Контактная сварка металлов, сущность и определение, преимущества, виды и классификация, применение

Контактной сваркой называют метод соединения металлических изделий, крепко прижатых друг к другу, путем нагрева места их контакта электрическим током большой величины.

Технология реализуется с помощью сварочного аппарата и активно используется на предприятиях массового производства однотипных изделий, в микроэлектронике, машиностроение и т. п.

Наличие большого числа достоинств позволило контактному методу сваривания металлоконструкций найти широкое применение в промышленности и быту.

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:

1. Шовная.
2. Точечная.
3. Рельефная.
4. Стыковая.

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.

Соединение в точке

Контактная точечная сварка – самая популярная и распространенная в этом списке. Она предполагает соединение металлоизделий в одной или нескольких небольших точках.

Беспокоиться о разрушении такого соединения не стоит. При надлежащем исполнении оно действительно очень надежно. Точечный метод используется мастерами как для соединения очень тонких деталей (до 0,02 микрометра) электроприборов, так и для сварки металлических листов толщиной до 20 мм.

Качество работы здесь определяется структурой и величиной получившихся точек. А эти параметры напрямую зависят от формы и габаритов контактной поверхности выбранных для работы электродов.

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.

Разновидности современного метода

Выделяется четыре актуальных разновидности соединения, происходящего при плотном контакте деталей:

• точечное;
• в стык (стыковое);
• шовное;
• рельефное.

В каких-то конкретных случаях возможны и комбинированные методы сваривания металлических частей – шовно-стыковой, рельефно-точечный и другие.

Кроме того, контактная сварка бывает двусторонней и односторонней. При первом варианте электроды подводят к двум поверхностям изделия, например, сверху и снизу.

Однако в труднодоступных и неудобных местах осуществить подсоединение сразу двух электродов проблематично, в связи с этим используется односторонняя контактная сварка. Она считается менее эффективной, чем двухсторонняя, но все же обеспечивает приемлемое соединение.

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.

Рельефный метод

Рельефная сварка нередко применяется в автомобильной промышленности для соединения кронштейнов с листовыми элементами (в частности, рельефным способом крепятся скобы к автомобильному капоту и дверные петли к кабине), а также для фиксации стандартных крепежных изделий — шпилек, болтиков, гаек.

Вне зависимости от типа сварки, поверхности заготовок необходимо очищать от грязи, коррозии, горюче-смазочных материалов. Однако рельефная сварка требует дополнительной подготовки изделий. На них должны быть сделаны с помощью спецоборудования достаточно сложные по форме (допустим, круглые или продолговатые) выступы.

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.

Принцип действия

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

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

В установках контактной сварки используется постоянный ток обратной полярности (плюс на верхний электрод) или переменный ток частоты 50 Гц (в некоторых случаях применяют высокочастотные источники). Прижим деталей является важной частью технологического процесса. После прохождения импульса тока в месте соприкосновения поверхностей деталей возникает линза из расплавленного металла, которая в контактной технологии называется ядром. Сжатие с необходимым усилием не позволяет металлу выплескиваться за область ядра, а также вызывает пластическую деформацию зоны ядра и взаимное проникновение металлов заготовок.

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

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

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

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

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

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.

Шовный метод

При шовной сварке на месте соединения деталей создается шов, состоящий из сварных зон, перекрывающих друг друга. Все необходимые операции в данном случае должны осуществляться на специализированных аппаратах с одним или несколькими роликами-электродами, которые будут прижимать, прокатывать и варить металлоизделия.

Приемлемая толщина свариваемых листов – в диапазоне от 0,2 до 3 мм. При создании объектов и предметов, для которых важна герметичность соединений (бочки, водопроводные трубы, баки для бензина) специалисты рекомендуют пользоваться именно шовной технологией.

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.

Сварочный аппарат

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.

Преимущества и недостатки

Контактная сварка часто используется для соединения нержавеющей стали и других металлов, в том числе цветных. Широкое распространение технологии в разных областях хозяйствования обусловлена большим перечнем достоинств:

• Метод дает возможность быстро выполнить необходимый объем работы.
• Контактная сварка позволяет сформировать ровный и в тоже время прочный шов.
• На создание одной сварочной точки уходит порядка десятой доли секунды. Опытный специалист за минуту рабочего времени может создать до 600 таких точек, а это уже приличный шов.
• Технология не требует применения расходных материалов – электродов, присадочной проволоки, флюса или инертного газа. В результате себестоимость единицы сварного соединения существенно снижается.
• Металл деформируется только в местах формирования точек сварного соединения. Готовая конструкция получается ровной, без видимых дефектов поверхности.
• Работа характеризуется простотой и не требует высокой квалификации сварщика. С ней могут справиться специалисты среднего уровня и даже новички.
• Контактные электроды обладают длительным сроком службы и мало изнашиваются.
• Метод считается наиболее безопасным по сравнению с другими, поскольку при работе нет открытого пламени. Риск возгорания небольшой.
• Контактная технология является экологически чистой. Ее влияние на окружающую среду и здоровье специалиста несущественно.

Тем не менее существует ряд недостатков, которые необходимо учитывать при работе с контактной точечной сваркой:

• оборудование стоит немалых денег и назвать его массовым нельзя;
• требуется высокая сила тока – свыше 1000 ампер. Это значит, что необходимо подключаться к мощным линиям энергоснабжения;
• герметичность швов, выполненных контактным способом, не такая высокая, как у соединений, сделанных электродами;
• необходимо внимательно следить за напряжением. Оно не должно быть высоким.

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.

Скачать ГОСТ 15878-79

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.