Аппарат точечной сварки – эффективное оборудование для монтажных работ

1 Точечная сварка – технология быстрого соединения материалов

Точечная сварка представляет собой разновидность контактного способа сваривания. Эта технология обеспечивает соединение деталей в одной или нескольких точках, в которых происходит нагревание материала до температуры плавления пропускаемым током с одновременным приложением сжимающего усилия. После прекращения подачи сварочного напряжения и остывания зоны разогрева снимают воздействие сжатием на место соединения.

В основе технологии контактной сварки лежит тепловое воздействие на металл протекающего по нему электрического тока. Количество выделяемого при этом тепла определяется по закону Джоуля-Ленца и зависит от электрической проводимости материала (чем она меньше, тем больше нагрев). При точечном соединении напряжение подается по двум электродам, между которыми находятся свариваемые детали. Электроды изготавливают из материалов с высокой электропроводимостью, чтобы обеспечить наименьшее сопротивление в месте их контакта с соединяемыми изделиями.

В то же время, область соприкосновения деталей обладает низкой электрической проводимостью (большим сопротивлением). Поэтому проходящий через электроды и детали ток производит быстрый высокотемпературный нагрев именно места соединения изделий. Плавление материала в этой области приводит к образованию литых ядер сварочных точек. Их диаметр обычно варьируется в пределах 4–12 мм. Прочность соединения зависит как от размеров, так и структуры этих точек, определяемых силой и временем протекания сварочного тока, свойствами электродов и поверхностей деталей, усилием сжатия.

2 Особенности работы аппаратов точечной сварки

В зависимости от условий соединения деталей и мощности аппарата процесс точечной сварки характеризуется:

• малым временем протекания – от 0,01 до нескольких секунд;
• низким напряжением, подаваемым в сварочную цепь – обычно 2–3 В, может быть 1–10 В;
• большими величинами сварочного тока – как правило от 1000 А и более;
• значительным сжимающим усилием, приложенным к месту сварки - от десятков до сотен килограмм;
• малой зоной расплавления.

Различают два режима сварки:

• мягкий;
• жесткий.

Первый характеризуется плавным нагревом изделий при большей, чем во время жесткого режима, продолжительности сварки и меньших значениях протекающего тока. Длительность подачи сварочного импульса обычно составляет 0,5–3 секунды. Этот режим применяют для деталей из стальных сплавов, склонных к закалке. Помимо этого, в основном именно его используют для соединения изделий в домашних условиях, потому что в этом случае сварочный аппарат точечной сварки может иметь мощность более низкую, чем при жестком режиме. Преимущества мягких процессов по сравнению с жесткими:

• меньшие мощность потребления и нагрузка на сеть;
• менее мощные, а благодаря этому и более дешевые аппараты, необходимые для соединения изделий;
• уменьшение закалки области сварки.

Жесткий режим по сравнению с мягким характеризуется меньшей продолжительностью (обычно 0,08–1,5 с), более высокими величинами силы тока и сжимающего усилия электродов. В основном его используют для сварки сплавов из меди, алюминия и с высокой теплопроводностью, высоколегированных сталей (позволяет сохранить их коррозионную устойчивость), а также деталей из разнородных материалов и неравной толщины. Преимуществами жестких режимов являются уменьшение времени и повышение производительности сварки. К недостаткам относят:

• повышенную потребляемую мощность;
• высокие нагрузки на сеть;
• сварочные машины большой мощности.

Точечная сварка получила наибольшее применение для соединения внахлест, причем обычно листовых материалов, реже используется при работах с стержневыми деталями.

Диапазон толщин изделий, свариваемых ею, варьируется от 0,02 мкм для тончайших деталей электронных приборов до 20 мм у листов металлоконструкций в судо-, автомобиле-, самолето-, машиностроении и иных промышленных отраслях. Ее преимуществами являются:

• высокая экономичность;
• отсутствие необходимости в расходных материалах (присадочных, электродах, флюсах и прочих);
• механическая прочность и надежность точечных швов;
• простота и удобство эксплуатации сварочного оборудования;
• минимальные остаточные деформации;
• аккуратность соединения;
• высокая производительность и возможность автоматизации работ (машина точечной сварки в составе автоматизированной линии способна выполнять до 600 точечных швов в минуту).

Существенный недостаток – невозможность получения герметичного сварочного шва.

3 Виды оборудования для проведения точечной сварки

Существующие аппараты в основном различаются родом подаваемого сварочного тока и формой его импульса, производимых их электрическими силовыми контурами. Исходя из этих параметров все оборудование подразделяют на нижеследующие виды:

• аппараты для сваривания переменным током;
• машины низкочастотной сварки;
• устройства конденсаторного типа;
• аппараты для сваривания постоянным током.

Всем типам оборудования свойственны свои преимущества и некоторые недостатки в техническом, технологическом и экономическом аспектах.

Аппарат точечной сварки переменным током получил наибольшее распространение. С помощью этих машин сварка осуществляется при рабочем напряжении, которое формируется из питающего напряжения электросети (220/380В) посредством сварочного трансформатора. Первичная обмотка трансформатора подключается к сети с помощью тиристорного модуля, который также обеспечивает длительность подачи электропитания, необходимую для формирования нужного сварочного импульса. Модуль позволяет не только задавать продолжительность времени работы сварки, но и управлять формой подаваемого токового импульса за счет регулирования процесса открытия тиристоров.

Вторичная обмотка, которая через электроды подсоединяется к деталям, может быть составной, выполненной из нескольких обмоток. Производя их подключение друг с другом в различном сочетании, можно изменять коэффициент трансформации, тем самым получая на рабочем выходе аппарата разные значения сварочного тока и напряжения. Помимо тиристорного модуля и силового трансформатора оборудование для точечного сваривания переменным током оснащено комплектом вспомогательных устройств – панель управления, источник питания схемы управления, логические контроллеры, реле и прочее.

Машины низкочастотной сварки и постоянным током по конструкции и принципу работы аналогичны аппаратам переменного тока. Устройства для сваривания постоянным током оснащены преобразователем переменного напряжения в постоянное.

4 Устройства точечной сварки конденсаторного типа

В устройствах конденсаторного типа электрическая энергия сначала относительно медленно аккумулируется в конденсаторе, когда осуществляется процесс его зарядки, после чего происходит очень быстрое ее расходование, сопровождающееся генерированием сварочного импульса с силой тока большой величины. Такой принцип работы позволяет проводить сварку, потребляя меньшую, чем при использовании обычных аппаратов, сетевую мощность. Это является основным преимуществом данного вида оборудования.

У конденсаторной сварки есть и другие достоинства:

• Расход энергии на каждое сварное соединение контролируется и постоянен (всегда равен величине, накопленной в конденсаторе), что обеспечивает стабильное качество результата.
• Сварка производится за очень малый промежуток времени (тысячные или сотые доли секунды) – обеспечивается концентрированное тепловыделение и минимизируется область термического воздействия. Это позволяет применять конденсаторную сварку для соединения металлов с высокой тепло- и электропроводностью (серебра, алюминиевых и медных сплавов, других), а также материалов, у которых теплофизические свойства резко отличаются.

Жесткая конденсаторная точечная микросварка применяется в радиоэлектронной промышленности.

5 Самодельная точечная сварка – основные принципы конструирования

При сборке простейших устройств контактной сварки, предназначенных для домашнего использования, нет острой необходимости производить точные расчеты всех параметров. Примерные значения сварочного тока, диаметра электродов, усилия сжатия и времени сварки можно взять из соответствующих таблиц. При этом следует понимать, что табличные данные являются немного завышенными (иногда заниженными, если речь идет о времени сварки) относительно тех, которые вполне подойдут для самодельных аппаратов, так как в домашних условиях наиболее востребованы мягкие режимы работы.

Прекрасная самодельная точечная сварка может получиться из микроволновки, инвертора, старенького ЛАТР. Во всех этих устройствах стоят мощные трансформаторы – основа собираемого оборудования. Переделки потребует вторичная обмотка, а первичная будет использоваться в качестве сетевой. Электроды должны быть из меди, диаметром в 2–3 раза больше толщины более тонкой свариваемой детали. Для соединения всех элементов аппарата необходимо использовать толстый многожильный медный провод в изоляции. Независимо от выбранной схемы устройства точечной сварки удобнее всего выключатель для него выполнить в виде педали. Провода, подводимые от реконструированного трансформатора к электродам, делают как можно более короткими.