Заточка вольфрамовых электродов. Машины и инструмент для заточки электродов для контактной точечной сварки Sinterleghe

Используются повсеместно. Их применяют для сварки алюминия, нержавеющей стали, цветных металлов и многих других материалов. Связка вольфрамовый электрод + защитный газ - это хороший выбор для тех, кто хочет добиться качественных сварных соединений.

Но любой сварщик скажет вам, что для достойного результата мало знать одну лишь технологию сварки. Необходимо также помнить о маленьких хитростях, которые упростят и даже улучшат результат ваших работ. Одна из таких хитростей - заточка электрода. В этой статье мы кратко расскажем, зачем она нужна и как можно заточить вольфрамовый электрод самостоятельно.

Вольфрам - это один из самых тугоплавких металлов, применяемых для изготовления электродов. Температура плавления вольфрама - более 3000 градусов по Цельсию. В условиях обычной сварки такие температуры не используются. Поэтому вольфрамовые электроды называют неплавящимися. При применении они практически не меняются в размере.

Но, несмотря на это, вольфрамовые электроды все же могут стать короче. В процессе сварки (например, при поджигании дуги или при формировании шва) электрод может стачиваться о поверхность металла. В большинстве случаев это не так уж страшно. Но порой затупленный электрод становится причиной непровара.

Как решить эту проблему? Очень просто: заточить. Заточенный вольфрамовый электрод исправно выполняет свою функцию, образуя качественные долговечные швы.

Как заточить электрод

Заточка вольфрамового электрода может осуществляться самыми разнообразными способами. Это может быть абразивный круг, химическая заточка, заточка с помощью специальной пасты или механическая заточка. Последнюю выполняют с помощью специальных приспособлений. Они могут быть как переносными, так и стационарными.

К переносным относится ручная машинка для заточки вольфрамовых электродов, а к стационарным - станок для заточки вольфрамовых электродов. На наш взгляд, применение таких приспособлений дает оптимальный результат.

Форма заточки может быть сферической или конической. Сферическая форма больше подходит для сварки постоянным током, а коническая - для сварки переменным током. Некоторые сварщики отмечают, что не замечают большой разницы при сварке электродами с разной формой заточки. Но наш опыт показал, что отличия все-таки есть. И если вы выполняете сварку профессионально, то разница будет очевидна.

Оптимальную длину заточенной части можно рассчитать по формуле Ø*2 . Т.е., если диаметр электрода равен 3 мм, то длина заточенной части должна быть 6 мм. И так по аналогии с любым другим диаметром. После заточки немного притупите конец электрода, постучав им по твердой поверхности.

Еще один важный параметр - это угол заточки электрода. Он будет зависеть от того, какую величину сварочного тока вы будете использовать.

Так, при сварке на малом значении сварочного тока для заточки будет достаточно угла в 10-20 градусов. Оптимальный угол - 20 градусов.

Угол заточки в 20-40 градусов - это хороший вариант при сварке с применением средних значений сварочного тока.

Если вы используете токи большой величины, то угол заточки может быть от 40 до 120 градусов. Но мы не рекомендуем затачивать стержень более чем на 90 градусов. Иначе дуга будет гореть нестабильно и вам будет трудно сформировать шов.

Электроды (ролики) – это инструмент, который осуществляет непосредственный контакт машины со свариваемыми деталями. Электроды в процессе сварки выполняют три основные задачи:
- сжимают детали;
- подводят сварочный ток;
- отводят теплоту, выделяющуюся в процессе сварки на участке электрод – электрод.
Непосредственно от формы рабочей поверхности электродов, контактирующей с деталями, зависит качество получаемых сварных соединений. Износ рабочей поверхности связанное с этим увеличение площади контакта электрод – деталь приводит к уменьшению плотности тока и давления в зоне сварки, а следовательно, к изменению ранее получаемых параметров литой зоны и качества соединений.
Увеличение рабочей поверхности плоского электрода при его износе в большей степени уменьшают размеры литой зоны при сварке пластичного металла, чем при сварке высокопрочного металла (Рис.1а). Износ сферической рабочей поверхности электрода, установленного со стороны тонкой детали, уменьшает ее проплавление (Рис. 1б,в).
Основные требования, предъявляемые к электродам:
- высокая электропроводность сварки
- сохранение формы рабочей поверхности в процессе сварки заданного числа точек или метров роликового шва.
При точечной и роликовой сварке электроды нагреваются до высоких температур в результате выделения теплоты непосредственно в электродах и передачи ее от свариваемых деталей.

Рис. 1. Зависимость размеров литой зоны от изменений рабочей поверхности электродов:
а - толщина 1+1 мм: 1 - сталь Х18Н10Т; 2 - сталь ВНС2
б,в - при износе сферической поверхности электрода со стороны тонкой детали

Степень нагрева электродов зависит от применяемого режима сварки и толщины свариваемых деталей. Например, при точечной сварке коррозионностойкой стали с увеличением толщины деталей от 0,8+0,8 до 3+3 мм отношение теплоты, выделяющейся в электродах, к общей теплоте, выделяющейся при сварке, увеличиваются от 18 до 40%. По результатам непосредственных измерений температура рабочей поверхности электродов при сварке единичными точками образцов толщиной 1,5-2 мм составляет: 530°С для стали ЗОХГСА, 520°С для стали Х18Н9Т, 465°С для титана ОТ4 и 420°С для сплава ВЖ98. При темпе (скорости) сварки 45 точек в минуту температура повысилась и составила соответственно: 660, 640, 610 и 580°С.

Табл. 1
Свойства металлов для электродов и роликов

Марка металла электродов и роликов	Удельное электросопротивление, Ом мм 2 /м	Максимальная электропроводность, % от электропроводности меди	Минимальная твердость по Бринелю, кгс/мм 2	Температура разупрочнения, о С	Материалы для сварки
Кармиевая бронза Бр.Кд-1 (МК)	0,0219	85	110	300	Латунь, бронза
Хромокармиевая бронза Бр.ХКд-0,5-0,3	0,0219	85	110	370	Латунь, бронза, низколегированные стали, титан*
Хромовая бронза Бр.Х	0,023	80	120	370	Латунь, бронза, низколегированные стали, титан*
Хромоциркониевая бронза Бр.ХЦр-0,6-0,05	0,023	80	140	500	Низколегированные стали, титан
Сплав Мц4	0,025	75	110	380	Коррозионностойкие, жаропрочные стали и сплавы, титан*
Бронза Бр.НБТ	0,0385	50	170	510	Коррозионностойкие, жаропрочные стали и сплавы, титан

* Для металла толщиной 0,6 мм и менее

Для электродов и роликов используют специальные медные сплавы, обладающие высокой жаропрочностью и электропроводностью (Табл.1). Наилучшим металлом для электродов и роликов, применяемых при сварке коррозионностойких, жаропрочных сталей и сплавов и титана, является бронза Бр.НБТ, которую выпускают в виде термически обработанных катаных плит и литых цилиндрических заготовок. Из бронзы Бр.НБТ особенно целесообразно изготовлять фигурные электроды, т.к. для обеспечения необходимой твердости не требуется нагартовки, которая необходима для кадмиевой меди, сплава Мц5Б и бронзы Бр.Х.
Не рекомендуется использовать электроды и ролики из бронзы Бр.НБТ для сварки низколегированных сталей, особенно без наружного охлаждения, из-за возможного налипания меди на поверхность деталей в месте контакта с электродами.
Наиболее универсальным является сплав Мц5Б, его можно использовать для электродов и роликов при сварке всех рассматриваемых металлов. Однако сплав Мц5Б несколько сложен в изготовлении и термомеханической обработке, поэтому не получил широкого распространения. Кроме того, его стойкость при сварке коррозионностойких и жаропрочных сталей и сплавов значительно ниже, чем у бронзы Бр.НБТ. При точечной сварке коррозионностойких сталей толщиной 1,5+1,5 мм стойкость электродов из сплава Бр.НБТ составляет в среднем 7-8 тыс. точек, из бронзы Бр.Х – 2-3 тыс. точек, а при роликовой сварке – соответственно 350 и 90 м шва.
Наибольшее применение для точечной сварки получили электроды с плоской и сферической поверхностью и ролики с цилиндрической и сферической рабочей поверхностью. Размеры рабочей поверхности электродов выбирают в зависимости от толщины свариваемых деталей; для большинства металлов форма поверхности может быть плоской (цилиндрической для роликов) или сферической (Табл.2).

Табл. 2
Размеры электродов и роликов

Толщина тонкого листа, мм	Электроды			Ролики
	D	d эл	R эл	S	f	R эл
0.3	12	3.0	15-25	6.0	3.0	15-25
0.5	12	4.0	25-50	6.0	4.0	25-30
0.8	12	5.0	50-75	10.0	5.0	50-75
1.0	12	5.0	75-100	10.0	5.0	75-100
1.2	16	6.0	75-100	12.0	6.0	75-100
1.5	16	7.0	100-150	12.0	7.0	100-150
2.0	20	8.0	100-150	15.0	8.0	100-150
2.5	20	9.0	150-200	18.0	10.0	150-200
3.0	25	10.0	150-200	20.0	10.0	150-200

Примечание: Размеры D и S минимально рекомендуемые

Электроды со сферической рабочей поверхностью лучше отводят теплоту, имеют большую стойкость и менее чувствительны к перекосам осей электродов при их установке, чем электроды с плоской рабочей поверхностью, поэтому их используют при сварке на подвесных машинах (клещах).
При сварке электродами со сферической рабочей поверхностью изменение F св в большей степени влияет на размеры литой зоны, чем при использовании электродов с плоской поверхностью, особенно при сварке пластичных металлов. Однако при уменьшении I св и t св от заданного значения d и А понижаются меньше при сварке электродами со сферической поверхностью, чем при сварке электродами с плоской поверхностью.
При использовании сферических электродов площадь контакта электрод-деталь в начале сварки значительно меньше, чем в конце. Это приводит к тому, что на машинах с пологой нагрузочной характеристикой (машины с большим Z м , клещи с кабелем) плотность тока в контакте электрод-деталь при включении может быть очень высокой, что способствует снижению стойкости электродов. Поэтому целесообразно применять плавное нарастание i св , которое обеспечивает практически постоянную плотность тока в контакте.
При точечной и роликовой сварке медных и титановых сплавов предпочтительно применять электроды и ролики со сферической рабочей поверхностью. В отдельных случаях использование только сферической поверхности обеспечивает требуемое качество соединений, например при сварке деталей неравной толщины.
Электроды в большинстве случаев соединяются с электрододержателями с помощью конусной посадочной части. По ГОСТ 14111-90 на прямые электроды конусность посадочной части принята 1:10 для электродов диаметром D ≤25 мм и 1:5 для электродов D >25 мм. В зависимости от диаметра электрода практически допустимое усилие сжатия F эл=(4-5)D2 кгс .
На практике для сварки различных деталей и узлов применяются разнообразные электроды и электрододержатели. Для получения точечных соединений стабильного качества лучше применять фигурные электрододержатели, чем фигурные электроды. Фигурные электрододержатели имеют больший срок службы, а также имеют лучшие условия для охлаждения электродов, что повышает их стойкость.

Рис. 2. Электроды различных конструкций

На рис. 2 показаны некоторые электроды специального назначения. Сварку Т-образного профиля с листом выполняют с использованием нижнего электрода с прорезью под вертикальную стенку профиля (рис.2а,I). При сварке деталей неравной толщины, когда недопустима глубокая вмятина на поверхности тонкой детали, может быть применен электрод 1 со стальным кольцом 2 на рабочей поверхности, стабилизирующим площадь контакта электрод-деталь (рис. 2а,II). Наличие медной фольги 3 между электродом и деталью исключает поджоги в контакте кольцо - деталь. Для герметизации тонкостенных трубок 3 из коррозионностойкой стали с помощью точечной сварки используют электрод 1 с продолговатой рабочей поверхностью (рис. 2 а,III). Стальная насадка 2 концентрирует ток и позволяет производить смятие трубок без опасности повреждения рабочей поверхности. На рабочей поверхности электродов 1 могут быть закреплены стальные трубки 2, стабилизирующие контакт электрод-деталь и уменьшающие износ электродов (рис. 2а, IV, V).
При точечной сварке оси электродов должны быть перпендикулярны поверхностям свариваемых деталей. Поэтому детали, имеющие уклоны (плавно изменяющуюся толщину), целесообразно сваривать с использованием самоустанавливающегося поворотного электрода со сферической опорой (рис. 2б).
Для точечной сварки деталей с большим отношением толщин иногда со стороны тонкой детали устанавливают электрод (рис. 2в, I), рабочая часть которого выполнена из металла с низкой теплоэлектропроводностью (вольфрама, молибдена и т. п.). Такой электрод состоит из медного корпуса 1 и вставки 2, припаянной в корпусе. Рабочую часть электрода 3 иногда выполняют сменной и закрепляют на корпусе электрода 1 накидной гайкой 2 (рис.2в,II). Электрод обеспечивает быструю замену рабочей части при ее износе или при необходимости – перестановку вставки с другой формой рабочей поверхности.
Для роликовой сварки применяют ролики составной конструкции, у которых основание 1 из медного сплава, а припаянная к нему рабочая часть 2 – из вольфрама или молибдена (рис.2в, III). При роликовой сварке швов большой протяженности на деталях малой толщины (0,2-0,5 мм) рабочая поверхность роликов быстро изнашивается, в связи с чем ухудшается качество сварки. В таких случаях ролики имеют канавку, в которой помещена проволока их холоднотянутой меди (рис.3), перематываемая при вращении роликов с одной катушки на другую. Этот способ обеспечивает стабильную форму рабочей поверхности и многократное использование электрода-проволоки при роликовой сварке деталей малой толщины или деталей с покрытием.

Чтобы избежать частой смены электродов, для сварки на одной машине деталей различной толщины могут быть использованы многоэлектродные головки. В головку устанавливают электроды с рабочей поверхностью различной формы. При точечной сварке деталей неравной толщины важно обеспечить стабильную рабочую поверхность электрода со стороны тонкой детали. Для этой цели используют многоэлектродную головку 1; со стороны толстой детали устанавливают ролик 2 (рис.4). При износе рабочей поверхности электрода его заменяют новым, поворачивая головку. Многоэлектродные головки позволяют также без съема электродов со сварочной машины автоматически зачищать электрод, не осуществляющий в данный момент сварку.
Иногда электроды подводят ток к свариваемым деталям но не связаны непосредственно со сварочной машиной. Например необходимо сварить продольным роликовым швом тонкостенные трубы малого диаметра (10-40 мм). Для этого заготовку трубы 1 с медной оправкой 2 помещают между роликами поперечной сварочной машины (рис. 5а). Таким образом могут быть сварены швы достаточно большой длины. Для сварки деталей 1 коробчатой формы используют электрод-шаблон 2, закрепленный на оси 3 для поворота его после сварки первого шва (рис.5б).

Рис. 5. Электроды-оправки, применяемые на роликовых машинах
поперечной сварки:
а - сварка тонкостенной трубы;
б - сварка кожуха;
1- детали; 2 - электроды; 3 - ось.

Стойкость электродов и роликов зависит от условий их охлаждения. Электроды для точечной сварки должны иметь внутреннее водяное охлаждение. Для этого электроды со стороны посадочной части имеют отверстие, в которое вводится трубка, закреп ленная в электрододержателе. Вода поступает по трубке, омывает дно и стенки отверстия и через пространство между внутренними стенками электрода и трубкой проходит в электрододержатель. Конец трубки должен иметь скос под углом 45°, край которого должен отстоять от дна электрода на 2-4 мм. При увеличении этого расстояния образуются воздушные пузыри и ухудшается охлаждение рабочей поверхности электрода.
На стойкость электродов оказывает влияние расстояние от рабочей поверхности до дна охлаждающего канала. При уменьшении этого расстояния повышается стойкость электродов (число точек до переточки), но уменьшается число его возможных пере¬точек до полного износа и тем самым сокращается срок его службы. Анализируя влияние этих двух факторов на затраты электродного металла, а следовательно, и на стоимость электродов установлено, что расстояние от дна до рабочей поверхности должно составлять (0,7 -0,8)D (где D - наружный диаметр электрода). Для усиления интенсивности охлаждения при точечной сварке можно применять дополнительное водяное охлаждение электродов и места сварки. Вода в этом случае подается через отверстия в электродах или отдельно по специальной трубке наружного охлаждения. Иногда применяют внутреннее охлаждение жидкостями с температурой ниже 0°С или сжатым воздухом.
При роликовой сварке чаще применяют наружное охлаждение роликов и места сварки. Однако такой способ охлаждения не при¬годен при сварке закаливающихся сталей. Если при точечной сварке легко осуществить внутреннее охлаждение электродов то при роликовой сварке это достаточно сложная задача.
При эксплуатации электродов и роликов периодически необходимо зачищать и восстанавливать их рабочую поверхность. Электроды с плоской рабочей поверхностью обычно зачищают личным напильником и абразивным полотном, электроды со сферической рабочей поверхностью – с помощью резиновой подушки толщиной 15-20 мм, обернутой абразивным полотном.
Рабочую поверхность электродов чаще всего восстанавливают на токарных станках. Для получения рабочей поверхности правильной формы целесообразно использовать специальные фасонные резцы.

Резаки RX произведенные компанией SINTERLEGHE согласно патента EP2193003 позволяют вам:

Затачивать электроды различной формы наконечника используя один резак

Разделить стружку удаленного материала между верхним и нижним электродом

Снизить затраты на расходные материалы, благодаря высокой прочности и твердости материала лезвий

Можете использовать разработки SINTERLEGHE для работы с другими производителями заточных машин (см. картинку)

В результате испытаний для подтверждения патента EP2193003 для резаков RX были достигнуты следующие результаты:

Снижение затрат на закупку электродов на 50%

Снижение кол-ва сварочных брызг

Улучшение качества и вида сварочных точек

Снижение кол-ва остановок линий для замены электродов

Снижение кол-ва используемых моделей резаков

Снижение затрат на резаки

Снижение потребления электроэнергии

РАЗМЕРЫ ЭЛЕТРОДОВ ПОСЛЕ ЗАТОЧКИ

Резак RX SINTERLEGHE (патент EP 2193003) может применятся при использованиизаточных машин других производителей:

Germany: Lutz - Brauer - AEG - Wedo

Italy: Sinterleghe - Gem - Mi-Ba

France: AMDP - Exrod

USA: Semtorq, Stillwater

Japan: Kyokuton - Obara

Параметр	RX SINTERLEGHE патент 2193003	Резаки с одним лезвием
Удаление материала электрода, при усили сжатия электродов 120даН	0,037 мм/сек	0,08 мм/сек
Количество циклов для заточки электродов до их замены
Время заточки
Количество сварных точек за весь срок службы электродов
Срок службы резка для заточки	60 000 (12 мес)	10 000 (3 мес)
Время для замены электродов за 200 дней
Экономия времени
	RX SINTERLEGHE патент 2193003	Резаки с одним лезвием
Стоимость двух электродов
Стоимость электродов для сварки 10 000 точек
Затраты в год на покупку новых электродов (2 000 000 точек/ 200 раб. дней)
Ежегодные затраты на держатель лезвия
Ежегодные затраты на лезвие		(4штх50евро) = 200евро
Ежегодные затраты на резак
Ежегодные затраты на обслуживание и замену резаков		12 евро (4 лез х 3 евро)
Общие затраты на покупку электрдов и замену лезвий или резаков
общие затраты на каждую сварочную машину за 8 лет
Затраты на 10 сварочных машин
Экономия

Рассказ об электрододержателях и электродах для точечной сварки мы решили выделить в отдельную статью из-за большого объема материала по этой теме.

Электрододержатели машин точечной сварки

Электрододержатели служат для установки электродов, регулирования расстояния между ними, подвода сварочного тока к электродам и отвода тепла, выделяющегося при сварке. Форма и конструкция электрододержателей определяется формой свариваемого узла. Как правило, электрододержатель представляет собой медную или латунную трубу с конусным отверстием для установки электрода. Это отверстие может быть выполнено по оси электрододержателя, перпендикулярно оси или под углом. Часто одна и та же машина может комплектоваться несколькими вариантами электрододержателей для каждого вида электродов — в зависимости от формы свариваемых деталей. В некоторых машинах малой мощности электрододержатели могут совсем не входить в комплектацию, так как их функции выполняют сварочные хоботы.
В машинах стандартной комплектации чаще всего используются прямые электрододержатели (рис. 1), как наиболее простые. В них могут устанавливаться электроды различной формы. В случае сварки деталей больших размеров с ограниченным доступом к месту сварки целесообразно использовать фигурные электрододержатели с простыми электродами прямой формы. Крепятся они в электрододержателях за счет конусной посадки, штифтов или винтов. Удаление электрода из держателя производят легкими постукиваниями деревянным молотком или специальным экстрактором.

Электроды для точечной сварки

Электроды для точечной сварки служат для сжатия деталей, подвода сварочного тока к деталям и отвода тепла, выделяющегося при сварке. Это один из самых ответственных элементов сварочного контура машины точечной сварки, потому что форма электрода определяет возможность сварки того или иного узла, а его стойкость — качество сварки и продолжительность бесперебойной работы машины. Различают прямые (рис. 4) и фигурные электроды (рис. 5). Некоторые примеры применения прямых электродов приведены в таблице 1. Многие прямые электроды изготавливаются в соответствии с ГОСТ 14111-77 или ОСТ 16.0.801.407-87.

У фигурных электродов ось, проходящая через центр рабочей поверхности, значительно смещена относительно оси посадочной поверхности (конуса). Их применяют для сварки деталей сложной формы и узлов в труднодоступных местах.

Конструкция электродов для точечной сварки

Электрод для точечной сварки (рис. 6) конструктивно состоит из рабочей части (1), средней (цилиндрической) части (2) и посадочной части (3). Внутри тела электрода проходит внутренний канал, в который вводится трубка подачи охлаждающей воды электрододержателя.
Рабочая часть (1) электрода имеет плоскую или сферическую поверхность; диаметр рабочей поверхности d эл или радиус сферы R эл выбирают в зависимости от материала и толщины свариваемых деталей. Угол конуса рабочей части обычно составляет 30°.
Средняя часть (2) обеспечивает прочность электрода и возможность использования экстракторов или иного инструмента для демонтажа электродов. Производители применяют различные методики для расчета размеров электродов. В СССР согласно ОСТ 16.0.801.407-87 были установлены типоразмерные ряды:

D эл = 12, 16, 20, 35, 32, 40 мм

L = 35, 45, 55, 70, 90, 110 мм

В зависимости от максимального усилия сжатия машины:

D эл = (0,4 - 0,6)√F эл (мм).

Где: F эл — максимальное усилие сжатия машины (даН).

Посадочная часть (3) должна иметь конусность для плотной установки в электрододержатель и предотвращения протечек охлаждающей воды. Для электродов диаметром 12-25 мм конусность составляет 1:10, для электродов диаметром 32-40 мм — конусность 1:5. Длина конусной части не менее 1,25D эл. Обрабатывают посадочную часть с чистотой не ниже 7-го класса (R z 1,25).

Диаметр внутреннего канала охлаждения определяется расходом охлаждающей воды и достаточной прочностью электрода на сжатие и составляет:

d 0 = (0,4 - 0,6) D эл (мм).

Расстояние от рабочей поверхности электрода до дна внутреннего канала в значительной степени влияет на эксплуатационные характеристики электрода: стойкость, ресурс работы. Чем меньше это расстояние, тем лучше охлаждение электрода, но тем меньше переточек может выдержать электрод. По опытным данным:

h = (0,75 - 0,80) D эл (мм).

Тугоплавкие вставки из вольфрама W или молибдена Мо (рис. 4ж) запрессовываются в медные электроды или припаиваются серебросодержащими припоями; такие электроды применяют при сварке оцинкованных или анодированных сталей. Электроды со сменной рабочей частью (рис. 4и) и с шаровым шарниром (рис. 4к) применяют при сварке деталей из разных материалов или разнотолщинных деталей. Сменная рабочая часть изготавливается из вольфрама, молибдена или их сплавов с медью и крепится к электроду накидной гайкой. Применяются также стальные или латунные электроды с напрессованной медной оболочкой (рис. 4з) или медные электроды со стальной подпружиненной втулкой.

Материалы для электродов точечной сварки

Стойкость электродов — их способность сохранять размеры и форму рабочей поверхности (торца), противостоять взаимному переносу металла электродов и свариваемых деталей (загрязнение рабочей поверхности электрода). Она зависит от конструкции и материала электрода, диаметра его цилиндрической части, угла конуса, свойств и толщины свариваемого материала, режима сварки, условий охлаждения электрода. Износ электродов зависит от конструкции электродов (материал, диаметр цилиндрической части, угол конуса рабочей поверхности) и параметров режима сварки. Перегрев, оплавление, окисление при работе во влажной или коррозионной среде, деформации электродов при больших усилиях сжатия, перекос или смещение электродов усиливают их износ.

Материал электродов выбирают с учетом следующих требований:

• электропроводность, сравнимая с электропроводностью чистой меди;
• хорошая теплопроводность;
• механическая прочность;
• обрабатываемость давлением и резанием;
• стойкость к разупрочнению при циклическом нагреве.

По сравнению с чистой медью сплавы на ее основе имеют в 3-5 раз большую стойкость к механическим нагрузкам, поэтому для электродов точечной сварки с их, казалось бы, взаимоисключающими требованиями применяют сплавы меди. Легирование кадмием Cd, хромом Сr, бериллием Be, алюминием Al, цинком Zn, цирконием Zr, магнием Мg не снижает электропроводность, но повышает прочность в нагретом состоянии, а железо Fe, никель Ni и кремний Si повышают твердость и механическую прочность. Примеры использования некоторых медных сплавов для электродов точечной сварки приведены в таблице 2.

Выбор электродов для точечной сварки

При выборе электродов основными параметрами являются форма и размеры рабочей поверхности электрода. При этом обязательно учитывают марку свариваемого материала, сочетания толщин свариваемых листов, форму сварного узла, требования к поверхности после сварки и расчетные параметры режима сварки.

Различают следующие виды формы рабочей поверхности электрода:

• с плоскими (характеризуются диаметром рабочей поверхности d эл);
• со сферическими (характеризуются радиусом R эл) поверхностями.

Электроды со сферической поверхностью менее чувствительны к перекосам, поэтому их рекомендуют к применению на машинах радиального типа и подвесных машинах (клещах) и для фигурных электродов, работающих с большим прогибом. Российские производители рекомендуют использовать для сварки легких сплавов только электроды со сферической поверхностью, что позволяет избежать вмятин и подрезов по краям сварной точки (см. рис. 7). Но избежать вмятин и подрезов можно, применяя плоские электроды с увеличенным торцом. Такие же электроды на шарнире позволяют избежать перекоса и поэтому могут заменить сферические электроды (рис. 8). Однако эти электроды рекомендуются в основном для сварки листов толщиной ≤1,2 мм.

Согласно ГОСТ 15878-79 размеры рабочей поверхности электрода выбираются в зависимости от толщины и марки свариваемых материалов (см. табл. 3). После исследования сечения сварной точки становится ясно, что есть прямые отношения между диаметром электрода и диаметром ядра сварной точки. Диаметр электрода определяет площадь поверхности контакта, которая соответствует фиктивному диаметру проводника сопротивления r между свариваемыми листами. Сопротивление контакта R будет обратно пропорционально этому диаметру и обратно пропорционально предварительному сжатию электродов для сглаживания микронеровностей поверхности. Исследования компании ARO (Франция) показали, что расчет диаметра рабочей поверхности электрода можно вести по эмпирической формуле:

d эл = 2t + 3 мм.

Где t — номинальная толщина свариваемых листов.

Наиболее сложно рассчитать диаметр электрода при неравной толщине свариваемых листов, сварке пакета из трех и более деталей и сварке разнородных материалов. Очевидно, что при сварке разнотолщинных деталей диаметр электрода должен выбираться относительно более тонкого листа. Используя формулу для расчета диаметра электрода, которая пропорциональна толщине свариваемого листа, формируем фиктивный проводник с сужающимся диаметром, который, в свою очередь, перемещает пятно нагрева к точке контакта этих двух листов (рис. 10).

При одновременной сварке пакета из деталей выбор диаметра рабочей поверхности электрода делается по толщине наружных деталей. При сварке разнородных материалов с разными теплофизическими характеристиками меньшее проплавление наблюдается у металла с меньшим удельным электрическим сопротивлением. В этом случае со стороны детали из металла с меньшим сопротивлением применяется электрод с большим диаметром рабочей поверхности d эл или изготовленный из материала с большей теплопроводностью (например, из хромистой бронзы БрХ).

Валерий Райский
Журнал «Оборудование: рынок, предложение, цены», № 05, май 2005 г.

Литература:

1. Кнорозов Б.В., Усова Л.Ф., Третьяков А.В. Технология металлов и материаловедение. - М., Металлургия, 1987.
2. Справочник машиностроителя. Т. 5, кн. 1. Под ред. Сатель Э.А. - М., Машгиз, 1963.

Точечная сварка — метод, при котором соединение деталей внахлест производится в одной или нескольких точках. При подаче электротока происходит местный нагрев, в результате чего металл расплавляется и схватывается. В отличие от электродуговой или газовой сварки не требуется присадочный материал: плавятся не электроды, а сами детали. Не нужно и обволакивание инертным газом: сварочная ванна в достаточной мере локализована и защищена от попадания атмосферного кислорода. Сварщик работает без маски и рукавиц. Это позволяет лучше визуализировать и контролировать процесс. Точечная сварка обеспечивает высокую производительность (до 600 точек/мин) при низких затратах. Она широко используется в различных отраслях хозяйства: от приборостроения до самолетостроения, а также в бытовых целях. Без точечной сварки не обходится ни одна автомастерская.

Оборудование для точечной сварки

Работы выполняются на специальном сварочном аппарате, называемом споттер (от англ. Spot — точка). Споттеры бывают стационарные (для работы в цехах) и переносные. Установка работает от электросети 380 или 220 В и генерирует заряды тока в несколько тысяч ампер, что значительно больше, чем у инверторов и полуавтоматов. Ток подается на медный или карбоновый электрод, который прижимается к свариваемым поверхностям пневматикой или ручным рычагом. Возникает тепловое воздействие, длящееся несколько миллисекунд. Однако этого хватает для надежной стыковки поверхностей. Так как время воздействия минимально, то тепло не распространяется дальше по металлу, а точка сварки быстро остывает. Свариванию подлежат детали из рядовых сталей, оцинкованного железа, нержавейки, меди, алюминия. Толщина поверхностей может быть различна: от тончайших деталей для приборостроения до листов толщиной 20 мм.

Контактно-точечная сварка может проводиться одним электродом или двумя с разных сторон. Первый способ используется для сварки тонких поверхностей или в тех случаях, когда прижим с двух сторон осуществить невозможно. Для второго способа используют специальные клещи, зажимающие детали. Этот вариант обеспечивает более надежное крепление и чаще используется для работы с толстостенными заготовками.

По типу тока аппараты для точечной сварки подразделяются на:

• работающие на переменном токе;
• работающие на постоянном токе;
• низкочастотные аппараты;
• аппараты конденсаторного типа.

Выбор оборудования зависит от особенностей технологического процесса. Наиболее распространены аппараты переменного тока.

Вернуться к оглавлению

Электроды для точечной сварки

Электроды для точечной сварки отличаются от электродов для электродуговой сварки. Они не только обеспечивают подачу тока на свариваемые поверхности, но и выполняют прижимную функцию, а также задействованы в отводе тепла.

Высокая интенсивность рабочего процесса обуславливает необходимость использования материала, стойкого к механическим и химическим воздействиям. Более всего выдвинутым требованиям соответствует медь с добавлением хрома и цинка (0,7 и 0,4% соответственно).

Качество сварной точки во многом определяется диаметром электрода. Он должен быть минимум в 2 раз больше толщины стыкуемых деталей. Размеры стержней регламентируются ГОСТом и имеют от 10 до 40 мм в диаметре. Рекомендуемые размеры электродов представлены в таблице. (Изображение 1)

Для сварки рядовых сталей целесообразно использовать электроды с плоской рабочей поверхностью, для сварки высокоуглеродистых и легированных сталей, меди, алюминия — со сферической.

Электроды со сферическими наконечниками более стойкие: способны произвести больше точек до перезаточки.

К тому же они универсальны и подойдут для сварки любого металла, а вот использование плоских для сварки алюминия или магния приведет к образованию вмятин.

Точечная сварка в труднодоступных местах выполняется электродами изогнутой формы. Сварщик, который сталкивается с подобными условиями работы, всегда имеет набор различных фигурных электродов.

Для надежной передачи тока и обеспечения прижима электроды должны плотно соединяться с электрододержателем. Для этого их посадочным частям придают форму конуса.

Некоторые виды электродов имеют резьбовое соединение или крепятся по цилиндрической поверхности.

Вернуться к оглавлению

Параметры точечной сварки

Основными параметрами процесса являются сила тока, продолжительность импульса, усилие сжатия.

От силы сварочного тока зависит количество выделяемого тепла, скорость нагрева, величина сварного ядра.

Наряду с силой тока на количество тепла и размеры ядра влияет продолжительность импульса. Однако при достижении определенного момента наступает состояние равновесия, когда все тепло отводится от зоны сварки и уже не влияет на расплавление металла и размер ядра. Поэтому увеличение продолжительности подачи тока сверх этого нецелесообразно.

Усилие сжатия влияет на пластическую деформацию свариваемых поверхностей, перераспределение по ним тепла, кристаллизацию ядра. Высокое усилие сжатия снижает сопротивление электрического тока, идущего от электрода к свариваемым деталям и в обратном направлении. Таким образом, возрастает сила тока, ускоряется процесс расплавления. Соединение, выполненное с высоким усилием сжатия, отличается высокой прочностью. При больших токовых нагрузках сжатие препятствует выплескам расплавленного металла. С целью снятия напряжения и увеличения плотности ядра в некоторых случаях производится дополнительное кратковременное повышение усилия сжатия после отключения тока.

Выделяют мягкий и жесткий . При мягком режиме сила тока меньше (плотность тока составляет 70-160 А/мм²), а продолжительность импульса может достигать нескольких секунд. Такая сварка применяется для соединения низкоуглеродистых сталей и более распространена в домашних условиях, когда работы проводятся на маломощных аппаратах. При жестком режиме продолжительность мощного импульса (160-300 А/мм²) составляет от 0,08 до 0,5 секунды. Деталям обеспечивают максимально возможное сжатие. Быстрый нагрев и быстрое охлаждение позволяют сохранить сварному ядру антикоррозийную стойкость. Жесткий режим используют при работе с медью, алюминием, высоколегированными сталями.

Выбор оптимальных параметров требует учета многих факторов и проведения испытаний после расчетов. Если же выполнение пробных работ невозможно или нецелесообразно (например, при разовой сварке в домашних условиях), то следует придерживаться режимов, изложенных в справочниках. Рекомендованные параметры силы тока, продолжительности импульса и сжатия для сварки рядовых сталей приведены в таблице. (Изображение 2)

Вернуться к оглавлению

Возможные дефекты и их причины

Качественно выполненная точечная обеспечивает надежное соединение, срок службы которого, как правило, превышает срок службы самого изделия. Однако нарушение технологии может привести к дефектам, которые можно разделить на 3 основные группы:

• недостаточные размеры сварного ядра и отклонение его положения относительно стыка деталей;
• механические повреждения: трещины, вмятины, раковины;
• нарушение механических и антикоррозийных свойств металла в зоне, прилегающей к сварной точке.

Рассмотрим конкретные виды дефектов и причины их возникновения:

1. Непровар может быть вызван недостаточной величиной силы тока, чрезмерным сжатием, изношенностью электрода.
2. Наружные трещины возникают при слишком большом токе, недостаточном сжатии, загрязненности поверхностей.
3. Разрывы у кромок обусловлены близким расположением к ним ядра.
4. Вмятины от электродов возникают при их слишком малой рабочей поверхности, неправильной установке, чрезмерном сжатии, слишком высоком токе и продолжительном импульсе.
5. Выплеск расплавленного металла и заполнение им пространства между деталями (внутренний выплеск) происходит из-за недостаточного сжатия, образования в ядре воздушной раковины, несоосно установленных электродах.
6. Наружный выплеск расплавленного металла на поверхность деталей может быть вызван недостаточным сжатием, слишком большими режимами тока и времени, загрязненностью поверхностей и перекосом электродов. Последние два фактора оказывают негативное влияние на равномерность распределения тока и плавление металла.
7. Внутренние трещины и раковины возникают из-за чрезмерных режимов тока и времени, недостаточного или запаздывающего проковочного сжатия, загрязненности поверхностей. Усадочные раковины появляются в момент охлаждения ядра. Для их предотвращения и используют проковочное сжатие после прекращения подачи тока.
8. Причиной неправильной формы ядра или его смещения является перекос или несоосность электродов, загрязненность поверхности деталей.
9. Прожог является следствием загрязненности поверхностей или недостаточного сжатия. Во избежание этого дефекта ток необходимо подавать только после того, как сжатие обеспечено полностью.

Для выявления дефектов используют визуальный осмотр, рентгенографию, ультразвуковое исследование, капиллярную диагностику.

При испытательных работах контроль над качеством сварной точки производится методом разрыва. Ядро должно остаться полностью на одной детали, а на второй — глубокий кратер.

Исправление дефектов зависит от их характера. Применяют механическую зачистку наружных выплесков, проковку при деформации, термическую обработку для снятия напряжений. Чаще же бракованные точки просто переваривают.