Основные принципы контактной точечной сварки.

Во время точечной сварки детали сжимаются электродами машины, затем подаются один или несколько сварочных импульсов  силой в несколько тысяч ампер, при этом площадь прохождения тока составляет единицы, максимум – десятки мм2.

Ввиду высокой плотности тока в контакте между деталями металл плавится, образуется ядро сварной точки. Под действием сжимающего усилия электродов происходит пластическая деформация металла, а по периметру ядра образуется уплотняющий поясок, предохраняющий ядро от окисления и от выплеска. Происходит соединение деталей между собой.
Детали удерживаются в сжатом состоянии столько времени, сколько необходимо, чтобы металл закристаллизовался и остыл до температуры, при которой он имеет достаточную прочность – этот процесс называют «Проковка». Тепло у свариваемого металла интенсивно забирают электроды. После остывания металла электроды можно разжать.
В основном, время проковки должно быть в 2-5 раз больше времени сварки. Признаком недодержки деталей в сжатом состоянии является темное пятнышко в центре пятна сварки.

Различают жёсткие, средние и мягкие режимы сварки. Жёсткие режимы характеризуются большими токами, большими усилиями сжатия и малым временем протекания тока: Iсв = 10 S, Р = 250 S, t = 0.08 S. Где Iсв – сварочный ток, кА; t – время протекания тока, сек.; Р – усилие сжатия, кг; S – толщина листа стали. При мягких режимах ток и усилие сжатия в 2-3 раза меньше, время протекания тока – во много раз больше.
В основном сварку выполняют на жёстких и средних режимах (в промежутке между жёсткими и мягкими). Мягкие режимы используют, когда для сварки металла большой толщины максимального сварочного тока машины не хватает для сварки на жёстких и средних режимах.
При сварке на жёстких режимах расход электроэнергии оказывается в 10 раз меньше, чем на мягких, меньше нагрев самой машины, стойкость электродов повышается в 3..5 раз. Но на средних и мягких режимах меньше вероятность выплеска.

Силу сварочного тока, время его прохождения и время проковки подбирают опытным путем на образцах материала – до достижения требуемого качества сварки. Чем больше толщина деталей, тем больше сила тока и время его прохождения, и тем больше время проковки. Время проковки увеличивается также при увеличении силы тока, даже если его длительность не менялась, или только при увеличении толщины металла.

Опытным путём на машине МТР-12073 была составлена примерная таблица для сварки листовой стали Ст3:

Толщина, мм	Свар. ток, кА	Длительность, сек
		Сварка	Проковка
0, 5	6, 5	0, 02	0, 04
0, 5	4, 5	0, 06	0, 06
0, 8	4, 5	0, 16	0, 26
0, 8	6, 5	0, 06	0, 12
0, 8	8, 5	0, 04	0, 16
1	8, 5	0, 06	0, 30
1	6, 5	0, 10	0, 20
1	12	0, 03	10
1, 5	8, 5	0, 12	0, 30
1, 5	8, 5	0, 12	0, 48
1, 5	12	0, 08	0, 40
1, 5	12	0, 08	0, 50
2	12	0, 12	0, 48
Многоимпульсный режим
2	12	0, 02	0, 02
		0, 06	0, 04
		0, 08	0, 08
		0, 08	0, 80

Эти параметры для других машин и для других условий эксплуатации могут несколько отличаться (погрешность токов, разные напряжения в сети, разный диаметр пятна контакта, качество подготовки материала и т.д.), поэтому окончательно подбирать параметры сварки нужно опытным путём на конкретной машине, в имеющихся условиях.

Чем короче импульсы сварочного тока, тем меньше износ электродов и деформация деталей от нагрева, также значительно меньше нагрев самой машины. Поэтому, когда есть необходимость в длинных импульсах тока, полезно разбивать длинный импульс на несколько коротких. При этом первые 1-2 импульса желательно сделать значительно короче следующих: в этом случае меньше выплеск. Качества сварки добиваются экспериментальным путём, подбирая количество импульсов, длительность каждого импульса и время проковки после каждого импульса. Проковка после завершающего импульса должна быть достаточно длинная: в 4-10 раз длиннее этого импульса, а между импульсами её можно делать равной 0, 5-2 длинам каждого импульса.

Чем хуже качество поверхности деталей, тем больше время сварки и проковки, тем больше и грубее пятно контакта и тем меньше стабильность качества сварки. Покрытие деталей цинком также требует значительного увеличения сварочного тока и длительности импульса, уменьшения пятна контакта.

Площадь пятна контакта сильно влияет на качество сварки: чем пятно меньше, тем меньше требуется длительность импульса и сила тока. То, что не получается сварить изношенным электродом (например, оцинкованное железо), то легко сваривается достаточно остро заточенным электродом, с пятном контакта диаметром 3-4 мм. В то же время, чем меньше пятно контакта, тем глубже и сильнее заметен отпечаток электрода на детали, поэтому оптимальные соотношения всех параметров подбираются экспериментальным путём, до достижения требуемого качества конкретных деталей.

В общем, качество сварных соединений, выполненных контактной сваркой, определяется подготовкой поверхности к сварке, правильным выбором параметров сварки, размером пятна контакта. Основной показатель качества точечной сварки – это размеры ядра сварной точки.

Для всех материалов диаметр ядра должен быть равен трём толщинам S свариваемого листа. Если листы разной толщины – то 3 толщины более тонкого свариваемого листа.

Допускается разброс глубины проплавления 20…80% S. За меньшим из этих пределов идёт непровар, за большим – выплеск.

Глубина вмятины от электрода не должна превышать 0.2 S.

Размер нахлёстки в точечных соединениях должен выбираться в пределах 2.5 – 5 диаметров ядра.

Основные дефекты сварных соединений при точечной и шовной сварке – это непровар, заниженный размер литого ядра, трещины, рыхлоты и усадочные раковины в литом ядре, и выплеск, который может быть наружным, из под контакта электрод – деталь, и внутренним, из под контакта между деталями. Причины этих дефектов – недостаточный или избыточный нагрев зоны сварки, из-за плохой подготовки поверхностей и плохой сборки деталей или неправильно выбранных параметров сварки. Перегрев зоны сварки может вызвать структурные изменения (укрупнения зерна) и обезуглераживание сталей, что ухудшает механические свойства соединений.

Внешний вид сварочных точек показан на рис.5

 

Контролируют качество сварки чаще всего внешним осмотром деталей и разрушением опытных образцов. Сложность неразрушающего контроля состоит в том, поверхности плотно прижаты друг к другу, в их контакте образуется «склейка», в результате чего проникающие излучения, магнитное поле и ультразвук не отражаются и не ослабляются.

Наиболее оперативный метод контроля качества сварки – разрушение контрольных образцов, например, в тисках молотком и зубилом, тонкий металл можно накручивать на пассатижи, зажав в тисках одну пластинку образца и зацепив пассатижами вторую.

При разрыве качественно сваренных деталей металл вырывается вокруг точек сварки, а пятно сварки остается целым (рис.6). При этом можно измерить размер литого ядра.

 

Размещено компанией ООО Компания Экотех [08.12.2010]