Точечная сварка тонколистовых металлов

   В сварке тонких металлов, например при сборке кузовов автомобилей применяется так называемая "точечная сварка", с нахлёстом свариваемых элементов друг на друга.

   Свариваемые элементы складывают внахлест и зажимают с усилием меж двух электродов, к которым подводится ток большой силы (вплоть до тысяч ампер), но с крайне низким напряжением в районе нескольких вольт.

   Детали в районе соприкосновения с электродами испытывают кратковременный (от сотых до половины секунды), но сильнейший нагрев, с образованием сварочной ванны из расплавленного металла в зоне поджима электродами. Нагрев зачастую сопровождается деформациями свариваемых участков и образованием утолщений по краю контакта с электродами, образуемых в процессе прижима деталей друг к другу и защищающий зону расплавления металла от воздействия кислорода, содержащегося в воздухе. Какие либо защитные газы в обычных условиях сварки черновых и большинства цветных металлов не применяются.

Рис. 1. Схема нахлесточных соединений боковины кузова легкового автомобиля

   Нагрев деталей при сварке в большой степени зависит от того, какое сопротивление на данный момент между электродами, при прохождении варочного тока через детали, качества контакта между ними и контакта самих деталей с электродами.

   Чем меньше значение сопротивление материала электродов, тем лучше протекает процесс сварки и тем меньше нагрев самих электродов (при нагреве сопротивление металлов увеличивается, тем самым ещё увеличивая и увеличивая скорость нагрева электродов). Стоит отдать предпочтение максимально большому сечению электродов, что так же способствует уменьшению их нагрева. Материалы стоит подбирать тугоплавкие с большой тепло и электропроводностью – в этом медь и её сплавы вне конкуренции.

Рис. 2. Схема точечной сварки

Рис. 3. Стадии цикла и циклограммы точечной сварки: а - без увеличения давления; б - с увеличением давления при проковке; 1 - сжатие деталей; 2 - включение тока; 3 - проковка; 4 - снятие давления с электродов

   Перед процессом сварки все детали зачищаются механическим способом – щеткой, пескоструем или кислотосодержащими растворами, следом всё обезжиривается растворителем (спиртосодержащий раствор, ацетон). Это необходимо для обеспечения стабильной повторяемости результата, при сварке, что весьма важно в партиях изделий, где однородность требуется для успешного завершения дальнейших этапов механизированной работы с изделием.

   Точечная сварка в зависимости от взаимного положения и площади рабочих электродов может быть двустрононней (когда металл расплавляется с двух сторон по направлению к центру) и односторонеей, как показано на рисунке ниже. При односторонней сварке ток протикает через оба свариваемых листа, но нагрев происходит с одной стороны. За сет тока, нагревающего место наименьшей площади контакта с электродом. Вторая же сторона, соприкасающаяся с специальной медной подкладкой, площадью значительно большей, чем площадь соприкосновения электрода.

Рис. 4. Схема односторонней точечной сварки: 1 - сварочный трансформатор; 2 - электроды; 3 - верхняя заготовка; 4 - нижняя заготовка; 5 - медная подкладка

   Обычно принято разделять рабочие режимы сварки на так называемые Мягкие и Жесткие.

   Мягкий режим можно охарактеризовать относительно плавным нагревом металла в местах сварки. При этом режиме используется не слишком большой ток, что обеспечивает качественное сваривание сталей, склонных к закалке за время менее трех секунд. Такой режим сварки позволяет сохранить пластичные свойства изделия в местах проварки точками.

   Сварка в жестком режиме осуществляется в несколько раз быстрее мягкой, с токами значительно большей силы, при относительно меньшем давлении на электроды. Подобные режимы применяются при сварки цветных металлов: алюминия, сплавов меди и латуни, с тем учетом, что эти металлы обладают значительно большей теплопроводностью и пластичностью, на которую не в состоянии повлиять быстрый ударный нагрев при установке точки, а так же высоколегированных сталей, для предотвращения утери коррозионной стойкости, предотвращая обеднение металла соединениями хрома, с образованием новых соединений карбидов

   Точечная сварка получила широкое использование в изготовлении выштампованных конструкций из тонких металлов с толщинами от полумиллиметра с применением ЧПУ роботов с манипуляторами, специально подготовленными для подобных работ.

   Для ускорения процесса сварки целесообразно применять многоточечные конструкции, соединяющие одновременно ряд точек, в заранее подготовленных плоскостях.

   Для успешного применения точечной сварки используются специально подготовленные сварочные аппараты или источники тока, способные выдерживать подобные нагрузки по Амперажу, а так же зачастую оборудованные настраиваемым таймером, который способствует однородности выходящих изделий, даже при ручном методе сварки.

(рис. 5), так же в процессе работы выполняется сжатие заготовок. В любой машине для сварки точками можно выделить две группы – электрические и механические устройства.

Рис. 5. Общий вид машины точечной сварки (а) и её основные узлы (б)

   Основная часть промышленной машины для точечной сварки (рис. 3) служит основной корпус (1), на котором крепятся: нижний кронштейн (2) с нижней консолью (3) и электрододержателем (4) с электродом и верхний кронштейн (7). Нижний кронштейн (2) обычно выполняют переставным или плавно регулируемым по высоте, что дает возможность точно регулировать расстояние между консолями в зависимости от формы и размера свариваемых деталей.

   На верхнем кронштейне установлен пневмопривод (6), обеспечивающий надлежащее усилие сжатия электродов, с которым соединена верхняя консоль (5) и электрододержатель (4). Для управления работой пневмопривода на машине установлена соответствующая пневмоаппаратура (8). Привод усилия может быть также пневмогидравлическим и гидравлическим. Корпус, верхний и нижний кронштейны и консоли воспринимают усилие, развиваемое пневмоприводом, и поэтому должны иметь высокую жесткость.

   Электрическая часть машины состоит из сварочного трансформатора (10) с переключателем ступеней (11), контактора (12) и блока управления (9). Часто аппаратура управления смонтирована в отдельном шкафу управления. Контактор (12) подключает сварочный трансформатор к электрической питающей сети и отключает его.

   Электрическое устройство машины предназначено для обеспечения необходимого цикла нагрева металла в зоне сварки. К электрическому устройству относится также вторичный контур машины, который образуют токоподводы, идущие от трансформатора к свариваемым деталям. Ток от трансформатора через жесткие и гибкие шины подводится к верхней (5) и нижней (3) консолям с электрододержателями (4). Консоли и электрододержатели с электродами участвуют в передаче сварочного тока и усилия и поэтому одновременно являются частями электрического и механического устройств машины.

   Все части вторичного контура изготавливают из меди или медных сплавов, имеющих высокую электропроводность. Большинство элементов вторичного контура, сварочный трансформатор и контактор имеют внутреннее водяное охлаждение.