Виды контактной сварки

Контактная сварка - это сварка с использованием давления, при котором нагрев осуществляется теплом, выделяемом при прохождении электрического тока через соединяемые части, находящиеся в контакте (ГОСТ 2601-74).

Соединение деталей при этом происходит вследствие создания межатомных связей в зоне их контакта.

Все способы контактной сварки основываются на генерировании джоулева тепла при прохождении электрического тока между электродами сварочной машины через металл деталей (до температуры плавления или температуры пластического состояния) и на переходных сопротивлениях в зоне контакта электрод - деталь и деталь - деталь и пластичном деформировании нагретого металла. Нагрев и деформирование обеспечивают сближение контактирующих поверхностей деталей на расстояние, достаточное для возникновения неразрывных межатомных металлических связей.

Рисунок 1 – Основные способы контактной сварки:

а – точечная; б – шовная; в – рельефная; г – стыковая

Контактную сварку классифицируют по:

− технологическому способу получения соединения – точечная (рис.1, а), шовная (рис.1, б), рельефная (рис.1, в), стыковая (рис.1, г);

− конструкции соединения – стыковое (рис.1, г), нахлёсточное (рис.1, а,б,в);

− состоянию металла в зоне сварки – с расплавлением металла или без

расплавления;

− способу подведения тока – одно- и двустороннее;

− родом сварочного тока и формой импульса тока – постоянный, переменный (промышленной, увеличенной или уменьшенной частоты);

униполярный (ток одной полярности с переменной силы в импульсе);

− количеством соединений, выполняемых одновременно, – одноточечное, многоточечное, сварка одним или несколькими швами;

− наличием дополнительных соединительных компонентов (клея, грунтовки, припоя и т.д.);

− характером перемещения роликов при шовной сварке – непрерывной (с постоянным вращением роликов) или шаговая (с остановкой роликов на время сварки).

Точечная сварка - способ контактной сварки, при которой детали свариваются по отдельным ограниченным зонам контакта (по ряду точек).

При точечной сварке (рис.1, а) детали 1 собирают внахлёст, сжимают электродами 3 (сила F), к которым подключен источник электроэнергии (например, сварочный трансформатор). При кратковременном прохождении сварочного тока детали нагреваются до создания зоны взаимного расплавления деталей, которое называется ядром 2. Нагрев зоны сварки сопровождается пластической деформацией металла в зоне контакта деталей (вокруг ядра), при этом создается уплотнительный поясок, надежно защищающий жидкий металл от выплеска и окружающего воздуха. После выключения тока расплавленный металл ядра быстро кристаллизуется, вследствие чего создаются металлические связи между свариваемыми деталями. Образование соединения при точечной сварке происходит с расплавлением металла.

Нагрев при точечной сварке совершают импульсами переменного тока промышленной частоты 50 Гц (реже повышенной частоты 1000 Гц), а также импульсами постоянного или униполярного тока.

По способу подведения тока к свариваемым деталям, различают двустороннюю и одностороннюю сварку.

В промышленности наиболее распространена точечная сварка с подведением тока с двух сторон деталей - одноточечная сварка.

В труднодоступных местах или необходимости повышения производительности труда используется схема с подведением тока к деталям с одной стороны от одного или нескольких трансформаторов. Это двух или многоточечная сварка. Для повышения плотности тока в зоне сварки, при одностороннем подведении тока, детали размещают на медных токопроводных подкладках.

Иногда при точечной сварке применяют комбинированные соединения (клеесварные и сварнопаянные). Клей и припой вводят под нахлёст для повышения прочности и коррозионной стойкости соединений.

Шовная сварка - способ получения герметического соединения (шва) путем создания ряда перекрывающихся точек. Подведение тока и перемещение деталей происходит при помощи вращательных дисковых электродов - роликов 3 (рис.1, б). Как и при точечной сварке, детали 1 собирают внахлёст и нагревают кратковременными импульсами сварочного тока. Перекрытие точек 2 достигается соответственным выбором паузы между импульсами тока и скоростью вращения роликов. В зависимости от того, вращаются ролики безостановочно при сварке шва или останавливаются на время прохождения сварочного тока, различают безостановочную и шаговую сварки.

Известны следующие разновидности шовной сварки - односторонняя, многошовная (одновременная сварка нескольких швов на одной машине), шовно-стыковая.

Рельефная сварка - одна из разновидностей точечной сварки. При этом на поверхности одной из деталей заранее формируют выступ - рельеф 4 (рис.1, в), что ограничивает начальную площадь контакта деталей, в результате чего при сварке в этой зоне повышается плотность тока и скорость тепловыделения. При нагреве рельеф постепенно деформируется и на определенной стадии процесса сварки формуется ядро 2, как при обычной точечной сварке. Часто на поверхности детали делают несколько рельефов или один удлинённый выступ замкнутой формы, например в виде кольца. После прохождения сварочного тока получают одновременно несколько точек или непрерывный плотный шов (контурная рельефная сварка).

Стыковая сварка - способ контактной сварки, когда детали соединяются по всей площади соприкосновения (по всему сечению 5). Детали 1 (рис.1, г) закрепляют в зажимах 3, подводящих ток, один из которых подвижный и соединен с приводом усилия сжатия машины. По степени нагрева торцов деталей различают стыковую сварку сопротивлением и оплавлением.

При стыковой сварке сопротивлением детали 1 предварительно сжимаются с силой F, а потом включают в сеть сварочный трансформатор. По деталям проходит сварочный ток и происходит постепенный нагрев стыка деталей до температуры, близкой к температуре плавления. Потом сварочный ток выключают и резко усилие осадки деталей, которые деформируются в зоне стыка. При этом из зоны сварки частично выдавливаются поверхностные пленки, формируется физический контакт, и создается соединение.

При стыковой сварке оплавлением вначале на детали подают напряжение от сварочного трансформатора, а потом их сближают. При соприкосновении деталей в отдельных контактах, вследствие большой плотности тока, металл контактов быстро нагревается и взрывообразно разрушается. Нагрев торцов деталей происходит за счет непрерывного создания и разрушения контактов - перемычек, оплавления торцов. До конца процесса на торцах создаются сплошные слои жидкого металла. В этот момент резко увеличивают скорость сближения и силу осадки деталей; торцы смыкаются и большая часть жидкого металла вместе с поверхностными пленками и частью твердого металла выдавливается из зоны сварки, образуя утолщение – грат.

Стыковая сварка, как сопротивлением, так и оплавлением, по состоянию металла в зоне сварки, относят к сварке в твердом состоянии, хотя в отдельных случаях, особенно при стыковой сварке оплавлением деталей больших сечений, стыковое соединение формируется в твердожидкой фазе.