Точечная сварка своими руками. Аппарат точечной сварки

Что влияет на прочность сварки

Прочность сварки зависит от размера и структуры участка, на которые, в свою очередь, влияют следующие факторы:

• площадь контакта;
• размеры электродов;
• сила прижатия деталей;
• размеры поверхностей контакта электродов;
• величина и время прохождения сварочного тока;
• состояние поверхностей.

Контактная точечная сварка имеет широкий диапазон применения. Этим способом соединяют между собой детали от толщины 0,02 мкм в приборостроении до 20 мм листов в металлоконструкциях.

Она характеризуется сварочным током в сотни ампер, а также малым сопротивлением электродов и контактных поверхностей.

Принцип действия точечной сварки

Технология контактной сварки работает довольно просто — детали плотно сжимаются и через кратчайшее расстояние подается мощный электрический импульс. Металл разогревается, в точке соприкосновения образуется расплавленное ядро. Так как детали сжаты, происходит диффузия металлов. Ток выключается, точка остывает, металл кристаллизуется.

Чтобы импульс тока хорошо разогрел металл, он должен быть с большой силой и низким напряжением. Промышленные аппараты имеют характеристики: напряжение на контактах всего 1 — 3 Вольта, способны давать силу тока в 10 — 15 килоАмпер.

Чтобы получить мощный разряд при небольшом напряжении, потребуется трансформатор индукционного типа. Соотношение первичной и вторичной обмоток позволяет получить электрический импульс, достаточный для расплавления металла.

Зажимные клещи состоят из двух медных или графитовых контактов, расположенных на разных рычагах, и прижимного механизма. Прижимы бывают с разным приводом:

• Механические. Состоят из мощной пружины и рычага, сжатие металлов происходит за счет мускульной силы. Применяются в самодельных или бытовых аппаратах, не дают должного контроля за степенью сжатия, обладают малой производительностью.
• Пневматические. Наиболее популярны для переносных ручных аппаратов, легко регулируются при помощи изменения давления в воздушной магистрали. Недостаток — сравнительно медленные, не дают возможности изменения давления в процессе сваривания.
• Гидравлические. Не так популярны, гидравлический привод также медленный, но обладает большей широтой настроек, благодаря применению перепускных регулируемых клапанов.
• Электромагнитные. Самые «молниеносные», применяются как на ручных аппаратах, так и на больших стационарных. Позволяют регулировать сжатие металлов в процессе сварки, что позволяет добиться провара и отсутствия «выплесков» металла.

Усложнение конструкции возможно при использовании контуров жидкостного охлаждения на нагруженных аппаратах, применении различных систем управления током и прижимом, роботизации перемещения электродов.

Где применяется

Точечную сварку применяют для соединения различных конструкционных металлов и сплавов. Особенности технологии — экологичность, скорость, надежность, легкость автоматизации — позволяют широко применять ее в:

• автомобилестроении для сборки кузовов;
• ювелирном деле для соединения деталей;
• микроэлектронике для спайки микросхем;
• производстве сварных арматурных каркасов для монолитных плит;
• производстве корпусов, деталей товаров народного потребления.

Среди основных преимуществ точечной сварки особо выделяются:

• прочность соединения;
• технологичность;
• экономичность;
• возможность соединения как толстых, так и ультратонких деталей;
• возможность автоматизации и роботизации сварочного процесса;
• высокая культура производства и экологичность;
• универсальность в материалах и возможность масштабирования.

Среди недостатков можно выделить:

• сложность диагностики сварного соединения;
• требования к чистоте металлов при сварке;
• сложность настройки аппаратуры.

Особенности процесса точечной сварки

Осуществить ударную конденсаторную сварку можно с помощью специального аппарата заводского производства, который продается в специализированных магазинах. Однако, вполне реально изготовить сварку конденсаторного типа самостоятельно в условиях маленькой мастерской.

Изготовленные своими силами агрегаты демонстрируют высокие эксплуатационные параметры и в работе не уступают заводским моделям.

Перед работой самодельному аппарату для сварки, использующему энергию конденсаторов, задают основные параметры функционирования:

• напряжение в зоне контактной сварки металлоизделий;
• вид и сила тока;
• длительность действия сварного импульса;
• число и размеры сварной проволоки, применяемой в работе.

Платы управления, присутствующие в конструкции и заводских, и самодельных сварочных агрегатов, предоставляют мастеру возможность привести поступающее напряжение и постоянную величину тока к стабильному значению. Самодельный агрегат важно оснастить переключателем для выполнения сварки электродами без особенных трудностей.

Самодельные агрегаты, как и заводские модели, долговечны, просты в использовании, если при их конструировании придерживаться схемы, технологических требований и норм безопасности.

А технические параметры изготовленной своими силами модели должны соответствовать характеристикам заводских конструкций. Тогда аппарат позволит даже малоопытному сварщику выполнять надежные и долговечные сварные швы методом конденсаторной сварки.

Такие дефекты могут свести на нет усилия сварщика, став преградой для качественного соединения расплавленных кромок изделий.

В зависимости от толщины металлов, их вида, условий технология сварки может отличаться деталями. Но в целом порядок работ одинаков.

Точечная варка происходит в несколько этапов:

1. Подготовка поверхностей. Они должны быть очищены от непроводящих ток лакокрасочных материалов и окислов, а также без напряжения плотно присоединяться.
2. Сжимание деталей. Для этого привод клещей прочно сжимает поверхности, они частично деформируются. Это нужно для возникновения участков проведения тока именно между контактами клещей.
3. Нагрев деталей электрическим импульсом. Чем толще детали, тем дольше приходится держать нагрев. Импульс может быть как постоянный, так и с регулируемой силой тока, переменный.
4. В автоматических станках есть этап ослабления давления на детали — это нужно для предотвращения выдавливания металла из расплавленного ядра. В ручных механических клещах этот этап пропускается.
5. Ток выключается. На глаз момент выключения тока можно определить по нагреву области между электродами — как только металл начинает краснеть, ток отпускается.
6. Прижим или проковка во время остывания металла. Нужны для формирования прочной кристаллической структуры сварной точки.
7. Деталь готова.

В зависимости от вида металлов применяются различные настройки. Качество соединения зависит от технологии сварки, типа импульса, режимов сжатия деталей.

Процесс используется в производственных целях и в домашнем хозяйстве. Производится сваривание следующих материалов:

• листового металла;
• изделий из стали и цветных сплавов;
• сортовых и гнутых профилей.

В быту точечная сварка просто необходима для ремонта разных инструментов, кухонного оборудования, домашней утвари. Процесс заключается в точном совмещении деталей в заданном положении. Они устанавливаются между электродами и прижимаются друг к другу. При этом производится разогрев электрическим током точки соединения до пластической деформации, в результате которой детали свариваются.

Техника безопасности при точечной сварке

Главное при использовании аппаратов точечной сварки — соблюдение правил электробезопасности. При эксплуатации техники не должно быть оголенных контактов, нарушений изоляции кабелей. Все контакты при подключении аппарата к сети должны соответствовать номинальным параметрам, обязательно применение дифавтоматов и заземления.

При удерживании металлов используйте диэлектрические перчатки, рукоять клещей должна быть надежно заизолирована.

Средства защиты

Стандартный набор сварщика вполне подойдет для работы с точечной сваркой. Плотная роба, хлопчатобумажные или спилковые перчатки, прозрачный щиток или очки, респиратор или вытяжка — вот весь набор средств защиты.

Покупать или сделать своими руками?

Несмотря на распространенность технологии, стоимость профессионального оборудования довольно высока. Поэтому среди домашних мастеров ходят схемы самостоятельного изготовления устройства для точечной сварки из простейшего трансформатора и механических клещей. Сделать своими руками можно как мощный аппарат для соединения 4-5 мм металла, так и ювелирный прибор, способный помочь радиомеханику. Ручная работа в гараже не требует дорогого оборудования.

Такой аппарат вполне способен варить неответственные стыки. Если же от прочности сварки зависит жизнь человека (например, кузовной ремонт), лучше приобрести заводское устройство машинной точечной сварки с пневматическим приводом клещей и настраиваемым контроллером или применить другие виды сварки.

Качество изготовления заводских аппаратов выше, они рассчитаны под конкретные задачи, прочность соединений выше, присутствует техника безопасности. Эти аппараты позволяют варить много, и настроены на работу на производствах.

Все больше промышленных изделий стараются изготовить наиболее простым и дешевым методом. Это касается также ремонта. Аппарат точечной сварки — это крайне необходимый инструмент для мастерских.

Многие умельцы приобретают его, поскольку привыкли работать самостоятельно.

Выбирая устройство, надо правильно определить его назначение. Во многих случаях можно обойтись самодельным простейшим устройством, когда требуется точечная сварка. Цена фирменного оборудования колеблется в пределах 5 — 200 тыс. руб. Чем больше функций у модели, тем она дороже.

Аппараты различаются по способам установки. В производственных условиях используют стационарные устройства. Для поточных линий применяются подвесные модели. Их часто применяют в авторемонтных мастерских. Самым удобным для домашнего мастера является переносной аппарат.

Электропитание точечной сварки производится однофазным или трехфазным переменным током. Целесообразно применять инверторные и конденсаторные аппараты, не создающие значительной нагрузки на электросеть.

Популярными устройствами точечной сварки стали споттеры. Клещи у них отсутствуют. Один вывод источника тока подключается к корпусу детали, а другой — к прикрепляемому элементу. Когда требуется исправить вмятину на автомобиле, к этому месту приваривается гайка или болт с помощью специального пистолета способом прижатия. Затем дефект исправляется посредством вытягивания, после чего элемент снова нагревается и удаляется.

Провода от источника делают как можно короче, а место соединения — максимально близко от участка правки.

К приборам постоянно добавляются новые функции. С их помощью теперь можно не только сваривать, но и создавать локальный нагрев, а также ставить заплаты. Многофункциональность делает их тяжелее, мощнее и дороже.

Самая простая точечная сварка, своими руками произведенная, возможна только с ручным управлением, позволяющим каждый раз настраивать сварочный ток и очень приблизительно контролировать продолжительность работы.

Автоматическая система управления дает возможность выполнять качественную сварку неспециалистам. За счет этого снижаются затраты на работу и уменьшается выход брака.

Качество соединения зависит от величины сжатия деталей. Самым простым является ручной привод, чаще всего используемый при бытовых работах. Это существенно снижает стоимость аппарата.

Механический привод является одним из самых популярных и применяется во многих устройствах сварки.

Пневматика и гидравлика создают значительное давление прижатия с возможностью регулирования. Подобные устройства обычно содержит стационарная машина точечной сварки, применяемая в промышленности.

Переносные устройства широко применяются и порой не уступают стационарным мощным аппаратам. Сварочный аппарат точечной сварки изготавливается в виде ручных клещей и может соединять листы толщиной около 5 мм.

Ручной привод прижатия с помощью рычага дает возможность создавать усилия до 150 кг. Благодаря универсальности устройства и простоте выполнения операции достигается качественная точечная сварка. Цена таких аппаратов вполне приемлема, что дает им определенные преимущества перед дорогими аналогами.

Инверторные устройства завоевали популярность в точечной сварке. Несмотря на высокую стоимость, их хорошо берут, благодаря легкости, многофункциональности, небольшим габаритам и возможности подключения к бытовой сети.

Простейшее устройство для точечной сварки изготавливается своими руками без регулирования силы тока. У сварщика остается возможность управлять процессом только за счет изменения его продолжительности.

1. Силовой трансформатор.
2. Электроды из меди или графита.
3. Выключатель.
4. Рычаг.

Контактная сварка применяется сварщиками, поэтому купить заводской аппарат для ее выполнения несложно.

Модели, в отличие от агрегатов для точечной сварки, отличаются простой конструкцией, несложным управлением и стоят недорого, но многие умельцы все же принимают решение, собрать сварной аппарат конденсаторного типа своими руками. Это позволяет сэкономить деньги, реализовать собственный талант.

Выполнения данного задания требует от мастера следующего:

• найти в интернете нужную схему и подробное описание конструкционных особенностей агрегата;
• уяснить механизм работы устройства;
• подобрать актуальные материалы и приспособления: шпильки приварные, сварные электроды и т.п.

Механизм функционирования аппарата для конденсаторной сварки:

• ток направляется через первичную обмотку питающего трансформатора, выпрямитель, представленный диодным мостом;
• на диагонали моста осуществляется подача управляющего сигнала тиристора с кнопкой запуска;
• в цепи тиристора вставлен конденсатор для накопления сварного импульса, который также нужно подключить к диагонали выпрямителя и первичной обмотке трансформаторной катушки.

Соединение участков металлических конструкций осуществляется при сильном электрическом влиянии, накопленном в двухполюсниках, а сам процесс делится на три категории:

1. Контактная сварка.
   Предполагает плотное прижатие заготовок друг к другу с последующим соприкосновением электродов к данному месту. Энергия, подающаяся на ограниченное пространство настолько велика, что это приводит к быстрому расплавлению и дальнейшему прикреплению кромок деталей.
2. Ударная технология.
   Также предполагает соединение отдельных деталей из металла в единую конструкцию, но электричество подается к месту сваривания в виде кратковременного удара. Такая технология позволяет уменьшить продолжительность сварной операции до 1,5 м/с;
3. Точечная техника.
   При использовании такого вида сварки потребуется два медных контакта, касающиеся объекта с двух граней. В результате изделия скрепляются в точке прикосновения к электроду.

С ее помощью на стенку конструкции приваривается специальная шпилька для конденсаторной сварки, а уже на нее фиксируют прибор. Шпильку помещают напротив основного металла и настраивают оборудование для выполнения операции приварки.

Дуга плавит основание шпильки и соответствующую ему площадь основного металла, после чего изделие вводят в сварную ванну и фиксируют на поверхности до тех пор, пока металлы не остынут. На выполнение такого шва потребуются миллисекунды, но он будет надежен и долговечен.

Конденсаторная точечная сварка своими руками легко выполняется даже малоопытным сварщиком.

Ее основа ‒ электрическая схема с применением конденсаторов:

1. Первичная обмотка проводится через выпрямитель, представленный диодным мостом.
   Затем она подключается к источнику напряжения.
2. Тиристор подает сигнал на мостовую диагональ и управляется кнопкой запуска.
   Конденсатор подключается к сети тиристора, диодному мосту и выводится на первичную обмотку.
3. Зарядить конденсатор можно путем, включения вспомогательной цепи с выпрямителем и трансформатором.

Конденсаторная сварка аккумуляторов своими руками осуществляется в следующей последовательности действий со стороны мастера:

• нажатие пусковой кнопки, запускающей временное реле;
• включение трансформатора при помощи тиристоров, после реле отключается;
• использование резистора с целью определения длительности импульса.

Сварные конденсаторы применяются в промышленном масштабе и в условиях небольших мастерских. В любом варианте нельзя нарушать технологию сварки для аккумуляторов своими руками, иначе сварные швы получаться низкокачественными.

Соблюдение следующих условий позволит получить действительно качественный результат работы:

• обеспечьте подачу кратковременного импульса в течение временного промежутка до 0,1 с, а также последующее накопление энергозаряда от источника питания для нового импульса за максимально краткое время;
• позаботьтесь о хорошем контакте свариваемых деталей путем достаточного давления электрода на детали в момент подачи сварочного импульса;
• разжимание электродов производите с задержкой, дабы расплав остывал под давлением и улучшался режим кристаллизации металла сварного шва;
• диаметр точки, образуемой на металле от контакта с электродом, должен быть крупнее, нежели самая тонкая свариваемая заготовка в 2 раза;
• тщательно очистите поверхность свариваемых заготовок перед сваркой, дабы окисные пленки и ржавчина не спровоцировали существенное сопротивление для тока.

Конденсаторную точечную сварку осуществлять своими руками можно только при условии сборки агрегата с минимум двумя блоками: источником сварного импульса и сварочного блока. Также крайне важно предусмотреть возможность регулировки режима сварки и защиты.

Особенно важно придерживаться правил безопасной работы со сварным аппаратом, которые предполагают следующие пункты:

• для защиты глаз от искр от сварного аппарата надевают специальную маску;
• обезопасить кожу рук от ожога помогут перчатки, а тело – специальный защитный комбинезон;
• на ноги сварщика надевают ботинки с подошвой из плотного материала, не позволяющего повредить пальцы и ступню при работе.

Дефекты и причины их возникновения при точечной сварке

Несмотря на технологичность, точечная сварка требует точных настроек и постоянного контроля за качеством на производстве. Среди дефектов можно выделить:

• Прожог. Он выглядит как отверстие в обеих деталях, сплавленные края легко отрываются.При слишком высокой силе тока, большой длительности импульса или избыточной силе сжатия металл перегревается и стекает. Для снижения риска прожога стоит снизить силу тока или прижима.
• Выплески. При сильном сжатии или долговременном слабом импульсе металл выходит из расплавленного ядра, на его месте образуется пустота. При работе выплески выглядят как искры, вылетающие из точек. До известного предела выплеск не вредит, так как компенсируется сжатием деталей, но точка будет менее надежной — толщина вокруг точки неизбежно уменьшается.
• Непровар. Слабый импульс, недостаточная сила сжатия, ослабление клещей при сваривании приводят к непрогреву ядра. Такая точка будет «склеена», но при нагрузке оторвется. Непровар может возникнуть, если сварные точки расположены рядом — соседняя точка выступает шунтом, через который проходит часть электрической энергии. Соответственно, она не будет затрачена на расплав металла.
• Уменьшение диаметра сварки. Если импульс будет коротким или детали не будут прилегать плотно, образуется недостаточная площадь расплава. В этом случае в одной точке может быть один или несколько микрорасплавов, которые в сумме значительно слабее монолитной точки.

Трещины и разрушение основного металла. Возникают в случае отсутствия сжатия, близости точки к краю нахлесточной полосы, грязном металле. Визуально при помощи увеличительного стекла этот дефект обнаружить легко.

Диагностика точечной сварки довольно сложная процедура. Привычные ультразвуковые методы исследования не дают точной картины, поэтому на производствах с автоматизацией проводят тесты с разрушением контрольных образцов.

Выявленные дефекты исправляются следующими методами:

• повторным провариванием точкой;
• высверливание и последующая сварка полуавтоматом;
• наружные выплески поддаются зачистке;
• проковка горячей точки;
• установка сварной или вытяжной заклепки.

Обозначения точечной сварки на чертежах по ГОСТ

Порядок в производстве обеспечивается правильной технической документацией. Точечная сварка имеет свое обозначение на чертеже, которое дополняется специальным буквенным кодом. На лицевой плоскости обозначаются контуры свариваемой области, и крестами места точек. На боковом разрезе точка сварки выглядит как состыкованные заштрихованные плоскости.

Обозначение сварных точек производится на чертежах по ГОСТ 15878-79. Там же оговорены все условные обозначения и дополнительные данные.

Особенности работы самодельного агрегата

Какой бы сложной ни была машина точечной сварки, трансформатор всегда является ее главной частью. Он должен быть мощностью не менее 1 кВт. Чем она выше, тем лучше. На выходе получается напряжение около 2 В. Ток достигает 800 А, и им можно сваривать листы толщиной до 1,5 мм.

Корпус самодельного аппарата делают из фанеры, а движущиеся детали (рычаги) — из деревянных брусков. После сборки трансформатор крепится к основанию саморезами и присоединяется к заземлению. На торцах рычагов устанавливаются контактные электроды, и к ним подключаются провода вторичной обмотки. Верхний рычаг подпружинивают, чтобы он в исходном состоянии был приподнят.

Детали размещают между электродами. При действии на верхний рычаг электроды сходятся и прижимают листы друг к другу. При нажатии на выключатель в течение 3-4 секунд через листы проходит сварочный ток. После его отключения надо подождать, чтобы шов остыл.

Если требуется более мощная точечная сварка, применяется 2 аналогичных трансформатора с соединенными обмотками. Для увеличения выходного напряжения провод большой толщины соединяют последовательно через вторичные обмотки с одинаковым количеством витков. Чтобы не ошибиться и не включить их в противофазе, можно экспериментально пропустить через трансформаторы тонкий провод, а затем замерить напряжение на выходе.

Когда требуется мощный аппарат точечной сварки, своими руками его делают из обычного сварочного трансформатора, добавив к нему еще одну обмотку с необходимым количеством витков. Важно, чтобы он подходил по мощности к электрической сети. Длину провода и количество соединений следует делать минимальными, поскольку на них теряется мощность и выделяется тепло.

В качестве электродов применяются медные стержни. Для этого можно использовать жало паяльника. Преимуществом меди является то, что она не сваривается со стальными деталями и меньше нагревается. Необходимо также учитывать, что через электроды создается сжатие свариваемых деталей между собой. Со временем они теряют форму и изнашиваются, и их нужно менять. Наконечники и провод нужно спаять, поскольку место контакта со временем окисляется.

Органами управления в аппарате являются рычаг и выключатель первичной цепи. Мощность прижатия возрастает с увеличением толщины листов. Поэтому рычаг должен соответствовать требованиям технологии сварки. Выключатель устанавливается в первичной цепи. Если у нее большая мощность, можно применять магнитные пускатели.

Если первичную обмотку аппарата подключать через лабораторный автотрансформатор (ЛАТР) мощностью 2-3 кВт, сварочное напряжение можно регулировать. Можно сделать вторичную обмотку непосредственно на нем. В результате получится сварочный аппарат с регулированием тока. Слабым местом ЛАТРа является двигатель с колесиком, которое по мере износа начинает замыкать несколько витков, и обмотка начинает гореть. Более надежным является автотрансформатор со ступенчатым переключением обмоток.