты производят на деталь с меньшей толщиной. При двукратном превышении одной толщины над другой все параметры увеличивают в 1,2 – 1,3 раза. Этот показатель, наряду с видом сплавляемых металлов и физико-механическим требованиями к изготавливаемым конструкциям задает все остальные параметры технологического процесса. В ГОСТе они представлены в виде таблиц;
расчетные: диаметр точки плавления и ширины шва (не менее 1,5 – 16 мм). В пределах этих размеров произойдет застывание расплава и создание монолитного соединения;
общую длину литого, перекрытого и неперекрытого участка шва. Это характеристика шовной сварки (при рассмотрении ее продольного сечения). Для обеспечения герметичности шва величина перекрытой зоны должна быть не менее 25% общей длины литого участка. В случае создания шва для металлов толщиной менее 0,3 мм размер перекрытия может быть уменьшен (без потери герметичности);
величину (глубину) проплавления (от 20 до 95% толщины деталей в зависимости от их материала);
расстояния между точками при разных схемах их расположения. Между центрами в одном ряду от 7 до 65 мм. Между рядами от 8,5 до 78 мм;
количество рядов точек.

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.

Рассматриваемый метод обработки указывается в соответствии с ГОСТ 15878-79. Стоит учитывать, что при точечном воздействии отображаются своеобразные крестики, если шов роликовый, то для этого используется сплошная линия.

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.

Принцип действия

Технология контактной сварки точечным, шовным и рельефным способами основана на одной и той же единичной операции — создании сварной точки в месте соприкосновения поверхностей заготовок. В общем виде это выглядит так (см. рис. ниже):

Установка сложенных внахлест заготовок на нижний электрод.
Сжатие их верхним электродом.
Подача импульса сварочного тока.
Кратковременное удерживание сжатия до остывания сварной точки.
Отвод верхнего электрода в исходное положение.

В установках контактной сварки используется постоянный ток обратной полярности (плюс на верхний электрод) или переменный ток частоты 50 Гц (в некоторых случаях применяют высокочастотные источники)

Прижим деталей является важной частью технологического процесса. После прохождения импульса тока в месте соприкосновения поверхностей деталей возникает линза из расплавленного металла, которая в контактной технологии называется ядром

Сжатие с необходимым усилием не позволяет металлу выплескиваться за область ядра, а также вызывает пластическую деформацию зоны ядра и взаимное проникновение металлов заготовок.

Стандартная установка точечной сварки состоит из следующих элементов (см. рис. ниже):

источник питания с переменным или постоянным током;
нижняя (опорная) рукоятка с электродом массы;
верхняя (прижимная) рукоятка с основным электродом;
корпус установки с механизмом прижима и контактами.

Технология стыковой сварки отличается от остальных контактных способов, т. к. в этом случае посредством расплавления металла соединяются торцевые части двух массивных деталей. Последовательность технологических операций при стыковой контактной сварке выглядит следующим образом (см. рис. ниже):

Фиксация одной из заготовок в неподвижном зажимном приспособлении.
Установка второй заготовки в подвижную оснастку.
Сжатие торцов заготовок с постоянным усилием.
Подача на заготовки импульса сварочного тока.
Разогрев металла до состояния плавления с продолжающимся после отключения тока приложением усилия.
Сближение торцов и образование сварного шва.
Остывание шва и снятие усилия.

Напряжение холостого хода в устройствах контактной сварки намного ниже, чем у другого сварочного оборудования. Обычно оно составляет 3÷6 В (максимум до 20 В), при этом напряжение сварки равно 1÷1.5 В. Сила тока во всех контактных способах в зависимости от толщины заготовок и площади контакта лежит в интервале от единиц до сотен тысяч ампер. Глубина проплавления каждой детали в зависимости от вида материала должна составлять от 20 до 80% процентов ее толщины. Не допускается сквозное проплавление (прожиг) металла, а также проплавление его на глубину меньше нормативного.

Виды контактной сварки

На промышленных предприятиях используют разные виды контактной сварки: точечную, рельефную, стыковую и шовную. Использование той или иной разновидности во многом зависит от профиля выполняемых работ.

Существует несколько разновидностей контактной сварки ФОТО: goodsvarka.ru

Метод контактной точечной сварки

Данный метод подразумевает соединение металла в одной или нескольких точках одновременно. Качество сварного шва зависит от нескольких параметров:

силы тока и давления, оказываемого на соединяемые детали;
размера и формы электродов;
степени чистоты свариваемых поверхностей;
длительности воздействия на одну точку.

Современное сварочное оборудование имеет производительность до 600 точек в минуту. Данный метод используется как для соединения тонких (до 0,02 мкрн) деталей электрооборудования, так и для сварки металла толщиной до 20 мм.

Точечная сварка

Рельефная сварка

Этот метод по принципу работы схож с точечной сваркой, а главное отличие состоит в том, что деталь в месте соединения и электрод имеют одинаковую естественную или штампованную рельефную форму. Подобная технология используется практически везде и позволяет крепить опорные элементы или кронштейны к плоской поверхности заготовки. Однако перед свариванием детали должны быть хорошо очищены от различных видов загрязнения.

Рельефное соединение

Шовная технология сваривания

Шовная сварка — многоточечное соединение, при котором несколько сварных зон располагаются близко друг к другу или перекрываются, образуя монолитный шов. Сварочные аппараты оснащаются одним или несколькими роликами-электродами. Если сварные точки перекрываются между собой, то получается достаточно герметичный шов, поэтому данная технология используется при производстве различных ёмкостей. Толщина свариваемого металла колеблется в диапазоне 0,2-3 мм.

Шовная сварка

Стыковая контактная сварка

Как и в случае с рельефной сваркой, стыковой метод требует предварительной обработки торцов соединяемых деталей. Элементы металлической конструкции прижимают друг к другу кромками, после чего оплавляется вся плоскость контакта. Данная технология имеет несколько разновидностей: сопротивлением, оплавлением и плавлением с подогревом. Использование того или иного вида стыковой сварки зависит от типа металла, его толщины и необходимого качества фиксации. Самый простой вариант — соединение сопротивлением, используется для легкоплавких металлических деталей. Два других вида подходят для сварки конструкций большого сечения.

Схематическое изображение стыковой сварки металлов

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.

Контактная сварка