Электроды для точечной сварки изготавливают из

Главная страница » Сварочные работы » Электроды для контактной точечной сварки

Наиболее распространенными электродами для контактного точечного сваривания являются прямые электроды. Электроды для контактной точечной сварки изготавливаются из круглых прутков с диаметром 12-40мм. Рабочая часть электродов может быть плоской или полусферической. Для сваривания деталей со сложной конструкцией применяются электроды сапожковые – со смещенной рабочей частью.

Электроды для точечной сварки изготавливают из

Некоторые особенности электродов

  • Электрод крепится в основном при помощи конусного (1 к 10 или 1 к 5) хвостовика. Иногда для крепления применяется цилиндрические поверхности. В таком варианте они зажимаются специальным креплением или конусными резьбовыми соединениями. Сменные рабочие элементов электродов могут крепиться при помощи конуса, припаиваться, запрессовываться или накидной гайкой.
  • Электроды для точечной сварки изготавливают изИногда для изготовления электродов применяется наиболее электропроводный материал – электролитическая нагартованная медь М1. Такие электроды обладают низкой стойкостью вследствие небольшой температуры (200 градусов) рекристаллизации. Медь обычно легируется хромом, бериллием, кобальтом, кадмием и другими элементами. Повышение жаропрочности материала осуществляется при помощи дисперсионного твердения и блокировки границ тугоплавкой фазой. В процессе изготовления сплавы подвергаются холодной деформации, термомеханической или термической обработке, чем увеличивается их механическая прочность и жаропрочность.
  • Электроды для точечной сварки изготавливают изДля сваривания различных узлов и деталей на практике могут применятся разнообразные электроды и держатели электродов. Для получения стабильного качества сварных точечных соединений лучше применять фигурные держатели электродов, чем фигурные электроды. Применение фигурных держателей электродов оправдано большим сроком их службы, а также обеспечением лучших условий по охлаждению электродов, чем повышается их стойкость.
  • Оси электродов при точечной сварке должны находиться в строго перпендикулярном положении к поверхности свариваемых изделий и поэтому детали с уклонами (плавно меняющейся толщиной), лучше сваривать с применением самоустанавливающихся поворотных электродов с опорой в форме сферы.

  • При точечной сварке изделий со значительным соотношением толщин, со стороны тонкого изделия иногда применяют электроды с рабочей частью из такого металла, который обладает низкой электропроводностью и теплопроводностью (молибден, вольфрам и т.п.). Такие электроды состоят из медного корпуса и припаянной в корпусе вставки. Вставка (рабочая часть электрода) выполняется иногда сменной. Это позволяет производить быструю замену вставки при ее износе, а также при необходимости установить вставку с другой конфигурацией рабочей поверхности.

Электроды для точечной сварки изготавливают из

Электроды для точечной сварки изготавливают изТочечная сварка, благодаря появлению компактных ручных аппаратов типа BlueWeldPlus, становится популярной не только при промышленных масштабах применения, но и в быту. Слабым местом такой технологии являются электроды для контактной сварки: их низкая стойкость во многих случаях отпугивает потребителя.

Причины недолговечности электродов контактной электросварки

Процесс контактной сварки состоит из следующих стадий:

  1. Предварительной подготовки поверхности соединяемых деталей – она должна быть непросто очищена от загрязнений и окислов, но и очень ровной, чтобы исключить неравномерность возникающего напряжения электрического поля.
  2. Ручного или механического прижима свариваемых изделий – с увеличением усилия прижима растут интенсивность диффузии и механическая прочность сварного шва.
  3. Локального расплавления металлов в зоне прижима теплом электрического тока, в результате чего формируется сварочное соединение. Прижим электродов на этой стадии препятствует образованию сварочных брызг.
  4. Отключения тока и постепенного остывания сварного шва.

Электроды для точечной сварки изготавливают из

Таким образом, материал электродов для контактной сварки претерпевает не только значительные термические напряжения, но и механические нагрузки. Поэтому к нему предъявляется ряд требований – высокая электропроводность, высокая термическая стойкость (в том числе – и от постоянных колебаний температуры), повышенные значения предела прочности на сжатие, малый коэффициент теплоёмкости. Таким комплексом свойств обладает ограниченное число металлов. В первую очередь – это медь, и сплавы на её основе, однако и они не всегда удовлетворяют производственным требованиям.

В связи с постоянным повышением энергетических характеристик производимых сварочными клещями для точечной сварки многие торговые марки ориентируют потребителя на применение только «своих», фирменных электродов, что не всегда соблюдается. В результате снижается качество сварных швов, получаемых по такой технологии, подрывается доверие к самому процессу контактной электросварки.

Преодоление указанных проблем производится двумя путями: совершенствованием видов и конструкций сварочных электродов для точечной сварки, и разработкой новых материалов, используемых для изготовления таких электродов. Для частных пользователей имеет значение также и цена вопроса.

Электроды для точечной сварки изготавливают из

Материалы электродов

Согласно ГОСТ 2601, критерием качества готового шва является его прочность на разрыв или сдвиг. Она зависит от интенсивности тепловой мощности в зоне электрического разряда, а потому связывается в первую очередь с теплофизическими характеристиками материала электродов.

Использование медных электродов малоэффективно по двум причинам. Во-первых, медь, являясь высокопластичным металлом, не обладает достаточной упругостью, чтобы в период между рабочими циклами полностью восстановить геометрическую форму электродов. Во-вторых, медь весьма дефицитна, а частая замена электродов обуславливает и высокие финансовые затраты.

Читайте также:  Вес листа алюминия 2 мм

Попытки использовать более твёрдую, упрочнённую медь успеха не имеют: для нагартованного материала параллельно с повышением твёрдости снижается температура рекристаллизации, поэтому с каждым рабочим циклом износ рабочего торца электрода для контактной сварки будет возрастать. Поэтому практическое применение получили медные сплавы с добавлением ряда других металлов. В частности, введение в медный сплав кадмия, бериллия, магния, цинка и алюминия мало изменяет показатель теплопроводности, зато улучшает твёрдость при нагреве. Стойкость электрода от динамических тепловых нагрузок увеличивают железо, никель, хром и кремний.

При подборе оптимального материала сварочных электродов для контактной сварки ориентируются на показатель удельной электропроводности сплава. Чем меньше он будет отличаться (в меньшую сторону) от электропроводности чистой меди – 0,0172 Ом·мм 2 /м, тем лучше.

Наиболее эффективную стойкость против износа и деформации показывают сплавы, в состав которых входят кадмий (0,9…1,2%), магний (0,1…0,9%) и бор (0,02…0,03%).

Электроды для точечной сварки изготавливают из

Выбор материала для электродов точечной сварки зависит также и от конкретных задач процесса. Можно выделить три группы:

  1. Электроды, предназначенные для проведения контактной сварки в жёстких условиях (непрерывное чередование циклов, поверхностные температуры до 450…500ºС). Их изготавливают из бронз, содержащих хром и цирконий (Бр.Х, Бр.ХЦр 0,6-0,05. В эту же группу включают никель- кремнистые бронзы (Бр.КН1-4), а также бронзы, дополнительно легированные титаном и бериллием (Бр.НТБ), используемые для точечной сварки нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов.
  2. Электроды, применяемые при контактных температурах на поверхности до 250…300ºС (сварка обычных углеродистых и низколегированных сталей, медных и алюминиевых изделий). Их производят из медных сплавов марок МС и МК.
  3. Электроды для относительно лёгких режимов эксплуатации (поверхностные температуры до 120…200ºС). В качестве материалов применяется кадмиевая бронза Бр.Кд1, хромистая бронза Бр.Х08, кремненикелевая бронза Бр.НК и др. Такие электроды могут использоваться также и для роликовой контактной электросварки.

Следует отметить, что по убыванию удельной электропроводности (по отношению к чистой меди) эти материалы располагаются в следующей последовательности: Бр.ХЦр 0,6-0,05→МС→МК→Бр.Х→Бр.Х08→Бр.НТБ→Бр.НК →Бр.Кд1→Бр.КН1-4. В частности, разогрев до требуемой температуры электрода, изготовленного из бронзы Бр.ХЦр 0,6-0,05 произойдёт примерно вдвое быстрее, чем полученного из бронзы Бр.КН1-4.

Конструкции электродов

Наименее стойким местом электрода является его сферическая рабочая часть. Электрод бракуется, если увеличение размеров торца превышает 20% от первичных размеров. Конструкция электродов определяется конфигурацией свариваемой поверхности. Различают следующие исполнения инструмента

  1. С цилиндрической рабочей частью и конической посадочной частью.
  2. С коническими посадочной и рабочей частью, и переходным цилиндрическим участком.
  3. Со сферическим рабочим торцом.
  4. Со скошенным рабочим торцом.

Кроме того, электроды могут быть сплошными и составными.

Электроды для точечной сварки изготавливают из

При самостоятельном изготовлении (либо перезаточке) рекомендуется выдерживать следующие соотношения размеров, при которых инструмент будет обладать максимальной стойкостью:

  • Для расчёта диаметра электрода d пользуются зависимостью Р = (3…4)d 2 , где Р – фактически необходимое сжатие электродов при проведении процесса контактной электросварки. В свою очередь, рекомендуемые значения давления осадки, при котором получаются наиболее качественные соединения, составляет 2,5…4,0 кг/мм 2 площади получаемого сварного шва;
  • Для электродов с конической рабочей частью оптимальный угол конусности варьируется от 1:10 (для инструмента с диаметром рабочей части до 30…32 мм) до 1:5 – в противоположном случае;
  • Выбор угла конуса определяется также и наибольшим усилием сжатия: при максимальных усилиях рекомендуется принимать конусность 1:10, как обеспечивающую повышенную продольную стойкость электрода.

Основные формы электродов для контактной сварки устанавливает ГОСТ 14111, поэтому, применяя те или иные соотношения размеров, следует учитывать размеры посадочного пространства под инструмент для конкретной модели машины контактной сварки.

Электроды для точечной сварки изготавливают из

Значительную экономию материала даёт применение составных конструкций. При этом для изготовления корпуса применяют материалы с высокими значениями электропроводности, а съёмную рабочую часть изготавливают из сплавов с высокой твёрдостью и износостойкостью (в том числе и термической). В частности, подобным сочетанием свойств обладают металлокерамические сплавы от швейцарской фирмы АМРСО марок A1W или A1WC, содержащие 56% вольфрама и 44% меди. Их электропроводность достигает 60% от электропроводности чистой меди, что определяет малые потери на нагрев при выполнении сварки. Рекомендуемым материалом могут быть и бронзовые сплавы с добавками хрома и циркония, а также вольфрам.

Электроды для контактной сварки лёгких сплавов, где не требуется значительного усилия прижима, выполняют со сферической рабочей частью, а для контактных губок аппаратов точечной электросварки целесообразно применять кремнистые бронзы.

Читайте также:  Длина пилок для лобзика по дереву

Механические характеристики электродов должны находиться в следующих пределах:

  • Твёрдость по Бринеллю, НВ – 1400…2600;
  • Модуль Юнга, ГПа – 80…140;
  • Предельный изгибающий момент, кгсм – не ниже 750…800.

Конструкции электродов всегда должны быть полыми, для обеспечения эффективного охлаждения.

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 изготавливают из

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.

Электроды для точечной сварки изготавливают из

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

Электроды для точечной сварки изготавливают изЭлектрод 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 dэл или радиус сферы Rэл 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:

Dэл = 12, 16, 20, 35, 32, 40 мм

L = 35, 45, 55, 70, 90, 110 мм

В зависимости от максимального усилия сжатия машины:

Где: Fэл — 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 1,25Dэл. Обрабатывают посадочную часть с чистотой не ниже 7-го класса (Rz1,25).

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

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:

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.

Читайте также:  Кузнечное дело своими руками

Электроды для точечной сварки изготавливают из

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.

Электроды для точечной сварки изготавливают изВыбор 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 dэл);
  • со сферическими (характеризуются радиусом Rэл) 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.

Электроды для точечной сварки изготавливают из

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:

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).

Электроды для точечной сварки изготавливают из

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 dэл или изготовленный из материала с большей теплопроводностью (например, из хромистой бронзы БрХ).

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

  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.