Электроды, предназначенные для контактной сварки, производятся из металлических прутков, диаметр которых находится в промежутке от 12 до 40 мм. У них рабочая поверхность бывает либо плоской, либо в форме сферы. Чтобы соединить между собой заготовки в довольно сложную конструкцию, пользуются электродами, которые обладают смещенной поверхностью – так называемые сапожковые изделия. Подобная продукция закрепляется при помощи специального хвостовика, имеющего конус 1:10 либо 1:5.
Также в продаже можно встретить электроды, имеющие цилиндрическую поверхность, благодаря которой они будут закрепляться для работы в особых конструкциях с конусной резьбой. Кроме них, выпускается продукция со сменной рабочей частью – ее устанавливают на конус с помощью стандартной накидной гайки или попросту припрессовывают.
Электроды для контактной сварки рельефного типа по своей форме будут напрямую зависеть от способа соединения и конечной формы продукции. В большинстве случаев величина рабочей поверхности у данного электрода особой роли не играет. Это связано с тем, что площадь контакта и выбранный сварочный ток напрямую зависит от того, какую форму будут иметь заготовки в точках соприкосновения.
Существуют также электроды для соединения элементов, обладающих весьма сложным рельефом. Шовное оборудование использует продукцию, представляющую собой диск, имеющий плоскую рабочую поверхность. При этом данные изделия могут обладать даже несимметричными скосами. Такие диски закрепляются на оборудовании за счет шпонирования или прессовки.
Внутри самих электродов имеются определенные полости, по которым будет циркулировать охлаждающая жидкость в процессе проведения сварных работ. Электроды для контактной сварки точечного типа бывают сплошными, поэтому в данном случае используют так называемое охлаждение наружного типа.
Чтобы материал электрода расходовался по минимуму, ролик делается сменным. Сам электрод производится из специального сплава, сделанного на основе такого металла, как медь. В результате получается продукция, практически не обладающая сопротивлением электрическому току, превосходно проводящая тепло, устойчивая к воздействию даже довольно высоких температур. Кроме того, в горячем виде данный электрод будет сохранять свою первоначальную твердость, взаимодействие с металлом заготовки будет минимальным.
Разновидности оборудования для контактной сварки
Главной особенностью данной технологии является соединение заготовок по всей площади. Оптимальный нагрев производится за счет оплавления с помощью сварочной установки. Однако, в некоторых случаях прибегают к нагреву за счет сопротивления детали прохождению электрического тока.
Контактная точечная сварка может происходить как с расплавлением металла, так и без данной технологической особенности процесса. Контактной сваркой можно соединять металлические элементы, сечение которых находится в пределах от 1 до 19 мм, причем в большинстве случаев пользуются сваркой сопротивлением, так как расход электродного материала будет значительно ниже, а итоговое соединение получается значительно более прочным. Используется данная сварка при выполнении довольно точных работ, например, в процессе производства рельсов для создания железнодорожного полотна.
Особенности точечной контактной сварки
Подобная технология прекрасно подходит для того, чтобы соединить между собой металлические элементы, причем присоединение осуществляется как в одной, так и в нескольких точках данных заготовок. Она пользуется огромной популярностью не только в промышленности (в частности, ее часто применяют в сельском хозяйстве, при строительстве самолетов, автомобильного транспорта и так далее), но и в бытовых условиях.
Принцип действия данного метода довольно простой: электрический ток при прохождении через детали, находящиеся в непосредственном контакте друг с другом, очень сильно разогревает их кромки. Нагрев получается настолько сильным, что металл начинает быстро плавиться, сразу заготовки быстро сдавливают со значительным усилием. В результате этого и осуществляется формирование сварного соединения.
Оборудование, разработанное для использования такой технологии, предназначено для соединения между собой листов, прутьев и других металлических изделий. Ключевыми преимуществами данного метода являются следующие:
- Отсутствие сварного соединения в традиционном его понимании;
- Нет необходимости использовать присадочный материал, газовую среду или же флюс;
- Оборудование очень легко в использовании;
- Скорость выполнения работ довольно высокая.
Главным и единственным недостатком подобного способа является то, что шов получается абсолютно не герметичным.
Из чего делают электроды для контактных сварных работ?
Материал, из которого будут производиться электроды, выбирается в зависимости от того, какие требования будут предъявляться к условиям работы продукции. Стоит отметить, что электроды должны прекрасно выдерживать сжатие, температурные перепады, воздействие высоких температур, напряжения, которые будут образовываться внутри самого электрода, находящегося под серьезной нагрузкой.
Чтобы изделия получились максимально качественными, следует, чтобы электрод сохранял первоначальную форму своей рабочей поверхности, которая будет находиться в непосредственном контакте с соединяемыми деталями. Подплавление данного расходного материала ускоряет его изнашивание.
Обычно в качестве основного элемента берется медь, в нее добавляют другие элементы – магний, кадмий, серебро, бор и так далее. В результате получается материал, превосходно сопротивляющийся даже очень серьезным физическим нагрузкам. Электроды с вольфрамовым или молибденовым покрытием практически не изнашиваются в процессе эксплуатации, поэтому они в последнее время приобрели наибольшую популярность. Однако их нельзя использовать для сварки продукции из алюминия и других материалов, обладающих мягкой структурой.
Электроды для контактной сварки предназначены для подвода тока к элементам, их сжатия и отвода выделяющегося тепла. Эта деталь является одной из самых важных в оборудовании, так как от ее формы зависит возможность обработки узла. Устойчивость же электрода определяет уровень качества сварки и длительность беспрерывной работы. Электроды бывают фигурными и прямыми. Производство элементов прямого типа регламентировано в стандарте ГОСТ 14111–77 .
Фигурные детали характеризуются тем, что их ось смещена относительно конуса (посадочной поверхности). Они используются для сварки узлов и элементов непростой формы, до которых трудно добраться.
Особенности конструкции
Электроды, предназначенные для контактной сварки, включают в свой состав цилиндрическую часть, рабочую и посадочную части. Во внутренней полости элемента находится специальный канал, который предназначен для подачи воды, охлаждающей электродержатель.
Рабочая часть обладает сферической или плоской поверхностью. Ее диметр подбирается в соответствии с толщиной обрабатываемых изделий и используемого материала. Прочность же электрода обеспечивается средней частью.
Часть посадочная должна иметь конусную форму, чтобы деталь надежно фиксировалась в электродержателе. Ее обработка должна происходить с чистотой не менее 7 класса.
На пользовательские свойства детали влияет расстояние от самого дна охлаждающего канала до рабочего края: срок службы, устойчивость и т. д. Если это расстояние будет небольшим, то охлаждение элемента будет происходить гораздо эффективнее, однако он при этом сможет выдержать гораздо меньшее количество переточек.
Вставки на основе молибдена и вольфрама помещаются внутрь медных деталей. Изделия, сделанные таким способом, используются для сварки анодированной или оцинкованной стали.
Материалы производства
Устойчивость электродов представляет собой способность элементов не терять свою форму и размеры, а также противостоять переносу материала свариваемых элементов и электродов. Данный показатель определяется материалом и конструкцией сварочного электрода, а также условиями и режимом работы. Износ деталей находится в зависимости от особенностей рабочего инструмента (угол рабочей поверхности, диаметр, материал и т. д.). Оплавление, чрезмерный нагрев, окисление во время эксплуатации электрода в коррозионной и/или влажной среде, смещение или перекос, деформация при сжатии и прочие факторы значительно повышают износ рабочих элементов.
Материал инструмента должен подбираться в соответствии со следующими правилами:
- Его уровень электропроводности должен быть сравним с чистой медью;
- Эффективная теплопроводность;
- Высокая степень механической стойкости;
- Простота обработки резанием или высоким давлением;
- Устойчивость к циклическим нагревам.
В сравнении со стопроцентной медью ее сплавы обладают большей устойчивостью к нагрузкам механического плана, потому для таких изделий используются именно медные сплавы. Легирование изделия цинком, бериллием, хромом, магнием, цирконием не уменьшает показатели электропроводности, но существенно увеличивает прочность, а кремний, железо и никель увеличивают его твердость.
Выбор
В процессе выбора подходящих электродов для точечной сварки следует обратить особое внимание на размеры и форму рабочего элемента изделия. Также следует учитывать характеристики обрабатываемого материала, его толщину, форму сварочных узлов и режим сварки.
У инструмента для контактной сварки бывают разные рабочие поверхности:
- Плоская;
- Сферическая.
Изделия, имеющие сферическую рабочую поверхность, не особо чувствительны к скосам, потому они нередко используются на подвесных и радиальных установках, а также для фигурных электродов с прогибом. Изготовители из РФ советуют для обработки легких сплавов именно эту разновидность электродов, так как они позволяют предотвратить появление подрезов и вмятин при точечной сварке. Однако предотвратить эту проблему можно и в том случае, если пользоваться плоскими электродами, торец которых увеличен. А электроды, оснащенные шарнирами, могут даже заменить электроды сферического типа, но они рекомендованы для сварки металлических листов, толщина которых не превышает полутора миллиметров.
Габариты рабочего элемента инструмента подбираются в соответствии с типом и толщиной обрабатываемых материалов. Результаты исследования, которое было проведено экспертами французской компании «ARO» показали, что рассчитать необходимый диаметр можно, воспользовавшись следующей формулой:
dэл = 3 мм + 2t, где «t» - толщина листов, которые подлежат сварке.
Сложнее подсчитать необходимый диаметр инструмента при неодинаковой толщине листов, сварке материалов разного типа и сварке целого «пакета» элементов. Понятно, что для работы с деталями разной толщины, диаметр изделия нужно подбирать относительно самого тонкого металлического листа.
При сварке комплекта элементов диаметр следует подбирать, руководствуясь толщиной внешних элементов. Для сварки материалов различного типа наименьшее проплавление имеет металлический сплав с минимальным удельным электросопротивлением. В таком случае следует применять приспособление, сделанное из материала повышенной теплопроводности.
Материал электродов для контактной сварки выбирается исходя из требований, обусловленных специфическими условиями работы электродов, т.е. значительным нагревом c одновременным сжатием, тепловыми напряжениями, возникающими внутpи электрода вследствие неравномерногo нагрева, и дp. Стабильность качества зависит oт сохранения формы рaбочей поверхности электрода, контактирующей сo свариваемой деталью. Обычнo стойкость электродов oценивают по количеству точек, сваренных пpи интенсивном режиме, пpи котором диаметр торца электрода увeличивается до размеров, требующих заточки (около 20%).
Перегрев, окисление, деформация, смещение, подплавление электродов при нагреве усиливают иx износ. Чистая медь является тепло- и электропроводной, но не жаропрочной. Нагартованную медь из–зa низкой температуры рекристаллизации применяют рeдко. Чаще используются сплавы меди c добавлением легирующих элементов. Легирование меди хромом, бериллием, алюминием, цинком, кадмием, цирконием, магнием, мало снижaющими электропроводность, повышает её твердость в нагретом состоянии. Никель, железо, и кремний вводятся в медь для упрочнения электродов. Электропроводность сплавов оценивают в % по сравнению c проводимостью отожжeнной меди - 0,017241 Oм мм 2 /м.
Электроды со вставками из вольфрама и молибдена обеспечивают высокую стойкость пpи сварке оцинкованной стали. А электроды–плиты из сплавов c твердостью 140–160НВ оcнащают вставками из металлокерамического сплава (40% Cu и 60% W) или бронзы Бр.НБТ (смотрите таблицу).
Таблица. Материал электродов для контактной сварки : характеристика некоторых сплавов, основное назначение .
Материал для электродов контактной сварки, марка |
Минимальная твердость НВ |
Содержание легирующих элементов, % массы | Тр, °С |
Основное назначение |
|
| 99 Сu | 150– 300 |
Электроды и ролики для сваpки алюминиевых сплавов |
|||
| 1,0 Ag | 250– 300 | ||||
|
Бронза Бр.ХЦрА 0,3–0,09 |
0,03–0,08 Zr; 0,4–1,0 Cr; | 340– 350 |
Электроды и ролики для сваpки алюминиевых и медных сплавов |
||
|
Бронза Бр.К1 (МК) |
0,9–1,2 Сd | 250– 300 | |||
|
Бронза Бр.Х |
0,4–1,0 Cr | 350– 450 |
Электроды и ролики для сваpки углеродистых, низколегированных стaлей и |
||
|
Бронза Бр.ХЦр 0,6–0,05 |
0,03–0,08 Zr; 0,4–1,0 Cr; | 480– 500 | |||
|
Бронза Бр.НТБ |
1,4–1,6 Ni; 0,05–0,15 Тi; 0,2–0,4 Ве; | 500– 550 |
Электроды, ролики для сварки углеродистых, нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов |
||
|
Бронза Бр.КН1–4 |
3–4 Ni; 0,6–1 Si; | 420– 450 |
Губки для сварки углеродистых, нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов |
||
|
Кадмиевая бронза Бp.Кд1 (МК) |
0,9–1,2 Cd | - |
Электроды, ролики для сварки лeгких и медных сплавов |
||
|
Хромо–циркониевая бронза Бp.ХЦp 0,3–0,9 |
0,07–0,15 Zr; 0,15–0,35 Cr; | - | |||
|
Хромовая бронза Бр.X для , никеля, титана и их сплавов |
0,3–0,6 Zn; 0,4–1,0 Cr; | - |
Электроды и ролики |
||
|
Хромо–циркониевая бронза Бp.ХЦр 0,6–0,05 |
0,03–0,08 Zr; 0,4–1,0 Cr; | - | |||
|
Никeлево–хромо–кобальтовая бронза Бp.НКХКо |
≤ 0,5 Ni; ≤ 5,0 Со; ≤ 1,5 Cr; ≤ 2,0 Si | - | |||
|
Никелево–бериллиевая бронза Бp.НБТ |
1,4–1,6 Ni; 0,05–0,15 Тi; 0,2–0,4 Be; | - |
Электроды, губки, ролики для сварки химически активных, тугоплавких металлов и сплавов |
||
|
Хромовая бронза Бp.Х08 |
0,4–0,7 Сr | - |
Контактные губки |
||
|
Кpемне–никелевая бронза Бp.КН1–4 |
3–4 Ni; 0,6–1,0 Si; | - | |||
|
Кремне–никелевая бронза Бp.НК1,5–0,5 |
1,2–2,3 Ni; 0,15–0,5 Ti; 0,3–0,8 Si; | - | |||
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:
- Кнорозов Б.В., Усова Л.Ф., Третьяков А.В. Технология металлов и материаловедение. - М., Металлургия, 1987.
- Справочник машиностроителя. Т. 5, кн. 1. Под ред. Сатель Э.А. - М., Машгиз, 1963.
Конструкция электродов должна иметь форму и размеры, обеспечивающие доступ рабочей части электрода к месту сварки деталей, быть приспособленной для удобной и надежной установки на машине и иметь высокую стойкость рабочей поверхности.
Наиболее простыми для изготовления и эксплуатации являются прямые электроды, выполняемые в соответствии с ГОСТом 14111-69 из различных медных электродных сплавов, в зависимости от марки металла свариваемых деталей.
Иногда, например при сварке разноименных металлов или деталей с большой разницей в толщине, для получения качественных соединений электроды должны иметь достаточно низкую электротеплопроводность (30…40% от меди). Если из такого металла изготавливать весь электрод, то он будет интенсивно нагреваться от сварочного тока за счет своего высокого электросопротивления. В таких случаях основание электрода выполняют из медного сплава, а рабочую часть из металла со свойствами, необходимыми для нормального формирования соединений. Рабочая часть 3 может быть сменной (рис. 1, а) и закрепляться с помощью гайки 2 на основании 1. Использование электродов такой конструкции удобно, так как позволяет при изменении толщины и марки металла свариваемых деталей устанавливать нужную рабочую часть. Недостатками электрода со сменной частью являются возможность применения его только при сварке деталей с хорошими подходами и недостаточно интенсивное охлаждение. Поэтому подобные электроды не следует использовать на тяжелых режимах сварки с большим темпом.
Рис. 1 . Электроды с рабочей частью из другого металла
Рабочую часть электродов выполняют также в виде припаянного (рис. 1, б) или запрессованного наконечника (рис. 1, в). Наконечники изготавливают из вольфрама, молибдена или их композиций с медью. При запрессовке наконечника из вольфрама необходима шлифовка его цилиндрической поверхности с целью надежного контакта с основанием электрода. При сварке деталей из нержавеющих сталей толщиной 0,8…1,5 мм диаметр вольфрамовой вставки 3 (рис. 1, в) составляет 4…7 мм, глубина запрессованной части 10…12 мм, а выступающей части 1,5…2 мм. При большей длине выступающей части наблюдаются перегрев и снижение стойкости электрода. Рабочая поверхность вставки может быть плоской или сферической.
Особое внимание при конструировании электродов должно уделяться форме и размерам посадочной части. Наиболее распространена конусная посадочная часть, длина которой должна составлять не менее . Электроды с укороченным конусом следует применять только при сварке с использованием малых усилий и токов. Кроме конусной посадки иногда применяется крепление электродов на резьбе с помощью накидной гайки. Такое соединение электродов может быть рекомендовано в. многоточечных машинах, когда важно иметь одинаковое исходное расстояние между электродами, или в клещах. При использовании фигурных электрододержателей применяются также электроды с цилиндрической посадочной частью (см. рис. 8, г).
При точечной сварке деталей сложного контура и плохими подходами к месту соединения используют самые разнообразные фигурные электроды, которые имеют более сложную конструкцию чем прямые, менее удобны в эксплуатации и, как правило, обладают пониженной стойкостью. Поэтому фигурные электроды целесообразно применять тогда, когда без них сварка вообще неосуществима. Размеры и форма фигурных электродов зависят от размеров и конфигурации деталей, а также конструкции электрододержателей и консолей сварочной машины (рис. 2).
Рис. 2. Различные типы фигурных электродов
Фигурные электроды при работе обычно испытывают значительный изгибающий момент от внеосевого приложения усилия, который необходимо учитывать при выборе или конструировании электродов. Изгибающий момент и обычно малое сечение консольной части создают значительные упругие деформации. В связи с этим неизбежно взаимное смещение рабочих поверхностей электродов, особенно, если один электрод прямой, а другой фигурный. Поэтому у фигурных электродов предпочтительной является сферическая форма рабочей поверхности. В случае фигурных электродов, испытывающих большие изгибающие моменты, возможна деформация конусной посадочной части и гнезда электрододержателя. Предельно допустимые изгибающие моменты для фигурных электродов из бронзы Бр.НБТ и электрододержателей из термообработанной бронзы Бр.Х составляют по опытным данным для конусов электродов диаметром 16, 20, 25 мм соответственно 750, 1500 и 3200 кг × см. Если конусная часть фигурного электрода испытывает момент больше допустимого, то следует увеличить максимальный диаметр конуса.
При конструировании сложных пространственных фигурных электродов рекомендуется предварительное изготовление их модели из пластилина, дерева или легко обрабатываемого металла. Это позволяет установить наиболее рациональные размеры и форму фигурного электрода и избежать переделок при его изготовлении сразу из металла.
На рис. 3 приведены некоторые примеры сварки узлов в местах с ограниченным доступом. Сварку профиля с обечайкой выполняют нижним электродом со смещенной рабочей поверхностью (рис. 3, а).
Рис. 3. Примеры применения фигурных электродов
Пример использования верхнего электрода с косой заточкой и нижнего, фигурного, показан на рис. 3, б. Угол отклонения электрододержателя от вертикальной оси не должен быть более 30°, в противном случае конусное отверстие электрододержателя деформируется. Если нельзя установить верхний электрод с наклоном, то он также может быть фигурным. Фигурный электрод изгибают в двух, плоскостях для достижения труднодоступного места сварки (рис. 3, в-д). Если на машине отсутствует или ограничено горизонтальное перемещение консолей для сварки деталей, показанных на рис. 3, е применяют два фигурных электрода с одинаковыми вылетами.
Иногда фигурные электроды воспринимают очень большие изгибающие моменты. Во избежание деформации конусной посадочной части фигурный электрод дополнительно закрепляют за наружную поверхность электрододержателя с помощью хомутика и винта (рис. 4, а). Прочность фигурных электродов с большим вылетом значительно увеличивается, если выполнять их составными (армированными). Для этого основная часть электрода делается из стали, а токоведущая из медного сплава (рис. 4, б). Соединение токоведущих частей между собой может быть выполнено с помощью пайки, а со стальной консолью - на винтах. Возможен вариант конструкции, когда фигурный электрод из медного сплава подкрепляют (армируют) стальными элементами (планками), которые не должны образовывать вокруг электрода замкнутого кольца, так как в нем будут индуктироваться токи, увеличивающие нагрев электрода. Крепление фигурных электродов, испытывающих большие моменты, целесообразно выполнять в виде удлиненной цилиндрической части, для установки в машине вместо электрододержателя (см. рис. 4, б).
Рис. 4. Электроды, воспринимающие большой изгибающий момент:
а - с подкреплением за наружную поверхность электрододержателя;
б - армированный электрод: 1 - стальная консоль; 2 - электрод; 3 - токоподвод
В большинстве случаев при точечной сварке используется внутреннее охлаждение электродов. Однако, если сварка выполняется электродами малого сечения или с большим нагревом, а свариваемый материал не подвержен коррозии, в клещах применяют наружное охлаждение. Подвод охлаждающей воды осуществляется либо специальными трубками, либо через отверстия в рабочей части самого электрода. Большие трудности возникают при охлаждении фигурных электродов, так как подвести воду непосредственно к рабочей части не всегда возможно из-за малого сечения консольной части электрода. Иногда охлаждение выполняют с помощью тонких медных трубок, припаиваемых к боковым поверхностям консольной части фигурного электрода достаточно большого размера. Учитывая, что фигурные электроды всегда охлаждаются хуже прямых электродов, часто приходится существенно снижать темп сварки, не допуская перегрева рабочей части фигурного электрода и снижения стойкости.
При использовании для сварки в труднодоступных местах клещей, а также необходимости частой замены электродов применяют крепление электродов, показанное на рис. 5. Такое крепление обеспечивает хороший электрический контакт, удобное регулирование вылета электродов, хорошую устойчивость против боковых смещений, быстрый и простой съем электродов. Однако из-за отсутствия внутреннего охлаждения в таких электродах их применяют при сварке на малых токах (до 5…6 кА) и с малым темпом.
Рис. 5. Способы крепления электродов
Для удобства работы используют электроды, имеющие несколько рабочих частей. Эти электроды могут быть переставными или поворотными (рис. 6) и значительно упрощают и ускоряют установку электродов (совмещение рабочих поверхностей).
Рис. 6. Многопозиционные переставной (а) и поверхностный (б) электроды:
1 - электрододержатель; 2 - электрод
Электроды устанавливаются в электрододержателях, которые закрепляются на консольных частях сварочной машины, передающих усилие сжатия и ток. В табл. для справок приведены размеры прямых электрододержателей основных типов точечных сварочных машин. Электрододержатели должны изготавливаться из достаточно прочных медных сплавов с относительно высокой электропроводностью. Чаще всего электрододержатели выполняют из бронзы Бр.Х, которая должна быть термически обработана для получения необходимой твердости (НВ не менее 110). В случае сварки сталей, когда применяются небольшие токи (5…10 кА), электрододержатели целесообразно выполнять из бронзы Бр.НБТ или кремненикелевой бронзы. Эти металлы обеспечивают длительное сохранение размеров конусного посадочного отверстия электрододержателя.
Таблица. Размеры электрододержателей точечных машин в мм
|
Размеры электрододержателя |
МТПТ-600 |
МТПТ-400, МТК-75 |
МТП-300, МТП-400 |
МТК 6301, МТП-200/1200 |
МТПУ-300, МТП-150/1200 МТП-200, МТП-150, МТ 2507 |
МТ 1607, МТП-75 МТП-100, МТПР-75 (50 , 25) МТПК-25, МТ 1206 |
|
Наружный диаметр |
||||||
|
Диаметр конуса для электрода |
||||||
|
Конусность |
1: 10 |
1:10 |
1:10 |
Наибольшее распространение имеют прямые электрододержатели (рис. 7). Внутри полости электрододержателя проходит трубка для подвода воды, сечение которой должно быть достаточно для интенсивного охлаждения электрода. При толщине стенки трубки 0,5…0,8 мм ее наружный диаметр должен составлять 0,7…0,75 от диаметра отверстия электрода . В случае частой смены электродов целесообразно использовать электрододержатели с выталкивателями (рис. 7, б). Выталкивание электрода из посадочного гнезда производится при ударе деревянным молотком по бойку 5, который соединен с трубкой из нержавеющей стали - выталкивателем 1. Возврат выталкивателя и бойка в исходное нижнее положение выполняется пружиной 2. Важно, чтобы торец выталкивателя, ударяющий по торцу электрода, не имел повреждений на своей поверхности, в противном случае посадочная часть электрода будет быстро выходить из строя, заклиниваясь при его удалении из электрододержателя. Удобным для эксплуатации является выполнение конца электрододержателя 1 в виде сменной резьбовой втулки 2, в которой установлен электрод 3 (рис. 7, в). Такая конструкция позволяет изготавливать втулку 2 из более стойкого металла и заменять ее при износе и установке электрода другого диаметра, а также легко удалять электрод при заклинивании путем выбивания его стальной выколоткой изнутри втулки.
Рис. 7. Прямые электрододержатели:
а – нормальный;
б – с выталкивателем;
в – со сменной втулкой
Если фигурные электроды чаще применяются при сварке деталей, имеющих малые размеры соединяемых элементов, то при больших их размерах целесообразно использование специальных фигурных электрододержателей и простых электродов, Фигурные электрододержатели могут быть составными и обеспечивать установку электродов под различным, углом к вертикальной оси (рис. 8, а). Достоинством такого электрододержателя является легкая регулировка вылета электрода. В ряде случаев фигурный электрод может быть заменен электрододержателей, показанным на рис. 8, б. Интерес также представляет электрододержатель, наклон которого можно легко регулировать (рис. 8, в). Конструкция, изогнутого под углом 90° электрододержателя приведена на рис. 30, г, она позволяет закрепить электроды с цилиндрической посадочной частью. Специальный винтовой зажим обеспечивает быстрое закрепление и снятие электродов. На рис. 9 представлены различные примеры точечной сварки с использованием фигурных электрододержателей.
Рис. 8. Специальные электрододержатели
Рис. 9. Примеры применения различных электрододержателей
При точечной сварке крупногабаритных узлов типа панелей целесообразно использовать четырехэлектродную поворотную головку (рис. 10). Применение таких головок позволяет в четыре раза увеличить время работы электродов до очередной зачистки, не удаляя свариваемую панель из рабочего пространства машины. Для этого после загрязнения каждой пары электродов электрододержатель 1 поворачивается на 90° и закрепляется стопором 4. Поворотная головка позволяет также устанавливать электроды с различной формой рабочей поверхности для сварки узла с изменяющейся, например, ступенчато толщиной деталей, а также обеспечить механизацию зачистки электродов специальными устройствами. Поворотная головка может использоваться при точечной сварке деталей с большой разницей в толщине и устанавливается со стороны тонкой детали. Известно, что при этом рабочая поверхность электрода, контактирующего с тонкой деталью, быстро изнашивается и заменяется приповороте головки на новую. В качестве электрода со стороны толстой детали удобно использовать ролик.
Рис. 10. Поворотная электродная головка:
1 – поворотный электрододержатель; 2 – корпус; 3 – электрод; 4 – стопор
При точечной сварке оси электродов должны быть перпендикулярны поверхностям свариваемых деталей. Для этого сварку деталей, имеющих уклоны (плавно изменяющуюся толщину), или изготовляемых с помощью подвесных машин, при наличии крупногабаритных узлов выполняют с использованием самоустанавливающегося поворотного электрода со сферической опорой (рис. 11, а). Во избежание течи воды электрод имеет уплотнение в виде резинового кольца.
Рис. 11. Самоустанавливающиеся электроды и головки:
а - поворотный электрод с плоской рабочей поверхностью;
б - головка для двухточечной сварки: 1 - корпус; 2 - ось;
в - пластинчатый электрод для сварки сетки: 1, 7 - консоли машины; 2-вилка; 3 - гибкие шины; 4-качающийся электрод; 5 - свариваемая сетка; 6 - нижний электрод
На обычных точечных машинах сварка стальных деталей относительно небольшой толщины может выполняться сразу двумя точками с применением двухэлектродной головки (рис. 11, б). Равномерное распределение усилий на оба электрода достигается за счет поворота корпуса 1 относительно оси 2 под действием усилия сжатия машины.
Для сварки сетки из стальной проволоки диаметром 3…5 мм могут быть применены пластинчатые электроды (рис. 11, в). Верхний электрод 4 качается на оси для равномерного распределения усилий между соединениями. Подвод тока в целях его равномерности производится гибкими шинами 3; вилка 2 и ось качания изолированы от электрода. При длине электродов до 150 мм они могут выполняться некачающимися.
Рис. 12. Раздвижные клиновые электроды-вставки
При сварке панелей, состоящих из двух обшивок и ребер жесткости, внутри должна находиться электропроводная вставка, воспринимающая усилие электродов машины. Конструкция вставки должна обеспечивать ее плотное прилегание к внутренней поверхности свариваемых деталей без зазора, во избежание глубоких вмятин на внешних поверхностях деталей и возможных прожогов. Для этой цели может быть использована раздвижная вставка, показанная на рис. 12. Движение клина 2 относительно неподвижного клина 4, обеспечивающее их поджатие к свариваемым деталям 3, синхронизировано с работой машины. Когда электроды 1 и 5 сжаты и происходит сварка, воздух из пневмосистемы привода машины поступает в правую полость цилиндра 8, закрепленного на передней стенке машины и через тягу 7 перемещает клин 2, увеличивая расстояние между рабочими поверхностями клиньев. При поднятии электрода 1 воздух выходит из правой и начинает поступать в левую полость цилиндра 8, уменьшая расстояние между поверхностями клиньев, что позволяет перемещать свариваемую панель относительно электродов машины. Охлаждение клиновой вставки производится воздухом, который поступает по трубке 6. Использование такой вставки позволяет сваривать детали с внутренним расстоянием между ними до 10 мм.