Электроды для контактной сварки предназначены для подвода тока к элементам, их сжатия и отвода выделяющегося тепла. Эта деталь является одной из самых важных в оборудовании, так как от ее формы зависит возможность обработки узла. Устойчивость же электрода определяет уровень качества сварки и длительность беспрерывной работы. Электроды бывают фигурными и прямыми. Производство элементов прямого типа регламентировано в стандарте ГОСТ 14111–77 .

Фигурные детали характеризуются тем, что их ось смещена относительно конуса (посадочной поверхности). Они используются для сварки узлов и элементов непростой формы, до которых трудно добраться.

Особенности конструкции

Электроды, предназначенные для контактной сварки, включают в свой состав цилиндрическую часть, рабочую и посадочную части. Во внутренней полости элемента находится специальный канал, который предназначен для подачи воды, охлаждающей электродержатель.

Рабочая часть обладает сферической или плоской поверхностью. Ее диметр подбирается в соответствии с толщиной обрабатываемых изделий и используемого материала. Прочность же электрода обеспечивается средней частью.

Часть посадочная должна иметь конусную форму, чтобы деталь надежно фиксировалась в электродержателе. Ее обработка должна происходить с чистотой не менее 7 класса.

На пользовательские свойства детали влияет расстояние от самого дна охлаждающего канала до рабочего края: срок службы, устойчивость и т. д. Если это расстояние будет небольшим, то охлаждение элемента будет происходить гораздо эффективнее, однако он при этом сможет выдержать гораздо меньшее количество переточек.

Вставки на основе молибдена и вольфрама помещаются внутрь медных деталей. Изделия, сделанные таким способом, используются для сварки анодированной или оцинкованной стали.

Материалы производства

Устойчивость электродов представляет собой способность элементов не терять свою форму и размеры, а также противостоять переносу материала свариваемых элементов и электродов. Данный показатель определяется материалом и конструкцией сварочного электрода, а также условиями и режимом работы. Износ деталей находится в зависимости от особенностей рабочего инструмента (угол рабочей поверхности, диаметр, материал и т. д.). Оплавление, чрезмерный нагрев, окисление во время эксплуатации электрода в коррозионной и/или влажной среде, смещение или перекос, деформация при сжатии и прочие факторы значительно повышают износ рабочих элементов.

Материал инструмента должен подбираться в соответствии со следующими правилами:

1. Его уровень электропроводности должен быть сравним с чистой медью;
2. Эффективная теплопроводность;
3. Высокая степень механической стойкости;
4. Простота обработки резанием или высоким давлением;
5. Устойчивость к циклическим нагревам.

В сравнении со стопроцентной медью ее сплавы обладают большей устойчивостью к нагрузкам механического плана, потому для таких изделий используются именно медные сплавы. Легирование изделия цинком, бериллием, хромом, магнием, цирконием не уменьшает показатели электропроводности, но существенно увеличивает прочность, а кремний, железо и никель увеличивают его твердость.

Выбор

В процессе выбора подходящих электродов для точечной сварки следует обратить особое внимание на размеры и форму рабочего элемента изделия. Также следует учитывать характеристики обрабатываемого материала, его толщину, форму сварочных узлов и режим сварки.

У инструмента для контактной сварки бывают разные рабочие поверхности:

1. Плоская;
2. Сферическая.

Изделия, имеющие сферическую рабочую поверхность, не особо чувствительны к скосам, потому они нередко используются на подвесных и радиальных установках, а также для фигурных электродов с прогибом. Изготовители из РФ советуют для обработки легких сплавов именно эту разновидность электродов, так как они позволяют предотвратить появление подрезов и вмятин при точечной сварке. Однако предотвратить эту проблему можно и в том случае, если пользоваться плоскими электродами, торец которых увеличен. А электроды, оснащенные шарнирами, могут даже заменить электроды сферического типа, но они рекомендованы для сварки металлических листов, толщина которых не превышает полутора миллиметров.

Габариты рабочего элемента инструмента подбираются в соответствии с типом и толщиной обрабатываемых материалов. Результаты исследования, которое было проведено экспертами французской компании «ARO» показали, что рассчитать необходимый диаметр можно, воспользовавшись следующей формулой:

dэл = 3 мм + 2t, где «t» - толщина листов, которые подлежат сварке.

Сложнее подсчитать необходимый диаметр инструмента при неодинаковой толщине листов, сварке материалов разного типа и сварке целого «пакета» элементов. Понятно, что для работы с деталями разной толщины, диаметр изделия нужно подбирать относительно самого тонкого металлического листа.

При сварке комплекта элементов диаметр следует подбирать, руководствуясь толщиной внешних элементов. Для сварки материалов различного типа наименьшее проплавление имеет металлический сплав с минимальным удельным электросопротивлением. В таком случае следует применять приспособление, сделанное из материала повышенной теплопроводности.

Конструкция электродов должна иметь форму и размеры, обеспечивающие доступ рабочей части электрода к месту сварки деталей, быть приспособленной для удобной и надежной установки на машине и иметь высокую стойкость рабочей поверхности.

Наиболее простыми для изготовления и эксплуатации являются прямые электроды, выполняемые в соответствии с ГОСТом 14111-69 из различных медных электродных сплавов, в зависимости от марки металла свариваемых деталей.

Иногда, например при сварке разноименных металлов или деталей с большой разницей в толщине, для получения качественных соединений электроды должны иметь достаточно низкую электротеплопроводность (30…40% от меди). Если из такого металла изготавливать весь электрод, то он будет интенсивно нагреваться от сварочного тока за счет своего высокого электросопротивления. В таких случаях основание электрода выполняют из медного сплава, а рабочую часть из металла со свойствами, необходимыми для нормального формирования соединений. Рабочая часть 3 может быть сменной (рис. 1, а) и закрепляться с помощью гайки 2 на основании 1. Использование электродов такой конструкции удобно, так как позволяет при изменении толщины и марки металла свариваемых деталей устанавливать нужную рабочую часть. Недостатками электрода со сменной частью являются возможность применения его только при сварке деталей с хорошими подходами и недостаточно интенсивное охлаждение. Поэтому подобные электроды не следует использовать на тяжелых режимах сварки с большим темпом.

Рис. 1. Электроды с рабочей частью из другого металла

Рабочую часть электродов выполняют также в виде припаянного (рис. 1, б) или запрессованного наконечника (рис. 1, в). Наконечники изготавливают из вольфрама, молибдена или их композиций с медью. При запрессовке наконечника из вольфрама необходима шлифовка его цилиндрической поверхности с целью надежного контакта с основанием электрода. При сварке деталей из нержавеющих сталей толщиной 0,8…1,5 мм диаметр вольфрамовой вставки 3 (рис. 1, в) составляет 4…7 мм, глубина запрессованной части 10…12 мм, а выступающей части 1,5…2 мм. При большей длине выступающей части наблюдаются перегрев и снижение стойкости электрода. Рабочая поверхность вставки может быть плоской или сферической.

Особое внимание при конструировании электродов должно уделяться форме и размерам посадочной части. Наиболее распространена конусная посадочная часть, длина которой должна составлять не менее. Электроды с укороченным конусом следует применять только при сварке с использованием малых усилий и токов. Кроме конусной посадки иногда применяется крепление электродов на резьбе с помощью накидной гайки. Такое соединение электродов может быть рекомендовано в. многоточечных машинах, когда важно иметь одинаковое исходное расстояние между электродами, или в клещах. При использовании фигурных электрододержателей применяются также электроды с цилиндрической посадочной частью (см. рис. 8, г).

При точечной сварке деталей сложного контура и плохими подходами к месту соединения используют самые разнообразные фигурные электроды, которые имеют более сложную конструкцию чем прямые, менее удобны в эксплуатации и, как правило, обладают пониженной стойкостью. Поэтому фигурные электроды целесообразно применять тогда, когда без них сварка вообще неосуществима. Размеры и форма фигурных электродов зависят от размеров и конфигурации деталей, а также конструкции электрододержателей и консолей сварочной машины (рис. 2).

Рис. 2. Различные типы фигурных электродов

Фигурные электроды при работе обычно испытывают значительный изгибающий момент от внеосевого приложения усилия, который необходимо учитывать при выборе или конструировании электродов. Изгибающий момент и обычно малое сечение консольной части создают значительные упругие деформации. В связи с этим неизбежно взаимное смещение рабочих поверхностей электродов, особенно, если один электрод прямой, а другой фигурный. Поэтому у фигурных электродов предпочтительной является сферическая форма рабочей поверхности. В случае фигурных электродов, испытывающих большие изгибающие моменты, возможна деформация конусной посадочной части и гнезда электрододержателя. Предельно допустимые изгибающие моменты для фигурных электродов из бронзы Бр.НБТ и электрододержателей из термообработанной бронзы Бр.Х составляют по опытным данным для конусов электродов диаметром 16, 20, 25 мм соответственно 750, 1500 и 3200 кг×см. Если конусная часть фигурного электрода испытывает момент больше допустимого, то следует увеличить максимальный диаметр конуса.

При конструировании сложных пространственных фигурных электродов рекомендуется предварительное изготовление их модели из пластилина, дерева или легко обрабатываемого металла. Это позволяет установить наиболее рациональные размеры и форму фигурного электрода и избежать переделок при его изготовлении сразу из металла.

На рис. 3 приведены некоторые примеры сварки узлов в местах с ограниченным доступом. Сварку профиля с обечайкой выполняют нижним электродом со смещенной рабочей поверхностью (рис. 3, а).

Рис. 3. Примеры применения фигурных электродов

Пример использования верхнего электрода с косой заточкой и нижнего, фигурного, показан на рис. 3, б. Угол отклонения электрододержателя от вертикальной оси не должен быть более 30°, в противном случае конусное отверстие электрододержателя деформируется. Если нельзя установить верхний электрод с наклоном, то он также может быть фигурным. Фигурный электрод изгибают в двух, плоскостях для достижения труднодоступного места сварки (рис. 3, в-д). Если на машине отсутствует или ограничено горизонтальное перемещение консолей для сварки деталей, показанных на рис. 3, е применяют два фигурных электрода с одинаковыми вылетами.

Иногда фигурные электроды воспринимают очень большие изгибающие моменты. Во избежание деформации конусной посадочной части фигурный электрод дополнительно закрепляют за наружную поверхность электрододержателя с помощью хомутика и винта (рис. 4, а). Прочность фигурных электродов с большим вылетом значительно увеличивается, если выполнять их составными (армированными). Для этого основная часть электрода делается из стали, а токоведущая из медного сплава (рис. 4, б). Соединение токоведущих частей между собой может быть выполнено с помощью пайки, а со стальной консолью - на винтах. Возможен вариант конструкции, когда фигурный электрод из медного сплава подкрепляют (армируют) стальными элементами (планками), которые не должны образовывать вокруг электрода замкнутого кольца, так как в нем будут индуктироваться токи, увеличивающие нагрев электрода. Крепление фигурных электродов, испытывающих большие моменты, целесообразно выполнять в виде удлиненной цилиндрической части, для установки в машине вместо электрододержателя (см. рис. 4, б).

Рис. 4. Электроды, воспринимающие большой изгибающий момент:

а - с подкреплением за наружную поверхность электрододержателя;

б - армированный электрод: 1 - стальная консоль; 2 - электрод; 3 - токоподвод

В большинстве случаев при точечной сварке используется внутреннее охлаждение электродов. Однако, если сварка выполняется электродами малого сечения или с большим нагревом, а свариваемый материал не подвержен коррозии, в клещах применяют наружное охлаждение. Подвод охлаждающей воды осуществляется либо специальными трубками, либо через отверстия в рабочей части самого электрода. Большие трудности возникают при охлаждении фигурных электродов, так как подвести воду непосредственно к рабочей части не всегда возможно из-за малого сечения консольной части электрода. Иногда охлаждение выполняют с помощью тонких медных трубок, припаиваемых к боковым поверхностям консольной части фигурного электрода достаточно большого размера. Учитывая, что фигурные электроды всегда охлаждаются хуже прямых электродов, часто приходится существенно снижать темп сварки, не допуская перегрева рабочей части фигурного электрода и снижения стойкости.

При использовании для сварки в труднодоступных местах клещей, а также необходимости частой замены электродов применяют крепление электродов, показанное на рис. 5. Такое крепление обеспечивает хороший электрический контакт, удобное регулирование вылета электродов, хорошую устойчивость против боковых смещений, быстрый и простой съем электродов. Однако из-за отсутствия внутреннего охлаждения в таких электродах их применяют при сварке на малых токах (до 5…6 кА) и с малым темпом.

Рис. 5. Способы крепления электродов

Для удобства работы используют электроды, имеющие несколько рабочих частей. Эти электроды могут быть переставными или поворотными (рис. 6) и значительно упрощают и ускоряют установку электродов (совмещение рабочих поверхностей).

Рис. 6. Многопозиционные переставной (а) и поверхностный (б) электроды:

1 - электрододержатель; 2 - электрод

Электроды устанавливаются в электрододержателях, которые закрепляются на консольных частях сварочной машины, передающих усилие сжатия и ток. В табл. для справок приведены размеры прямых электрододержателей основных типов точечных сварочных машин. Электрододержатели должны изготавливаться из достаточно прочных медных сплавов с относительно высокой электропроводностью. Чаще всего электрододержатели выполняют из бронзы Бр.Х, которая должна быть термически обработана для получения необходимой твердости (НВ не менее 110). В случае сварки сталей, когда применяются небольшие токи (5…10 кА), электрододержатели целесообразно выполнять из бронзы Бр.НБТ или кремненикелевой бронзы. Эти металлы обеспечивают длительное сохранение размеров конусного посадочного отверстия электрододержателя.

Таблица. Размеры электрододержателей точечных машин в мм

Наибольшее распространение имеют прямые электрододержатели (рис. 7). Внутри полости электрододержателя проходит трубка для подвода воды, сечение которой должно быть достаточно для интенсивного охлаждения электрода. При толщине стенки трубки 0,5…0,8 мм ее наружный диаметр должен составлять 0,7…0,75 от диаметра отверстия электрода. В случае частой смены электродов целесообразно использовать электрододержатели с выталкивателями (рис. 7, б). Выталкивание электрода из посадочного гнезда производится при ударе деревянным молотком по бойку 5, который соединен с трубкой из нержавеющей стали - выталкивателем 1. Возврат выталкивателя и бойка в исходное нижнее положение выполняется пружиной 2. Важно, чтобы торец выталкивателя, ударяющий по торцу электрода, не имел повреждений на своей поверхности, в противном случае посадочная часть электрода будет быстро выходить из строя, заклиниваясь при его удалении из электрододержателя. Удобным для эксплуатации является выполнение конца электрододержателя 1 в виде сменной резьбовой втулки 2, в которой установлен электрод 3 (рис. 7, в). Такая конструкция позволяет изготавливать втулку 2 из более стойкого металла и заменять ее при износе и установке электрода другого диаметра, а также легко удалять электрод при заклинивании путем выбивания его стальной выколоткой изнутри втулки.

Рис. 7. Прямые электрододержатели:

а – нормальный;

б – с выталкивателем;

в – со сменной втулкой

Если фигурные электроды чаще применяются при сварке деталей, имеющих малые размеры соединяемых элементов, то при больших их размерах целесообразно использование специальных фигурных электрододержателей и простых электродов, Фигурные электрододержатели могут быть составными и обеспечивать установку электродов под различным, углом к вертикальной оси (рис. 8, а). Достоинством такого электрододержателя является легкая регулировка вылета электрода. В ряде случаев фигурный электрод может быть заменен электрододержателей, показанным на рис. 8, б. Интерес также представляет электрододержатель, наклон которого можно легко регулировать (рис. 8, в). Конструкция, изогнутого под углом 90° электрододержателя приведена на рис. 30, г, она позволяет закрепить электроды с цилиндрической посадочной частью. Специальный винтовой зажим обеспечивает быстрое закрепление и снятие электродов. На рис. 9 представлены различные примеры точечной сварки с использованием фигурных электрододержателей.

Рис. 8. Специальные электрододержатели

Рис. 9. Примеры применения различных электрододержателей

При точечной сварке крупногабаритных узлов типа панелей целесообразно использовать четырехэлектродную поворотную головку (рис. 10). Применение таких головок позволяет в четыре раза увеличить время работы электродов до очередной зачистки, не удаляя свариваемую панель из рабочего пространства машины. Для этого после загрязнения каждой пары электродов электрододержатель 1 поворачивается на 90° и закрепляется стопором 4. Поворотная головка позволяет также устанавливать электроды с различной формой рабочей поверхности для сварки узла с изменяющейся, например, ступенчато толщиной деталей, а также обеспечить механизацию зачистки электродов специальными устройствами. Поворотная головка может использоваться при точечной сварке деталей с большой разницей в толщине и устанавливается со стороны тонкой детали. Известно, что при этом рабочая поверхность электрода, контактирующего с тонкой деталью, быстро изнашивается и заменяется приповороте головки на новую. В качестве электрода со стороны толстой детали удобно использовать ролик.

Рис. 10. Поворотная электродная головка:

1 – поворотный электрододержатель; 2 – корпус; 3 – электрод; 4 – стопор

При точечной сварке оси электродов должны быть перпендикулярны поверхностям свариваемых деталей. Для этого сварку деталей, имеющих уклоны (плавно изменяющуюся толщину), или изготовляемых с помощью подвесных машин, при наличии крупногабаритных узлов выполняют с использованием самоустанавливающегося поворотного электрода со сферической опорой (рис. 11, а). Во избежание течи воды электрод имеет уплотнение в виде резинового кольца.

Рис. 11. Самоустанавливающиеся электроды и головки:

а - поворотный электрод с плоской рабочей поверхностью;

б - головка для двухточечной сварки: 1 - корпус; 2 - ось;

в - пластинчатый электрод для сварки сетки: 1, 7 - консоли машины; 2-вилка; 3 - гибкие шины; 4-качающийся электрод; 5 - свариваемая сетка; 6 - нижний электрод

На обычных точечных машинах сварка стальных деталей относительно небольшой толщины может выполняться сразу двумя точками с применением двухэлектродной головки (рис. 11, б). Равномерное распределение усилий на оба электрода достигается за счет поворота корпуса 1 относительно оси 2 под действием усилия сжатия машины.

Для сварки сетки из стальной проволоки диаметром 3…5 мм могут быть применены пластинчатые электроды (рис. 11, в). Верхний электрод 4 качается на оси для равномерного распределения усилий между соединениями. Подвод тока в целях его равномерности производится гибкими шинами 3; вилка 2 и ось качания изолированы от электрода. При длине электродов до 150 мм они могут выполняться некачающимися.

Рис. 12. Раздвижные клиновые электроды-вставки

При сварке панелей, состоящих из двух обшивок и ребер жесткости, внутри должна находиться электропроводная вставка, воспринимающая усилие электродов машины. Конструкция вставки должна обеспечивать ее плотное прилегание к внутренней поверхности свариваемых деталей без зазора, во избежание глубоких вмятин на внешних поверхностях деталей и возможных прожогов. Для этой цели может быть использована раздвижная вставка, показанная на рис. 12. Движение клина 2 относительно неподвижного клина 4, обеспечивающее их поджатие к свариваемым деталям 3, синхронизировано с работой машины. Когда электроды 1 и 5 сжаты и происходит сварка, воздух из пневмосистемы привода машины поступает в правую полость цилиндра 8, закрепленного на передней стенке машины и через тягу 7 перемещает клин 2, увеличивая расстояние между рабочими поверхностями клиньев. При поднятии электрода 1 воздух выходит из правой и начинает поступать в левую полость цилиндра 8, уменьшая расстояние между поверхностями клиньев, что позволяет перемещать свариваемую панель относительно электродов машины. Охлаждение клиновой вставки производится воздухом, который поступает по трубке 6. Использование такой вставки позволяет сваривать детали с внутренним расстоянием между ними до 10 мм.

k-svarka.com

Соединение деталей контактной точечной сваркой

• 27 декабря
• 77 просмотров
• 13 рейтинг

• Электроды для точечной сварки
• Параметры точечной сварки
• Возможные дефекты и их причины

Точечная сварка - метод, при котором соединение деталей внахлест производится в одной или нескольких точках. При подаче электротока происходит местный нагрев, в результате чего металл расплавляется и схватывается. В отличие от электродуговой или газовой сварки не требуется присадочный материал: плавятся не электроды, а сами детали. Не нужно и обволакивание инертным газом: сварочная ванна в достаточной мере локализована и защищена от попадания атмосферного кислорода. Сварщик работает без маски и рукавиц. Это позволяет лучше визуализировать и контролировать процесс. Точечная сварка обеспечивает высокую производительность (до 600 точек/мин) при низких затратах. Она широко используется в различных отраслях хозяйства: от приборостроения до самолетостроения, а также в бытовых целях. Без точечной сварки не обходится ни одна автомастерская.

Схема точечной сварки.

Оборудование для точечной сварки

Работы выполняются на специальном сварочном аппарате, называемом споттер (от англ. Spot - точка). Споттеры бывают стационарные (для работы в цехах) и переносные. Установка работает от электросети 380 или 220 В и генерирует заряды тока в несколько тысяч ампер, что значительно больше, чем у инверторов и полуавтоматов. Ток подается на медный или карбоновый электрод, который прижимается к свариваемым поверхностям пневматикой или ручным рычагом. Возникает тепловое воздействие, длящееся несколько миллисекунд. Однако этого хватает для надежной стыковки поверхностей. Так как время воздействия минимально, то тепло не распространяется дальше по металлу, а точка сварки быстро остывает. Свариванию подлежат детали из рядовых сталей, оцинкованного железа, нержавейки, меди, алюминия. Толщина поверхностей может быть различна: от тончайших деталей для приборостроения до листов толщиной 20 мм.

Общий вид точечного сварочного аппарата.

Контактно-точечная сварка может проводиться одним электродом или двумя с разных сторон. Первый способ используется для сварки тонких поверхностей или в тех случаях, когда прижим с двух сторон осуществить невозможно. Для второго способа используют специальные клещи, зажимающие детали. Этот вариант обеспечивает более надежное крепление и чаще используется для работы с толстостенными заготовками.

По типу тока аппараты для точечной сварки подразделяются на:

• работающие на переменном токе;
• работающие на постоянном токе;
• низкочастотные аппараты;
• аппараты конденсаторного типа.

Выбор оборудования зависит от особенностей технологического процесса. Наиболее распространены аппараты переменного тока.

Вернуться к оглавлению

Схема самодельного аппарата для точечной сварки.

Электроды для точечной сварки отличаются от электродов для электродуговой сварки. Они не только обеспечивают подачу тока на свариваемые поверхности, но и выполняют прижимную функцию, а также задействованы в отводе тепла.

Высокая интенсивность рабочего процесса обуславливает необходимость использования материала, стойкого к механическим и химическим воздействиям. Более всего выдвинутым требованиям соответствует медь с добавлением хрома и цинка (0,7 и 0,4% соответственно).

Качество сварной точки во многом определяется диаметром электрода. Он должен быть минимум в 2 раз больше толщины стыкуемых деталей. Размеры стержней регламентируются ГОСТом и имеют от 10 до 40 мм в диаметре. Рекомендуемые размеры электродов представлены в таблице. (Изображение 1)

Для сварки рядовых сталей целесообразно использовать электроды с плоской рабочей поверхностью, для сварки высокоуглеродистых и легированных сталей, меди, алюминия - со сферической.

Электроды со сферическими наконечниками более стойкие: способны произвести больше точек до перезаточки.

К тому же они универсальны и подойдут для сварки любого металла, а вот использование плоских для сварки алюминия или магния приведет к образованию вмятин.

Точечная сварка в труднодоступных местах выполняется электродами изогнутой формы. Сварщик, который сталкивается с подобными условиями работы, всегда имеет набор различных фигурных электродов.

Для надежной передачи тока и обеспечения прижима электроды должны плотно соединяться с электрододержателем. Для этого их посадочным частям придают форму конуса.

Некоторые виды электродов имеют резьбовое соединение или крепятся по цилиндрической поверхности.

Вернуться к оглавлению

Основными параметрами процесса являются сила тока, продолжительность импульса, усилие сжатия.

От силы сварочного тока зависит количество выделяемого тепла, скорость нагрева, величина сварного ядра.

Наряду с силой тока на количество тепла и размеры ядра влияет продолжительность импульса. Однако при достижении определенного момента наступает состояние равновесия, когда все тепло отводится от зоны сварки и уже не влияет на расплавление металла и размер ядра. Поэтому увеличение продолжительности подачи тока сверх этого нецелесообразно.

Усилие сжатия влияет на пластическую деформацию свариваемых поверхностей, перераспределение по ним тепла, кристаллизацию ядра. Высокое усилие сжатия снижает сопротивление электрического тока, идущего от электрода к свариваемым деталям и в обратном направлении. Таким образом, возрастает сила тока, ускоряется процесс расплавления. Соединение, выполненное с высоким усилием сжатия, отличается высокой прочностью. При больших токовых нагрузках сжатие препятствует выплескам расплавленного металла. С целью снятия напряжения и увеличения плотности ядра в некоторых случаях производится дополнительное кратковременное повышение усилия сжатия после отключения тока.

Выделяют мягкий и жесткий режим сварки. При мягком режиме сила тока меньше (плотность тока составляет 70-160 А/мм²), а продолжительность импульса может достигать нескольких секунд. Такая сварка применяется для соединения низкоуглеродистых сталей и более распространена в домашних условиях, когда работы проводятся на маломощных аппаратах. При жестком режиме продолжительность мощного импульса (160-300 А/мм²) составляет от 0,08 до 0,5 секунды. Деталям обеспечивают максимально возможное сжатие. Быстрый нагрев и быстрое охлаждение позволяют сохранить сварному ядру антикоррозийную стойкость. Жесткий режим используют при работе с медью, алюминием, высоколегированными сталями.

Выбор оптимальных параметров требует учета многих факторов и проведения испытаний после расчетов. Если же выполнение пробных работ невозможно или нецелесообразно (например, при разовой сварке в домашних условиях), то следует придерживаться режимов, изложенных в справочниках. Рекомендованные параметры силы тока, продолжительности импульса и сжатия для сварки рядовых сталей приведены в таблице. (Изображение 2)

Вернуться к оглавлению

Циклограммы процессов контактной точечной сварки.

Качественно выполненная точечная контактная сварка обеспечивает надежное соединение, срок службы которого, как правило, превышает срок службы самого изделия. Однако нарушение технологии может привести к дефектам, которые можно разделить на 3 основные группы:

• недостаточные размеры сварного ядра и отклонение его положения относительно стыка деталей;
• механические повреждения: трещины, вмятины, раковины;
• нарушение механических и антикоррозийных свойств металла в зоне, прилегающей к сварной точке.

Рассмотрим конкретные виды дефектов и причины их возникновения:

1. Непровар может быть вызван недостаточной величиной силы тока, чрезмерным сжатием, изношенностью электрода.
2. Наружные трещины возникают при слишком большом токе, недостаточном сжатии, загрязненности поверхностей.
3. Разрывы у кромок обусловлены близким расположением к ним ядра.
4. Вмятины от электродов возникают при их слишком малой рабочей поверхности, неправильной установке, чрезмерном сжатии, слишком высоком токе и продолжительном импульсе.
5. Выплеск расплавленного металла и заполнение им пространства между деталями (внутренний выплеск) происходит из-за недостаточного сжатия, образования в ядре воздушной раковины, несоосно установленных электродах.
6. Наружный выплеск расплавленного металла на поверхность деталей может быть вызван недостаточным сжатием, слишком большими режимами тока и времени, загрязненностью поверхностей и перекосом электродов. Последние два фактора оказывают негативное влияние на равномерность распределения тока и плавление металла.
7. Внутренние трещины и раковины возникают из-за чрезмерных режимов тока и времени, недостаточного или запаздывающего проковочного сжатия, загрязненности поверхностей. Усадочные раковины появляются в момент охлаждения ядра. Для их предотвращения и используют проковочное сжатие после прекращения подачи тока.
8. Причиной неправильной формы ядра или его смещения является перекос или несоосность электродов, загрязненность поверхности деталей.
9. Прожог является следствием загрязненности поверхностей или недостаточного сжатия. Во избежание этого дефекта ток необходимо подавать только после того, как сжатие обеспечено полностью.

Для выявления дефектов используют визуальный осмотр, рентгенографию, ультразвуковое исследование, капиллярную диагностику.

При испытательных работах контроль над качеством сварной точки производится методом разрыва. Ядро должно остаться полностью на одной детали, а на второй - глубокий кратер.

Исправление дефектов зависит от их характера. Применяют механическую зачистку наружных выплесков, проковку при деформации, термическую обработку для снятия напряжений. Чаще же бракованные точки просто переваривают.

expertsvarki.ru

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

Причины недолговечности электродов контактной электросварки

Процесс контактной сварки состоит из следующих стадий:

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

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

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

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

Материалы электродов

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

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

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

При подборе оптимального материала сварочных электродов для контактной сварки ориентируются на показатель удельной электропроводности сплава. Чем меньше он будет отличаться (в меньшую сторону) от электропроводности чистой меди – 0,0172 Ом·мм2/м, тем лучше.

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

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

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

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

Конструкции электродов

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

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

Кроме того, электроды могут быть сплошными и составными.

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

• Для расчёта диаметра электрода d пользуются зависимостью Р = (3…4)d2, где Р – фактически необходимое сжатие электродов при проведении процесса контактной электросварки. В свою очередь, рекомендуемые значения давления осадки, при котором получаются наиболее качественные соединения, составляет 2,5…4,0 кг/мм2 площади получаемого сварного шва;
• Для электродов с конической рабочей частью оптимальный угол конусности варьируется от 1:10 (для инструмента с диаметром рабочей части до 30…32 мм) до 1:5 – в противоположном случае;
• Выбор угла конуса определяется также и наибольшим усилием сжатия: при максимальных усилиях рекомендуется принимать конусность 1:10, как обеспечивающую повышенную продольную стойкость электрода.

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

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

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

Механические характеристики электродов должны находиться в следующих пределах:

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

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

proinstrumentinfo.ru

Технология и аппараты точечной сварки

Что такое точечная сварка? Это контактный способ соединения заготовок в одной или нескольких точках. Сформированное соединение похоже на заклепку.

Преимущества метода:

• сварка металлов разных сплавов (от дорогих до дешевых);
• прочность и эстетический вид соединения;
• высокая скорость (производительность);
• экономичность в расходе материалов;
• низкая квалификация рабочего.

Недостатки: шов не герметичен, концентрация напряжения в зоне соединения.

Точечная технология получила широкое распространение в промышленности и в быту. Её соединяют, как малые детали в приборостроении, так и крупные стальные листы в разных областях промышленности.

Последовательность технологии

Весь процесс можно описать так:

1. Приготовленные детали помещаются между двух электродов и сжимаются с определенным усилием;
2. подается электрический ток на электроды;
3. происходит нагрев и расплавление металла в месте контакта;
4. выключается питание (проковка) - кристаллизация ядра расплава;
5. снимается сжатие с деталей.

Проковка может осуществляться с повышением сжатия или без.

Формы и размеры точечного соединения зависят от силы электрического тока, времени процесса, электродов, силы сжатия и чистоты поверхности заготовок. Диаметр сварной заклепки может быть от 3 до 12 мм.

Подготовка заготовок к сварке

Материал зачищают только в месте соприкосновения электродов с поверхностью. Для этого применяют щетки, круги, пескоструйные инструменты и растворы для травления.

Без очистки - быстрее изнашиваются электроды, хромает качество скрепления материала и возрастает потребление электричества.

Оборудование для точечной сварки

Аппараты точечной сварки бывают:

• с переменным током;
• с постоянным током;
• машины конденсаторного вида;
• низкочастотные аппараты.

Каждому аппарату точечной сварки присущи свои плюсы и минусы.

В продаже есть разные модели аппаратов, на все случаи жизни

Оборудование с переменным током пользуется большей популярностью. В устройство аппаратов входит - силовой трансформатор, тиристорный модуль, понижающий трансформатор, логические контроллеры, реле, блок управления и др.

Что такое конденсаторная сварка? Технология простая: при зарядке в конденсаторе постепенно накапливается энергия, которая при расходе генерирует импульс тока большой величины.

Благодаря этому, при сварке потребляется меньшая контролируемая мощность от сети. Данная технология отлично соединяет металлы с хорошей теплопроводностью (серебро, алюминиевые - медные сплавы).

Отметим: точечное скрепление может выполняться мягким и жестким режимами.

При мягком процессе, заготовки греют умеренным током от 0,5 до 3 сек. Метод применяют для соединения склонных к закалке изделий.

Жесткий метод применим для высоколегированных сталей, сплавов алюминия и меди. Время разогрева 0,1 - 1,5 сек.

Стоимость оборудования

Промышленность поставляет на рынок разные аппараты для точечной сварки - цена сильно отличается от мощности и предназначения машин. Есть ручные переносные модели и мощные станки для цеховых работ.

Например, ручные сварочные клещи для точечной сварки BlueWeld Plus 230 823226 можно приобрести за 40 000 рублей.

Споттеры. Аппарат TELWIN DIGITAL CAR SPOTTER 5500 (400) обойдется в 66 000 рублей.

Технические характеристики Telwin

Сейчас, в интернет-магазинах можно купить китайскую точечную сварку для аккумуляторов хинт (от 7 000 рублей).

Фото китайского аппарата для аккумуляторов

Надо отдать должное нашим умельцам, которые своими руками собирают разнообразные приборы для точечного соединения. Конечно же, в других публикациях мы расскажем об этом и даже о самодельной точечной сварке инвертором.

Видео: как изготовить аппарат точечной сварки самостоятельно.

Электроды

Электроды для точечной сварки должны выполнять свою функцию - это сжатие металлических изделий и подвод тока к ним.

Разная форма электродов

Важную роль у электрода выполняет наконечник. К примеру, тонкие очень быстро изнашиваются и их необходимо подтачивать. Самая лучшая форма - это конус.

Как продлить жизнь электродов:

• покупать только фирменные изделия;
• для каждого сплава применять свой электрод;
• при тяжелых условиях сварки использовать правильные наконечники;
• эксплуатировать прозрачные шланги для контроля воды.

Знайте: подпиленный электрод приводит к плохой сварке. Также, храните их в специальных местах, чтобы избежать повреждений.

Простыми и качественными электродами являются прямые, которые соответствуют ГОСТ 1411-69, их делают из специальных медных сплавов. Часто, рабочая часть электрода сменная, что позволяет устанавливать нужный размер исходя от сплава и толщины свариваемых заготовок.

Крепление рабочей части осуществляется гайкой, припоем или запрессовкой на конус. Большее распространение получила конусная рабочая часть.

Наконечники бывают с плоской и сферической формой. Сферическая поверхность используется для всех машин и сплавов, а плоская подходит не во всех случаях.

При точечной сварки для труднодоступных мест, иногда применяют электроды разной конфигурации. Имеющие меньшую износостойкость, чем прямые аналоги.

P.S. Мы познакомились с технологией точечной сварки (контактной), узнали преимущества и минусы данного типа соединений, какие используются аппараты и электроды для выполнения процесса.

(1 оценок, среднее: 5,00 из 5) Загрузка...

Электроды (ролики) – это инструмент, который осуществляет непосредственный контакт машины со свариваемыми деталями. Электроды в процессе сварки выполняют три основные задачи:
- сжимают детали;
- подводят сварочный ток;
- отводят теплоту, выделяющуюся в процессе сварки на участке электрод – электрод.
Непосредственно от формы рабочей поверхности электродов, контактирующей с деталями, зависит качество получаемых сварных соединений. Износ рабочей поверхности связанное с этим увеличение площади контакта электрод – деталь приводит к уменьшению плотности тока и давления в зоне сварки, а следовательно, к изменению ранее получаемых параметров литой зоны и качества соединений.
Увеличение рабочей поверхности плоского электрода при его износе в большей степени уменьшают размеры литой зоны при сварке пластичного металла, чем при сварке высокопрочного металла (Рис.1а). Износ сферической рабочей поверхности электрода, установленного со стороны тонкой детали, уменьшает ее проплавление (Рис. 1б,в).
Основные требования, предъявляемые к электродам:
- высокая электропроводность сварки
- сохранение формы рабочей поверхности в процессе сварки заданного числа точек или метров роликового шва.
При точечной и роликовой сварке электроды нагреваются до высоких температур в результате выделения теплоты непосредственно в электродах и передачи ее от свариваемых деталей.

Рис. 1. Зависимость размеров литой зоны от изменений рабочей поверхности электродов:
а - толщина 1+1 мм: 1 - сталь Х18Н10Т; 2 - сталь ВНС2
б,в - при износе сферической поверхности электрода со стороны тонкой детали

Степень нагрева электродов зависит от применяемого режима сварки и толщины свариваемых деталей. Например, при точечной сварке коррозионностойкой стали с увеличением толщины деталей от 0,8+0,8 до 3+3 мм отношение теплоты, выделяющейся в электродах, к общей теплоте, выделяющейся при сварке, увеличиваются от 18 до 40%. По результатам непосредственных измерений температура рабочей поверхности электродов при сварке единичными точками образцов толщиной 1,5-2 мм составляет: 530°С для стали ЗОХГСА, 520°С для стали Х18Н9Т, 465°С для титана ОТ4 и 420°С для сплава ВЖ98. При темпе (скорости) сварки 45 точек в минуту температура повысилась и составила соответственно: 660, 640, 610 и 580°С.

Табл. 1
Свойства металлов для электродов и роликов

Для электродов и роликов используют специальные медные сплавы, обладающие высокой жаропрочностью и электропроводностью (Табл.1). Наилучшим металлом для электродов и роликов, применяемых при сварке коррозионностойких, жаропрочных сталей и сплавов и титана, является бронза Бр.НБТ, которую выпускают в виде термически обработанных катаных плит и литых цилиндрических заготовок. Из бронзы Бр.НБТ особенно целесообразно изготовлять фигурные электроды, т.к. для обеспечения необходимой твердости не требуется нагартовки, которая необходима для кадмиевой меди, сплава Мц5Б и бронзы Бр.Х.
Не рекомендуется использовать электроды и ролики из бронзы Бр.НБТ для сварки низколегированных сталей, особенно без наружного охлаждения, из-за возможного налипания меди на поверхность деталей в месте контакта с электродами.
Наиболее универсальным является сплав Мц5Б, его можно использовать для электродов и роликов при сварке всех рассматриваемых металлов. Однако сплав Мц5Б несколько сложен в изготовлении и термомеханической обработке, поэтому не получил широкого распространения. Кроме того, его стойкость при сварке коррозионностойких и жаропрочных сталей и сплавов значительно ниже, чем у бронзы Бр.НБТ. При точечной сварке коррозионностойких сталей толщиной 1,5+1,5 мм стойкость электродов из сплава Бр.НБТ составляет в среднем 7-8 тыс. точек, из бронзы Бр.Х – 2-3 тыс. точек, а при роликовой сварке – соответственно 350 и 90 м шва.
Наибольшее применение для точечной сварки получили электроды с плоской и сферической поверхностью и ролики с цилиндрической и сферической рабочей поверхностью. Размеры рабочей поверхности электродов выбирают в зависимости от толщины свариваемых деталей; для большинства металлов форма поверхности может быть плоской (цилиндрической для роликов) или сферической (Табл.2).

Табл. 2
Размеры электродов и роликов

Электроды со сферической рабочей поверхностью лучше отводят теплоту, имеют большую стойкость и менее чувствительны к перекосам осей электродов при их установке, чем электроды с плоской рабочей поверхностью, поэтому их используют при сварке на подвесных машинах (клещах).
При сварке электродами со сферической рабочей поверхностью изменение F св в большей степени влияет на размеры литой зоны, чем при использовании электродов с плоской поверхностью, особенно при сварке пластичных металлов. Однако при уменьшении I св и t св от заданного значения d и А понижаются меньше при сварке электродами со сферической поверхностью, чем при сварке электродами с плоской поверхностью.
При использовании сферических электродов площадь контакта электрод-деталь в начале сварки значительно меньше, чем в конце. Это приводит к тому, что на машинах с пологой нагрузочной характеристикой (машины с большим Z м , клещи с кабелем) плотность тока в контакте электрод-деталь при включении может быть очень высокой, что способствует снижению стойкости электродов. Поэтому целесообразно применять плавное нарастание i св , которое обеспечивает практически постоянную плотность тока в контакте.
При точечной и роликовой сварке медных и титановых сплавов предпочтительно применять электроды и ролики со сферической рабочей поверхностью. В отдельных случаях использование только сферической поверхности обеспечивает требуемое качество соединений, например при сварке деталей неравной толщины.
Электроды в большинстве случаев соединяются с электрододержателями с помощью конусной посадочной части. По ГОСТ 14111-90 на прямые электроды конусность посадочной части принята 1:10 для электродов диаметром D ≤25 мм и 1:5 для электродов D >25 мм. В зависимости от диаметра электрода практически допустимое усилие сжатия F эл=(4-5)D2 кгс .
На практике для сварки различных деталей и узлов применяются разнообразные электроды и электрододержатели. Для получения точечных соединений стабильного качества лучше применять фигурные электрододержатели, чем фигурные электроды. Фигурные электрододержатели имеют больший срок службы, а также имеют лучшие условия для охлаждения электродов, что повышает их стойкость.

Рис. 2. Электроды различных конструкций

На рис. 2 показаны некоторые электроды специального назначения. Сварку Т-образного профиля с листом выполняют с использованием нижнего электрода с прорезью под вертикальную стенку профиля (рис.2а,I). При сварке деталей неравной толщины, когда недопустима глубокая вмятина на поверхности тонкой детали, может быть применен электрод 1 со стальным кольцом 2 на рабочей поверхности, стабилизирующим площадь контакта электрод-деталь (рис. 2а,II). Наличие медной фольги 3 между электродом и деталью исключает поджоги в контакте кольцо - деталь. Для герметизации тонкостенных трубок 3 из коррозионностойкой стали с помощью точечной сварки используют электрод 1 с продолговатой рабочей поверхностью (рис. 2 а,III). Стальная насадка 2 концентрирует ток и позволяет производить смятие трубок без опасности повреждения рабочей поверхности. На рабочей поверхности электродов 1 могут быть закреплены стальные трубки 2, стабилизирующие контакт электрод-деталь и уменьшающие износ электродов (рис. 2а, IV, V).
При точечной сварке оси электродов должны быть перпендикулярны поверхностям свариваемых деталей. Поэтому детали, имеющие уклоны (плавно изменяющуюся толщину), целесообразно сваривать с использованием самоустанавливающегося поворотного электрода со сферической опорой (рис. 2б).
Для точечной сварки деталей с большим отношением толщин иногда со стороны тонкой детали устанавливают электрод (рис. 2в, I), рабочая часть которого выполнена из металла с низкой теплоэлектропроводностью (вольфрама, молибдена и т. п.). Такой электрод состоит из медного корпуса 1 и вставки 2, припаянной в корпусе. Рабочую часть электрода 3 иногда выполняют сменной и закрепляют на корпусе электрода 1 накидной гайкой 2 (рис.2в,II). Электрод обеспечивает быструю замену рабочей части при ее износе или при необходимости – перестановку вставки с другой формой рабочей поверхности.
Для роликовой сварки применяют ролики составной конструкции, у которых основание 1 из медного сплава, а припаянная к нему рабочая часть 2 – из вольфрама или молибдена (рис.2в, III). При роликовой сварке швов большой протяженности на деталях малой толщины (0,2-0,5 мм) рабочая поверхность роликов быстро изнашивается, в связи с чем ухудшается качество сварки. В таких случаях ролики имеют канавку, в которой помещена проволока их холоднотянутой меди (рис.3), перематываемая при вращении роликов с одной катушки на другую. Этот способ обеспечивает стабильную форму рабочей поверхности и многократное использование электрода-проволоки при роликовой сварке деталей малой толщины или деталей с покрытием.

Чтобы избежать частой смены электродов, для сварки на одной машине деталей различной толщины могут быть использованы многоэлектродные головки. В головку устанавливают электроды с рабочей поверхностью различной формы. При точечной сварке деталей неравной толщины важно обеспечить стабильную рабочую поверхность электрода со стороны тонкой детали. Для этой цели используют многоэлектродную головку 1; со стороны толстой детали устанавливают ролик 2 (рис.4). При износе рабочей поверхности электрода его заменяют новым, поворачивая головку. Многоэлектродные головки позволяют также без съема электродов со сварочной машины автоматически зачищать электрод, не осуществляющий в данный момент сварку.
Иногда электроды подводят ток к свариваемым деталям но не связаны непосредственно со сварочной машиной. Например необходимо сварить продольным роликовым швом тонкостенные трубы малого диаметра (10-40 мм). Для этого заготовку трубы 1 с медной оправкой 2 помещают между роликами поперечной сварочной машины (рис. 5а). Таким образом могут быть сварены швы достаточно большой длины. Для сварки деталей 1 коробчатой формы используют электрод-шаблон 2, закрепленный на оси 3 для поворота его после сварки первого шва (рис.5б).

Рис. 5. Электроды-оправки, применяемые на роликовых машинах
поперечной сварки:
а - сварка тонкостенной трубы;
б - сварка кожуха;
1- детали; 2 - электроды; 3 - ось.

Стойкость электродов и роликов зависит от условий их охлаждения. Электроды для точечной сварки должны иметь внутреннее водяное охлаждение. Для этого электроды со стороны посадочной части имеют отверстие, в которое вводится трубка, закреп ленная в электрододержателе. Вода поступает по трубке, омывает дно и стенки отверстия и через пространство между внутренними стенками электрода и трубкой проходит в электрододержатель. Конец трубки должен иметь скос под углом 45°, край которого должен отстоять от дна электрода на 2-4 мм. При увеличении этого расстояния образуются воздушные пузыри и ухудшается охлаждение рабочей поверхности электрода.
На стойкость электродов оказывает влияние расстояние от рабочей поверхности до дна охлаждающего канала. При уменьшении этого расстояния повышается стойкость электродов (число точек до переточки), но уменьшается число его возможных пере¬точек до полного износа и тем самым сокращается срок его службы. Анализируя влияние этих двух факторов на затраты электродного металла, а следовательно, и на стоимость электродов установлено, что расстояние от дна до рабочей поверхности должно составлять (0,7 -0,8)D (где D - наружный диаметр электрода). Для усиления интенсивности охлаждения при точечной сварке можно применять дополнительное водяное охлаждение электродов и места сварки. Вода в этом случае подается через отверстия в электродах или отдельно по специальной трубке наружного охлаждения. Иногда применяют внутреннее охлаждение жидкостями с температурой ниже 0°С или сжатым воздухом.
При роликовой сварке чаще применяют наружное охлаждение роликов и места сварки. Однако такой способ охлаждения не при¬годен при сварке закаливающихся сталей. Если при точечной сварке легко осуществить внутреннее охлаждение электродов то при роликовой сварке это достаточно сложная задача.
При эксплуатации электродов и роликов периодически необходимо зачищать и восстанавливать их рабочую поверхность. Электроды с плоской рабочей поверхностью обычно зачищают личным напильником и абразивным полотном, электроды со сферической рабочей поверхностью – с помощью резиновой подушки толщиной 15-20 мм, обернутой абразивным полотном.
Рабочую поверхность электродов чаще всего восстанавливают на токарных станках. Для получения рабочей поверхности правильной формы целесообразно использовать специальные фасонные резцы.

Сварка, выполняемая в среде защитного газа (гелия или аргона), требует наличия вольфрамовых электродов, которые относятся к категории неплавящихся. За счет своей тугоплавкости вольфрамовый электрод выдерживает большие температуры и длительный беспрерывный срок работы. В настоящее время этот сварочный материал имеет достаточно обширную классификацию, где присутствует довольно большое количество типов, разделенных по маркам.

Маркировка и характеристики вольфрамовых электродов

Маркировка вольфрамовых электродов оговорена международными стандартами. Поэтому их легко выбрать по необходимому назначению в любой стране, в какой бы вы не находились. Именно маркировка отражает и тип выбранного электрода, и его химический состав.

Маркировка начинается с буквы «W», которая обозначает сам вольфрам. В чистом виде металл в изделии присутствует, но характеристики такого электрода не очень высокие, потому что это слишком тугоплавкий элемент. Улучшить сварные качества ему помогают легирующие добавки.

• Пруток из чистого вольфрама обозначается «WP». Наконечник прутка зеленого цвета. Можно говорить, что относится он к категории вольфрамовых электродов для сварки алюминия и меди переменным током. Содержание вольфрама в сплаве – не менее 99,5%. Недостаток – ограничения в тепловой нагрузке. Поэтому заточка вольфрамового электрода (его окончания) «WP» производится в виде шарика.
• «C» - это оксид церия. Пруток с серым наконечником. Именно эта добавка позволяет использовать электрод при работе с любым видом тока (постоянным или переменным), поддерживает стабильную дугу даже при небольшом токе. Содержание – 2%. Кстати, церий единственный нерадиоактивный материал из серии редкоземельных металлов.
• «Т» - диоксид тория. Пруток с красным наконечником. Такие электроды используются для сварки цветных металлов, низколегированные и углеродистых сталей, нержавейки. Это часто используемый электрод при проведении сварочных работ аргоновой сваркой. У него есть один минус – радиоактивность тория, поэтому рекомендуется сварку проводить в открытых зонах и в хорошо вентилируемых помещениях. Сварщик должен соблюдать меры безопасности. Отметим, что торированные вольфрамовые электроды для аргонодуговой сварки хорошо держат свою форму при самых высоких токах. С такими нагрузками не справляется даже «WP» марка (чистый вольфрам). Содержание – 2%.
• «Y» - диоксид иттрия. Пруток с темно-синим наконечником. С его помощью обычно варят ответственные конструкции из разных металлов: титан, медь, нержавейка, углеродистые и низколегированные стали. Работа проводится только на постоянном токе (полярность прямая). Иттриевая добавка увеличивает такой показатель, как стабильность катодного пятна на конце самого электрода. Именно это является причиной того, что он может работать в достаточно широких пределах сварочного тока. Содержание – 2%.
• «Z» - оксид циркония. Пруток с белым наконечником. Используется для аргонной сварки алюминия и меди переменным током. Этот тип электродов обеспечивает очень стабильную дугу. При этом элемент достаточно требователен к чистоте сварочного стыка. Содержание – 0,8%.
• «L» - оксид лантана. Здесь две позиции: WL-15 и WL-20. Первый пруток с золотистым наконечником, второй с синим. Сварка вольфрамовым электродом с добавлением оксида лантана – это возможность использовать как переменный ток, так и постоянный. Приплюсуем сюда легкость запуска дуги (первоначальную и при повторном зажигании), у этого вида самый малый износ конца прутка, стабильная дуга при самых больших показателя тока, низкая склонность к прожогам, несущая способность в два раза выше, чем у чистого вольфрамового прутка. Содержание оксида лантана в WL-15 – 1,5% и в WL-20 – 2%.

Классификация по цифровой маркировке следующая. Первые после букв цифры обозначают содержание в сплаве легирующих добавок. Вторая группа цифр, отделенная от первых дефисом, это длина вольфрамового прутка. Самый распространенный размер – 175 мм. Но на рынке можно встретить и 50-миллимтровую длину, 75 и 150. К примеру, WL-15-75 – это электрод с оксидом лантана, в котором содержится 1,5% добавки. Длина прутка – 75 мм. Его наконечник – золотистый.

Способы заточки вольфрамовых электродов

Заточка вольфрамовых электродов – наиважнейшая составляющая правильно проведенного сварочного процесса. Поэтому все сварщики, занимающиеся сваркой в среде аргона, очень тщательно проводят эту операцию. Именно от формы наконечника зависит, как правильно будет распределяться энергия, передаваемая от электрода двум свариваемым металлам, каково будет давление дуги. А от этих двух параметров уже будет зависеть форма и размеры зоны проплавки шва, а соответственно его ширина и глубина.

Внимание! Параметры и форма заточки выбирается от вида используемого электрода и от параметров двух свариваемых металлических заготовок.

• Рабочий конец электродов марки WP, WL – это сфера (шарик).
• На WT также делают выпуклость, но небольшого радиуса. Скорее, просто обозначают скругленность электрода.
• Остальные виды затачиваются под конус.

Когда варится алюминиевый стык, на электроде сфера образуется сама. Поэтому, проводя сварку алюминия, нет необходимости проводить заточку электрода.

Какие ошибки заточки к чему могут привести.

• Ширина заточки сильно отличается от нормы, то есть, может быть очень широкой или очень узкой. В этом случае вероятность непроплавления шва сильно увеличивается.
• Если проведена несимметричная заточка, то это гарантия отклонения сварочной дуги в одну из сторон.
• Угол заточки слишком острый – снижается срок эксплуатации электрода.
• Угол заточки слишком тупой – уменьшается глубина проплавки шва.
• Риски, оставленные от абразивного инструмента, расположены не вдоль оси прутка. Получите такой эффект, как блуждание дуги. То есть, нарушается стабильное и равномерное горение сварной дуги.

Кстати, существует простая формула, определяющая длину затачиваемого участка. Она равна диаметру прутка, умноженного на постоянный коэффициент – 2,5. Существует и таблица, в которой обозначается соотношение диаметра электродов с длиною затачиваемого конца.

Точить конец вольфрамового прутка надо поперек, как карандаш. Можно точить на электрическом наждаке или на болгарке. Чтобы добиться равномерного снятия металла по всей зоне заточки, можно закрепить пруток в патроне дрели. И вращать его на малых оборотах электроинструмента.

В настоящее время производители специального электрического оборудования предлагают станок для заточки неплавящихся вольфрамовых электродов. Удобный и точный вариант сделать заточку качественной. В состав станка входит:

• Алмазный диск.
• Фильтр для сбора пыли.
• Настройка оборотов рабочего вала.
• Настройка угла заточки. Этот параметр варьируется в пределах 15-180°.

Исследования, найти оптимальный угол заточки, проводятся постоянно. В одном НИИ был проведен тест, где электрод из вольфрама марки WL проверялся на качество сварного шва путем его заточки под разные углы. Были выбраны сразу несколько угловых размеров: от 17 до 60°.

Были определены точные параметры сварочного процесса:

• Сваривались два металлических листа из коррозионностойкой стали толщиною 4 мм.
• Ток сварки – 120 ампер.
• Скорость – 10 м/ч.
• Положение сварки – нижнее.
• Расход инертного газа – 6 л/мин.

Результаты эксперимента таковы. Идеальный шов получился, когда использовался пруток с углом заточки в 30°. При угле в 17° форма шва была конусной. При этом сам процесс сварки проходил нестабильно. Ресурс электрода резки уменьшался. При больших углах заточки менялась и картина сварного процесса. При 60° увеличивалась ширина шва, но уменьшалась его глубина. И хотя сам процесс сварки стабилизировался, назвать его высококачественным нельзя.

Как видите, угол заточки играет важную роль в сварочном процессе. И неважно, используются электроды по нержавейке, стали или меди. При любых вариантах нужно правильно заточить пруток, ведь последствия могут быть крайне отрицательными. Описание прутков по цветам и химическим характеристикам помогает правильно сделать выбор, а заодно и выбрать форму заточки.

Высокая стойкость электрода и надлежащее качество сварного точечного соединения невозможны без правильного ухода за электродами. От 3 до 10% рабочего времени сварщика уходит на обслуживание электрода. Правильный уход за электродами позволяет одной парой электродов выполнить 30…100 тыс. сварных точек, при этом расход электродного сплава составляет всего лишь 5…20 г на тысячу сваренных точек.

Уход за электродами точечных машин состоит из двух операций - зачистки электродов непосредственно на машине и заправки снятого электрода на токарном или специальном станке.

Периодичность зачистки зависит главным образом от свариваемого материала. При сварке стали с хорошо подготовленной поверхностью в одних случаях можно обходиться без зачистки, в других требующаяся зачистка выполняется после сварки нескольких сот точек. При сварке алюминиевых сплавов требуется зачистка электродов через 30…60 точек, иначе начинается прилипание электродного металла к свариваемому, что нарушает процесс сварки, а также ухудшает коррозионную стойкость сварного соединения. Это же явление наблюдается и при сварке других материалов с пониженной температурой плавления, таких, например, как магний.

Зачистку следует осуществлять таким образом, чтобы, не снимая большого количества металла, получить чистую поверхность электрода. Для упрощения этой операции и облегчения условий труда при зачистке электродов применяются специальные приспособления.

Наиболее простое приспособление показано на рис. 1. Оно представляет собой лопаточку с двусторонними углублениями, в которые вкладывается наждачная бумага. Лопаточка вставляется между сжатыми электродами, и при поворачивании вокруг оси электродов зачищает их контактные поверхности.

Рис. 1. Приспособление для ручной зачистки электродов:

1 - шкурка; 2 - сферическая выемка.

Вместо такой лопаточки можно пользоваться стальной пластиной для зачистки электродов с плоской контактной поверхностью или куском резины - для зачистки электродов со сферической рабочей поверхностью. Электроды с плоской контактной поверхностью зачищаются одновременно или поочередно, со сферической - одновременно, при небольшом сжимающем усилии. После зачистки следы абразивной пыли удаляются сухой ветошью.

Стремление механизировать процесс зачистки контактной поверхности электродов привело к созданию приспособлений с электрическим или пневматическим приводом. На рис. 2 показана пневматическая машинка для зачистки электродов.

Рис. 2. Угловая пневматическая машинка для зачистки электродов

Необходимость в зачистке контактной поверхности определяется визуально, по состоянию поверхности свариваемого изделия, но известны попытки определения момента зачистки при помощи специальных приспособлений.

С помощью программного управления осуществляются не только установка свариваемого узла, сварочного тока и времени сварки, но и подается сигнал о необходимости зачистки электродов.

Предлагается момент зачистки электродов определять по сравнению яркости светового луча, отраженного от контактной поверхности электрода, с яркостью луча, отраженного от поверхности эталона. Этот способ позволяет также прекращать процесс сварки под действием сигнала, величина которого возрастает при загрязнении рабочей поверхности электрода.

Заправка рабочей части изношенного электрода с целью восстановления первоначальной формы может производиться несколькими способами. Наименее качественным является заправка мелким напильником. Рекомендуется для указанных целей применять специальные заправники. Пример ручного заправника приводится на рис. 3.

Рис. 3. Ручной заправник электродов:

1 - корпус; 2 - винты. 3 - резцы; 4 - ручка.

Также рекомендуется применение специальных пневматических заправников, оснащенных торцовой фрезой, профиль режущей части которой соответствует профилю рабочей части электрода. Специальная фреза вставляется в патрон обычной ручной дрели и позволяет одновременно обрабатывать коническую и плоскую поверхность рабочей части электрода.

Хорошим способом заправки электродов является заправка на токарных станках с проверкой размеров по шаблону.

При большом количестве заправляемых электродов целесообразно применять специальные станки типа.

Для быстрой смены электродов без повреждения рекомендуется применять электроды с лысками под ключ или пользоваться специальными съемниками.

Простейший съемник (рис. 4) представляет собой винтовой зажим специальной конструкции.

Рис. 4. Съемник простейшей конструкции:

1 - корпус; 2 - плашки; 3 - зажимной винт.

Восстановление изношенных электродов для точечной сварки ранее не практиковалось. За последнее время разработана технологию восстановления электродов точечных сварочных машин дуговой наплавкой. Твердость, электропроводность и стойкость восстановленных электродов соответствуют свойствам электродов, изготовленных из прутков. Применение метода восстановления электрода наплавкой только для одной многоточечной машины позволяет экономить до 500 кг бронзы в год.