Контактне зварювання

Застосування точкового зварювання у виробництві виробів великих габаритних розмірів, як наприклад вагонів, літаків, автомобілів, легких будівельних металоконструкцій і т. п., почало вимагати створення пересувних та переносних точкових машин, а також переносних пристроїв до нерухомих машин, що дозволяють зварювати вироби великих розмірів.

Контактне зварювання

Широке застосування точкового зварювання у виробництві виробів великих габаритних розмірів, як наприклад вагонів, літаків, автомобілів, легких будівельних металоконструкцій і т. п., почало вимагати створення пересувних та переносних точкових машин і переносних пристроїв до нерухомих машин, що дозволяють зварювати вироби великих розмірів. Переносні пристрої для точкового зварювання мають різні назви: кліщі, скоби, зварювальні пістолети для точкового зварювання та ін.
У більшості випадків для точкового зварювання найбільш зручніші пристрої, що з’єднуються зі зварювальним трансформатором гнучкими проводами; при цьому по виробу пересувається лише один зварювальний пристрій, що має порівняно невелику вагу, а найбільш важка частина контактної машини, тобто зварювальний трансформатор, залишається на місці.
Існують різні типи переносних зварювальних кліщів з пневматичним тиском, що приєднуються до трансформатора гнучкими проводами. Такий провід або кабель має спеціальний пристрій, що забезпечує мінімальну індуктивність зварювального кола і мінімальну вага кабелю. Для зменшення ваги гнучкий багатожильний кабель полягає в гумовий шланг і охолоджується рідиною.
Подібні пристрої широко застосовуються, наприклад, у виробництві автомобілів. У деяких випадках для зварювання металу малої товщини виявляються зручними однополюсні зварювальні пістолети. Пістолет приєднують до одного кінця вторинної обмотки зварювального трансформатора, а інший кінець обмотки приєднують до виробу. Це дозволяє отримати зварну точку в будь-якому місці виробу, причому без необхідності підведення електроду зі зворотного боку металу.

Процес контактного зварювання

Після включення струм проходить від одного електрода до іншого крізь металеві деталі та розігріває метал найбільше в місці контакту цих деталей. Розігрів поверхні металу під електродами при правильно проведеному процесі є незначним, тому що контакт електрод-виріб має порівняно невеликий опір внаслідок м’якості і високої електропровідності металу електродів, а сам електрод інтенсивно охолоджується рідиною. Проходження струму викликає розігрів і розплавлення металу в зоні зварювання, що створює ядро ​​зварної точки, яке має сочевицеподібну форму. Діаметр ядра зварної точки в звичайних випадках має величину 4-12 мм.

Точкове зварювання без розплавлення металу ядра точки є можливим (для низьковуглецевої сталі), але недостатньо надійне і тому на практиці майже не застосовується. Зварювання металів, що мають погану зварюваність в пластичному стані, можливе тільки при достатньому розплавленні металу в ядрі точки.

Контактне зварювання є своєрідним процесом, в якому поєднується розплавлення металу і отримання литої структури зварного з’єднання з використанням значного тиску осідання. Тиск повинен бути достатнім для подолання жорсткості виробу та здійснення необхідної пластичної деформації, що забезпечує відповідну міцність зварної точки. Необхідний тиск швидко зростає зі збільшенням товщини зварюваного металу. Тиск осідання повністю передається електродами, що мають невелику робочу поверхню, яка несе значне теплове та електричне навантаження. При значній товщині основного металу навантаження електродів настільки велике, що термін їх служби швидко скорочується. Тому контактне зварювання застосовується головним чином для металу невеликої товщини, не більше 5-6 мм. Діаметр ядра визначає в основному міцність точки і залежить від діаметра робочої поверхні електрода, товщини листів, тиску, сили струму і часу його проходження. При неправильно підібраному режимі зварювання може не відбутися достатнього плавлення металу і точка вийде непровареною. Коли ядро ​​розплавляється, прилегла до нього по колу зона металу знаходиться в пластичному стані та щільно стискається під тиском електродів. Тиск створює ущільнююче кільце пластичного металу, який утримує рідкий метал ядра. При недостатньому тиску ущільнююче кільце не може утримати рідкий метал ядра і відбувається внутрішнє вибризкування металу в проміжок між листами.

Зі збільшенням часу проходження струму діаметр і висота ядра збільшуються. Надмірне збільшення розмірів ядра послаблює його оболонку із нагрітого твердого металу і відбувається сильний притиск металу під електродами, що веде до зовнішнього вибризкування рідкого металу і зниження міцності точки. Після виключення струму починається охолодження і затвердіння розплавленого ядра точки.

Кристалізація рідкого металу походить від поверхні ядра до його середини. В результаті ядро ​​має стовпчасту дендритну структуру.

При охолодженні і затвердінні кількість розплавленого металу ядра зменшується. В результаті в центральній частині ядра може утворитися раковина осідання, пористість і рихлість металу. Чим товще метал, тим сильніше несприятливий вплив осідання і тим більше ймовірність утворення дефектів. Найбільш надійним способом боротьби з ними є підвищення робочого тиску, а також перехід на цикли зварювання з проковуванням.

Зазвичай в зварному з’єднанні розташовується декілька точок, тому при зварюванні доводиться враховувати витікання струму через раніше зварені точки, які шунтують точку, що підлягає зварюванню. Наявність раніше зварених точок викликає також зменшення корисного тиску електродів на зварювану точку, так як частина цього тиску приймається раніше звареними точками. Тому при зварюванні кількох близько розташованих точок середня міцність точки виходить нижчою, ніж при зварюванні окремої точки. Найміцнішою точкою у вузлі зазвичай є сама перша.

Для точкового зварювання забруднення поверхні металу в зоні зварювання повинні бути попередньо ретельно видалені щітками, травленням в кислотах, опескоструіваніем і т. Д. Збірка під точкове зварювання повинна якомога точніше забезпечувати щільне прилягання деталей до зварювання. Наявність зазору між деталями поглинає значну частину тиску електродів на деформацію деталей до щільного зіткнення, дійсне осадове тиск на точку стає недостатнім і виходить розкид міцності точок. Вимоги до точності складання підвищуються зі збільшенням товщини листів.

Розрізняють так звані м’які та жорсткі режими точкового зварювання. При м’яких режимах користуються помірними силами струму, щільність струму на робочій поверхні електрода зазвичай не перевищує 100А/мм². Для жорстких режимів щільність струму досягає при зварюванні сталей 120-300А/мм².

М’які режими характеризуються більшою тривалістю часу зварювання, більш плавним нагріванням, зменшеною потужністю зварювання. До переваг м’яких режимів відносяться зменшення споживаної потужності, зменшення навантаження мережі, зниження потужності та вартості необхідних контактних машин, зменшення гартування зони зварювання. Жорсткі режими вимагають машин підвищеної потужності та збільшують максимальне завантаження мережі. До переваг жорстких режимів зварювання відносяться зменшення часу зварювання, підвищення продуктивності. Тиск електродів зазвичай приймають в межах 3-8 кг/мм².

Неправильно встановлений режим зварювання або порушення технологічних вимог може призвести до різноманітних дефектів точкового зварювання. Найбільш небезпечним дефектом є непровар, який характеризується відсутністю литого ядра точки або малими його розмірами. Небезпека від непровару збільшується з тим, що він не завжди може бути виявлений зовнішнім оглядом виробів під час приймання. Можуть зустрічатися також такі дефекти, як підплавлення поверхні та пропал металу, глибокі вм’ятини на поверхні металу, раковини і пористість литого ядра.

Точковим зварюванням з’єднуються головним чином деталі із низьковуглецевої сталі, які мають відмінну зварюваність. Леговані сталі схильні до загартування, а також сталі з підвищеним вмістом вуглецю слід зварювати на м’яких режимах. При зварюванні на жорстких режимах ядро ​​точки і навколишня зона впливу сильно гартуються і демонструють підвищену схильність до утворення тріщин. Сталі підвищеної міцності вимагають збільшення робочого тиску при зварюванні.

Іноді після закінчення зварювання бува необхідна термообробка виробу для зняття внутрішніх напружень, що утворюються в процесі зварювання, або ж для поліпшення структури металу, головним чином для знищення особливо небезпечної структури мартенситу. Зазвичай термообробка зводиться до високого відпустка. Часто подальша термообробка повторним пропусканням струму можлива безпосередньо в точковій машині негайно після закінчення зварювання точки.

Добре зварюється аустенітна нержавіюча хромонікелева сталь типу 18-8. Для зменшення розпаду аустеніту і випадіння карбідів зварювання проводять на жорстких режимах, з мінімально можливим часом. Застосовуються високі тиски, що вимагають електродів з особливо міцних сплавів. Час зварювання скорочується до 0,01 сек на одну точку для тонкого матеріалу. Можливе контактне зварювання алюмінію, алюмінієвих і магнієвих сплавів. Внаслідок високої тепло- і електропровідності алюмінію для його точкового зварювання необхідна велика щільність струму на електродах, що досягає в деяких випадках 1000-1500 А/мм². При цьому частинки алюмінію легко прилипають до електродів, а частинки міді електродів прилипають до алюмінієвих листів. Для зменшення прилипання необхідна ретельна зачистка поверхонь листів і робочої поверхні електродів. Сплави алюмінію зазвичай зварюються дещо краще технічно чистого алюмінію внаслідок підвищеного електричного опору.