Устройство машин для контактной сварки

Конструкция, габариты и мощность машин для контактной электросварки зависят преимущественно от вида изделия, для сварки которого они предназначены. Однако независимо от этих характеристик всякая стационарная машина для контактной сварки состоит из следующих двух частей:
1) электрической, в состав которой входят: сварочный трансформатор с внешним контуром во вторичной цепи; устройство для ступенчатого регулирования сварочного тока; прерыватель для регулирования продолжительности протекания тока при сварке (прерыватель состоит из включателя тока и регулятора времени; для краткости в дальнейшем везде термином «прерыватель» обозначается комплект — включатель плюс регулятор времени);
2) механической, состоящей из станины, на которой монтируются все узлы (на современных машинах токопрерыватель монтируется отдельно), зажимного устройства для закрепления свариваемых деталей, механизма сжатия для создания сварочного давления.
Трансформаторы контактных машин. Для контактных машин обычно используются однофазные понижающие трансформаторы с первичным напряжением 220 и 380 в (иногда 127 или 500 в). Особенностью трансформатора является наличие во вторичной обмотке только одного (реже двух) витка с напряжением холостого хода в пределах 1-12 в (в отдельных машинах до 20 в). Величина сварочного тока во вторичной цепи достигает тысяч и десятков тысяч ампер, а в мощных машинах последних выпусков 90-100 тыс. а; благодаря незначительному сопротивлению вторичного контура небольшое вторичное напряжение обеспечивает необходимую силу сварочного тока.
Во время сварки трансформатор с замкнутым вторичным контуром подключается к внешней сети на заданную продолжительность пропускания тока, а затем отключается также при замкнутом вторичном контуре. Количество таких включений трансформатора в сеть может достигать, например, при точечной сварке 500-3000 в час, а при шовной даже 20 000 в час. Рабочие размеры трансформатора по условиям нагрева рассчитываются на нагрузку при номинальном ПВ (продолжительность включения). Допустим, что ток протекает по частям машины непрерывно; тогда фактическая величина ПВ повышается и температура частей машины будет постепенно возрастать, а затем достигнет некоторой предельной величины, т. е. наступит состояние теплового равновесия, при котором количество тепла, выделяющееся в машине, будет равно количеству тепла, отводимому нагревающимися частями. Этому соответствуют некоторые предельная сила тока и мощность, которые будут меньше номинальной и будут называться продолжительным током и продолжительной мощностью машины.
Если периоды протекания тока чередуются с паузами, во время которых машина будет охлаждаться, то предельно допустимая температура нагрева установится при большем значении протекающего тока, величина которого будет зависеть от величины ПВ. Величины тока и мощности, отвечающие условиям прерывистой работы, называются кратковременным током и кратковременной мощностью. Очевидно, что, чем меньше ПВ, тем больше предельно допустимая кратковременная мощность, которая может быть принята для контактной сварки.
Таким образом, особенность работы трансформатора состоит в чередовании периодов нагрузки с паузами; трансформатор работает по циклу повторно-кратковременного режима.
Номинальная величина ПВ по ГОСТ 297-52 для стыковых и точечных машин должна быть не менее 20%, а для шовных — не менее 40%; при этом длительность цикла должна быть для стыковых машин 20 сек., для точечных — 1 сек. и для шовных — 0,5 сек.
Значительное индуктивное сопротивление вторичного контура сильно снижает cos f трансформатора, составляющий обычно 0,3-0,6. Мощность серийных контактных машин при ПВ = 20-25% составляет 5-150 ква, а мощность отдельных специализированных стыковых и точечных машин для сварки стержней и труб большого диаметра доходит до 300-400 ква.
Устройство для регулирования сварочного тока. В большинстве контактных машин сварочный ток регулируется за счет вторичного напряжения путем изменения коэффициента трансформации.
Прерыватели. Прерыватели дозируют время протекания сварочного тока через место соединения, что способствует одинаковому нагреву этих мест и, следовательно, стабильному качеству сварки. Точное время протекания сварочного тока особенно важно при точечной и шовной сварке тонкого металла, так как в противном случае происходит перегрев и даже пережог основного металла, что резко ухудшает качество сварного соединения.
Естественно, что токопрерыватели включены в цепь первичной обмотки трансформатора, где ток сравнительно небольшой. Прерыватели могут включать и выключать ток в произвольные моменты полупериода тока. Это приводит к нарушениям постоянства энергии и тепловыделения в разных частях соединения и, следовательно, к изменениям прочности и качества соединения.
Существуют прерыватели, которые обеспечивают включение первичной обмотки трансформатора в цепь питания точно в заданные моменты полупериода и отключение трансформатора от сети при переходе тока через нуль (что уменьшает обгорание контактов включателя). Прерыватели этого типа обеспечивают точную дозировку энергии и тепловыделения, а также большую стабильность качества соединения; они снабжены устройством, позволяющим регулировать момент полупериода, в который происходит включение тока, что обеспечивает дозировку тока с точностью до долей полупериода.
На всех современных машинах, предназначенных для точечной и шовной сварки, обычно применяют ламповые игнитронные прерыватели, состоящие из следующих частей: игнитронного включателя тока с цепью управления зажиганием игнитрона; электронного регулятора времени. Игнитрон представляет собой трехэлектродный ионный прибор с жидким холодным катодом, заключенный в стеклянный или стальной баллон, из которого выкачан воздух.
В нижней его части налита ртуть, образующая катод, а в верхней находится графитовый анод. Сбоку в баллон вводится третий электрод — зажигатель, на конец которого припаян кристалл карборунда, не смачиваемый ртутью. Зажигатель все время погружен в ртуть на глубину 3-5 мм. Ток к зажигателю подводится через выпрямитель. При подводе тока в положительный полупериод между зажигателем и катодом возникает дуга, что обеспечивает мгновенную ионизацию паров ртути, заполняющих корпус игнитрона, так как зажигание дуги на катоде и его разогрев вызывают энергичную эмиссию электронов с катода. Если в этот момент анод находится под положительным потенциалом, между катодом и анодом возникает дуга, и от анода к катоду проходит ток. Это обеспечивает включение первичного контура трансформатора в цепь питания; таким образом, при положительном по отношению к катоду потенциале зажигателя игнитрон «открыт» и проводит ток, при отрицательном — «заперт» и тока не проводит. Время зажигания игнитрона измеряется микросекундами.
Длительность прохождения тока через игнитрон определяется периодом от появления в баллоне игнитрона ионизированных паров ртути (момент зажигания) до перехода тока через нуль. Электронный регулятор времени обеспечивает включение цепи зажигателя в повторяющиеся, заранее заданные моменты полупериода. Изменением момента включения зажигателя обусловливают различную длительность прохождения тока через игнитрон и первичный контур трансформатора.
Каждый полупериод обслуживается самостоятельным игнитроном; игнитроны включены встречно-параллельно.
Зажимные устройства. Зажимные устройства предназначены для закрепления деталей и составляют отдельный узел только на стыковых машинах; на точечных и шовных машинах закрепление в зажимах свариваемых деталей является частью процесса сжатия и осуществляется механизмом сжатия.
Зажимные устройства в машинах для стыковой сварки состоят из двух губок, корпуса и механизма зажима. Нижняя губка выполняется из меди, верхняя зажимная губка стальная; обе губки имеют водяное охлаждение. Механизм зажима может быть винтовым, эксцентриковым, пневматическим или гидравлическим.
Механизм сжатия. Механизм сжатия обеспечивает необходимое сжатие свариваемых деталей при их контактировании и прохождении сварочного тока и при сдавливании в завершающей стадии сварки (называемом «осадкой»).
Этот механизм бывает рычажным на стыковых машинах и педальным — на точечных и шовных. Сдавливание обеспечивается либо физическим усилием сварщика, либо приводным электромотором. На мощных машинах механизм сжатия имеет пневматический, гидравлический или пневмо-гидравлический привод.

Контактная сварка

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.

Технология контактной сварки

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:

1. 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.
2. 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:

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:

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. Обработка проходит без применения присадочного металла. Именно поэтому технология считается более экономичным в плане количества расходуемой энергии.
5. Нагрев происходит непосредственно в зоне воздействия. Именно поэтому не наблюдаются тепловые потери, если сравнить с технологией дуговой ручной сварки или других технологий.
6. 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:

1. Для того чтобы обеспечить высокое качество соединения должно применяться оборудование, которое может оказывать давление на заготовку.
2. Соединение может проводится только в случае, когда заготовки могут размещаться в специальной машине. Другими словами, есть определенные ограничения по размеру изделий.
3. Если шов должен быть большим, то существенно возрастает механическая мощность и сила подаваемого тока. Кроме этого, есть определенные ограничения, касающиеся толщины соединяемых элементов.
4. Технология не характеризуется универсальностью и маневренностью. Другими словами, провести работу на месте размещения изделий достаточно сложно, для этого зачастую создают самодельные конструкции.
5. 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:

1. Для начала нужно провести очистку поверхности от различных загрязнений. Использовать для этого можно абразивные материалы и специальные жидкости.
2. 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:

1. Высокая производительность.
2. Есть возможность автоматизировать процесс.
3. Высокий показатель качества получаемого соединения.
4. Бесшумность работы.
5. 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:

1. На стержень оказывается высокое механическое воздействие. Именно поэтому основа должна быть прочной.
2. Применяемые материалы при изготовлении электродов должны обладать высокой электропроводностью.
3. Высокая термическая стойкость достигается только при применении специальных материалов.
4. Малый коэффициент теплоемкости.
5. 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:

1. 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.
2. 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.
3. 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:

1. Металл может прожигаться насквозь.
2. Появляются вмятины по причине сильного механического воздействия.
3. 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:

1. Точечная характеризуется тем, что после завершения процедуры не образуются трещины.
2. Рельефная считается разновидностью точечной.
3. Шовная также получила довольно большое распространение за счет существенного повышения качества соединения.
4. 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:

1. Принцип работы предусматривает оказание давления на поверхность. При этом оно постоянное.
2. Соединение отдельных элементов проводится внахлест. Для сварки провода подобная технология не подходит.
3. 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:

1. 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.
2. Как правило, для прижима применяется ручное или механическое приспособление. За счет оказания давления существенно повышается интенсивность диффузии и прочность оказываемого шва.
3. 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:

1. Листы помещаются с выступами между электродами, которые имеют плоскую форму.
2. 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:

1. Соединение листов проводится внахлест.
2. 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.
3. Для работы применяются электроды в форме роликов. Они, как правило, являются частью применяемого оборудования.
4. При проведении сварочной работы электроды постоянно вращаются. За счет этого обеспечивается недлительное воздействие на поверхность, но при этом шов равномерный.
5. 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:

1. Используется меньший показатель силы тока.
2. Прочность соединения снижается.
3. 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.

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.