Контактная сварка своими руками — видео для начинающих

Контактная сварка эксплуатируется при изготовлении изделий однотипного характера, а также для соединения крупных сварных деталей. В ходе работы металл нагревается при помощи тока, который проходит по его стенкам неоднородным путем. Когда выполняется контактная сварка своими руками, видео показывает, что при использовании в бытовых условиях, появляется необходимость эксплуатации мощных источников питания, в отличие от сварки электродугового типа.

Основные параметры, которые характеризуют весь сварочный процесс, это: ток и его время протекания, уровень силы сжатия. В зависимости от этих характеристик, контактная сварка в домашних условиях делится на два типа: жесткую и мягкую.

Разновидности контактной сварки

Особенности процесса сваривания деталей сваркой контактного типа заключаются в том, что свариваемые элементы соединяются между собой по всей торцевой поверхности. Процесс сварки может выполняться двумя методиками: сопротивлением или оплавлением.

При сварке деталей первым методом, детали, которые необходимо сваривать, плотно прижимаются друг к другу, затем в аппарате подается ток. Как только поверхность деталей будет нагрета до пластичного состояния и будет произведена осадка, ток в аппарате можно выключать. Такой метод подходит для сварки деталей, выполненных из стали углеродистого типа, сечение которых имеет форму прямоугольника или овала.

Контактная сварка своими руками (видео демонстрирует это) позволяет сваривать детали и методом непрерывного оплавления. В первую очередь, свариваемые детали должны быть надежно закреплены в зажимах инструмента. Далее детали плавно перемещаются для стыкования друг с другом, в этот момент и включается сварочный ток. В процессе такой сварки оплавлению подлежат только торцевые части изделий. После проведения осадки, ток выключается.

Такой метод сварки на аппарате, который вы собрали самостоятельно, может использоваться только при сварке труб, рельсов и листов тонкостенного характера. Сварке подлежат разнообразные типы металлов. Главное преимущество этого метода заключается в высоком уровне производительности, однако, есть и недостатки – возможность больших потерь металла при разбрызгивании и угаре.

Устройство инструмента контактной сварки своими руками

Самодельный инструмент используется при сварке деталей, которые изготовлены из листов нержавеющей стали, максимальной толщиной до 0,9 мм. Также аппарат пригоден для сваривания медной проволоки с максимальной толщиной в 1, 5 мм. Контактная сварка своими руками (видео включает в себя поэтапное изготовление аппарата) имеет два основных узла: это блок питания и пистолет для сварки выносного типа.

Блок питания включает в себя реле, которое можно собрать самостоятельно, используя для этого сварочный трансформатор или тиристор. Затем необходимо произвести подключение электрода к одному из выводов обмотки, используя для этого сварочный кабель. Второй вывод непосредственно в процессе сварки подсоединяется к свариваемой детали. Для подключения к источнику питания обмотки трансформатора первичного типа используется диодный мост и тиристор, который подключается к диагонали.

Сборка сварочного пистолета

Для сборки сварочного пистолета используют две идентичных друг другу по размерам и форме детали, которые изготовлены из гетинакса или иного изолятора высокой прочности. В передней части данного элемента сварочного аппарата, находятся следующие элементы: держатель для лампы, микропереключатель, переходник. Выключатель для обозначения подсветки накладных винтов и держателя располагается в конечной части пистолета.

Для соединения накладок используют специальные винты. Они устанавливаются одновременно в переходник, держатель для лампы и в планки распорного типа. В свободном пространстве, которое образовывается между накладками, устанавливается кабель, который далее соединяется с переходником. Сварочный кабель является основой для фиксации переключателя и проводов.

Когда выполняется контактная сварка своими руками (видео наглядно показывает это), сменные электроды крепятся во входные отверстия переходников при помощи специальных гаек. Второй вывод трансформаторной обмотки монтируется на основание, которое не имеет изоляционного покрытия. Для того чтобы в дальнейшем крепить свариваемые детали, подключенный к обмотке кабель оснащается любым зажимом, который будет обеспечивать надежную фиксацию деталей. Наиболее оптимальным вариантом является струбцина.

---

---

Поделитесь со своими друзьями в соцсетях ссылкой на этот материал (нажмите на иконки):

Как сделать контактную сварку

Варить на сварочном аппарате — полезное умение. Наличие навыков может подразумевать заинтересованность не только в самостоятельной контактной сварке, но и в изготовлении готового аппарата своими руками.

Технологический процесс контактной сварки

Организация работ по соединению металлоконструкций при помощи сварки доступна не только в промышленных масштабах или на специализированных предприятиях, но и вполне осуществимо в домашних условиях.

Необходимое оборудование:

• сварочный инвертор;
• электроды;
• мощный источник питания.

Принцип действия инвертора заключается в преобразовании электрической энергии в тепловую. Тем самым, металл электрода и рабочей поверхности расплавляется, закрепляя конструкционные элементы металлических деталей.

Главной особенностью дуговой сварки является правильное ведение шва. Традиционно наиболее надежной считается точечная сварка. Особенно это актуально вертикальных поверхностей.

Необходимо задать некоторое время для остывания поверхности шва. Точечное нанесение позволяет создавать надежный и ровный шов.

Для того, чтобы избежать сдвиги, и зафиксировать детали для закрепления необходимо закрепить их при помощи электродов. Происходит это путем подачи электрического тока через инвертор.

При проведении работ в домашних условиях требуется наличие мощных источников питания. Опасность заключается в возможном выходе проводки и бытовой техники.

Перед работой следует убедиться в наличии качественной медной проводки. Если такая отсутствует, то желательно заменить.

Две поверхности детали перед креплением зачищают от грязи и коррозии. В зоне прилегающих краев проводят работу по точечной сварке.

Технология применима для тонких металлов, маленьких деталей и прутов до 5 мм толщиной.

Существует 3 вида соединений.

• Прерывистое оплавление. Включает в себя мероприятия поочередного плотного и неплотного контакта рабочих поверхностей заготовок. Путем замыкания в месте соединения, происходит расплавление электрода. Образуется точечное металлическое соединение.
• Непрерывное оплавление. Способ нанесения, заключающийся в непрерывном воздействии электрода на скрепляемую поверхность. При этом получается сплошное металлическое соединение.
• Путем расплавления сопротивлением. Детали из низкоуглеродистой стали, цветных металлов, меди, латуни, стали, а также при совмещении различных металлов фиксируются. В дальнейшем производится нагрев до плавления. Таким образом, и происходит соединение деталей.

Для подготовки поверхности следует выполнить следующие шаги:

• зачистить и выровнять рабочие поверхности для сварки;
• совместить края, зафиксировать заготовки для сварочного аппарата;

• обеспечить подачу электрической энергии.

Далее проводится сам процесс сварки:

• прогреваемый электрод при соединении с рабочей поверхностью создаёт эффект оплавления;
• после проведения шва, требуется несколько минут для остывания;
• произвести очистку от шлака на поверхности;

• выключить питание сварочного инвертора.

Для контроля качества сварки, проводится постукиванием молотка. Некачественные элементы откалываются при небольшом усилии.

Контактную сварку в домашних условиях производят и при помощи самодельных аппаратов.

Основу конструкции самодельного аппарата составляют:

• блок подачи напряжения;
• трансформатор;

• сварочный зажим;
• низковольтная обмотка.

Как сделать сварочный аппарат из микроволновки

Данный трансформатор отлично подходит в качестве узла агрегата. Прежде чем браться за изготовление нового аппарата, стоит взвесить все вопросы по стоимости.

Остальные расходные материалы, корпус, крепления легко найти в любом хорошем хозяйственном магазине.

Мощность трансформатора должна составлять не менее 1 киловатта. При помощи какого устройства, появляется возможность легко проводить точечную сварку рабочей поверхности металлических листов, даже с толщиной менее 1 миллиметра.

Удвоив мощность трансформатор, появляется возможность работы с металлическим листом толщиной более 1,8 миллиметра.

Стоит отметить, что современные микроволновые печи достигают мощности 3 киловатт.

Для того, чтобы увеличить мощность сварочного аппарата, следует подключать несколько трансформаторов. Перед использованием трансформатора, необходимо освободить его из металлического кожуха. А также избавиться от шунтов ограничение тока.

Микроволновка работает под высоким напряжением, поэтому первичная обмотка трансформатора имеет меньшее количество петель, чем вторичная.

По этой причине появляется разность потенциалов. Нам необходимо использовать вторичную обмотку, сделав выводы под контактную сварку.

Необходимо зачистить трансформатор. Делать это нужно тщательно, с применением металлической щетки, освобождая от вторичной проводки и шунтов. Первичная обмотка не затрагивается, а вторичная перематывается заново.

Для этих целей используется многожильный электрическая проводка с сечением не менее 1,0 квадратных мм.

Если вы создаете мощный трансформатор из цепочки, то выводы вторичной обмотки соединяются в один провод. Корпус можно использовать на усмотрение, бывает так что подходит старый.

Вторичная обмотка состоит от 2 до 4 витков провода. Провод следует использовать без изоляции, в качестве таковой используется изолента.

Выключатель необходимо установить в цепь первичной обмотки. В качестве наконечника используется медный провод или наконечники, значительно превосходящих толщину провода обмотки.

Аппарат готов для проведения точечной сварки.

Источник питания в качестве аккумуляторов

Ни для кого не секрет, что бытовые сети терпят значительные перегрузки при проведении сварочных работ. Последствия большой нагрузки могут привести выгорание провода и поломки бытовых устройств.

Поэтому, разумнее всего, провести организацию автономного питания.

Кости альтернативы можно рассматривать генератор автономного питания, основанного на преобразовании дизельного топлива в электрическую энергию. Ну, как правило, такое оборудование достаточно дорого стоит.

Для работы нам понадобится несколько аккумуляторов от автомобиля. Идеальный вариант, когда емкость этих источников совпадает.

Подключение производится последовательно, с установкой дополнительного реостата. Удобство использования такого автономного источника питания заключается в его мобильности.

Таким образом, мы доказали, что точечную сварку можно производить самостоятельно с применением подручных средств.

 

Как сделать контактную сварку своими руками

В процессе соединения разных деталей из металла можно столкнуться с рядом трудностей. Многие пользователи хотят решить проблему самостоятельно. В таком случае самым оптимальным решением является контактная сварка своими руками. О том, что собой представляет такой вид сварки и при помощи какого оборудования она выполняется пойдет речь в этой статье.

Содержание статьи

• Общая информация
• Сварочный аппарат
• Конструктивные составляющие источника тока
• Изготовление выходного трансформатора своими руками
• Устройство контактного блока
• Процесс сборки аппарата

Общая информация

Процесс любой контактной сварки основывается на использовании электрического тока. Он перемещается по всему участку соединения двух свариваемых деталей и образует дугу, которая расплавляет их. На мощность этой дуги оказывает влияние показатель величины тока, время его воздействия и сжатие металлов, от которой зависит размер дуги. Самодельная контактная сварка подразделяется на: стыковую, точечную, шовную и рельефную.

Сварочный аппарат

Чтобы осуществить контактную сварку своими руками надо сконструировать специальный аппарат. Перед тем, как приступить к процессу изготовления устройства, надо ознакомиться с рядом требований, которые необходимо соблюдать в процессе работы. Чаще всего для проведения сварки деталей в бытовых условиях, применяются аппараты точечной или стыковой сварки. Далее нужно определиться с видом сварочного аппарата, который вы будете использовать : переносной или стационарный, а затем надо задать основные параметры прибора:

• напряжение в самом участке (зоне) сварки,
• ток (переменный или постоянный) и его сила,
• продолжительность сварочного импульса,
• число и размеры электродов.

Определяющим условием в том, как же сделать контактную сварку своими руками является простота сварочного аппарата. Он сконструирован из двух блоков: контактного и источника сварочного тока. В первом расположена непосредственно сама зона сварки. В ней металлы контактируют между собой, посредством электродов к ним поступает электрический импульс и в итоге они соединяются. Источник сварочного тока отвечает за то, чтобы этот импульс попал в зону сварки.

Схема представлена на рисунке 3.

рис. 3

 

Конструктивные составляющие источника тока

Основу контактной сварки своими руками составляет электрическая схема с использованием конденсаторов. Импульс сварочного тока образуется за счет разряда конденсатора.

Импульс тока создается во вторичной обмотке трансформатора. К первичной обмотке трансформатора подключены конденсаторы С8-С9. Именно благодаря им образуется разряд, необходимый для получения импульса. Управление разрядом конденсаторов осуществляется в тиристорах Т1 и Т2. По цепочке от входного трансформатора «Ток», заряжается конденсатор. Также в схеме отображено выпрямление тока диодами D6-D7.

Функционирование подобного конденсаторного источника осуществляется по следующему принципу. Когда основная цепь отключается, конденсаторы С8-С9 заряжаются от цепи трансформатора «Ток». В момент, когда система запускается, происходит их разрядка на вторичную обмотку выходного трансформатора Тр3. За контроль продолжительности импульса отвечают цепи Ru1-Ru2 R34 и C10. После того как цепь выключается – процесс повторяется.

Изготовление выходного трансформатора своими руками

Выходной трансформатор является очень важным и неотъемлемым звеном конструкции источника питания, поскольку от него зависит сила задаваемого тока. Чтобы обеспечить сварку требуемыми параметрами, наиболее оптимальным решением будет изготовление трансформатора самостоятельно. Первое, что необходимо сделать – это найти наборный сердечник. Можно позаимствовать эту деталь у любого силового аппарата. Главное, чтобы он был выполнен из стали, а показатель его сечения был не менее 60 см². Далее, стальные пластины надо плотно укомплектовать и стянуть с помощью болтов, диаметр которых составляет 8 мм. Чтобы придать устройству большую прочность, с боковой стороны сердечник укрепляется П-образным профилем или уголком.

Обмотка первичного типа производится проводом ПЭВ (диаметр – 2,9 мм). Нужно намотать 20 витков. Сам сердечник надо обвить кабельной или трансформаторной бумагой. После чего, нужно намотать витки провода с натягом. Важно, как можно ровнее распределить витки по всей длине стойки сердечника. Сверху на провод нужно положить бумажную обмотку и зафиксировать тесьмой.

электросхема выходного трансформатора

Вторичная намотка осуществляется на второй стойке сердечника. Она создается из самодельной шины плоского сечения, которая собирается из 14-16 небольших шинок из меди. Ширина общего сечения равняется 200 м². Нужно сделать два витка. Перед тем как накладывать на сердечник, шину нужно обернуть фторопластовой или изоляционной лентой. Все окончания обмотки направляются на верхнюю часть сердечника, в них делается отверстие, в котором при помощи болта будет крепиться кабель, соединяемый с контактным блоком сварочного аппарата.

Характеристики трансформатора

Мощность

3000 Вт

Напряжение обмоток

первичной – 220 В, вторичной – 15 В

Сварочный ток

до 200 А

Исходя из вышеописанного следует, что без трансформатора, функционирование аппарата для выполнения сварочных работ – невозможно, т.к. основные функции лежат на нем.

Устройство контактного блока

Самый простой вариант используется при стыковой сварке. В данном случае ток подается прямо на участки, подвергающиеся сварке. Другими словами, это означает, что окончания вторичной обмотки контактируют со свариваемыми металлами. Один конец – примыкает к одной заготовке, второй – к другой.

Для точечной сварки характерным является применение контактного блока с электродами. Подойдут конструкции с одним или двумя стержневыми электродами. Если использовать один электрод, ток будет попадать на одну из свариваемых деталей, а второй конец вторичной обмотки выходного трансформатора будет контактировать с электродом.

Совет! В процессе работы используйте пистолетный держатель электрода.

Процесс сборки аппарата

Сборка сварочного аппарата требует четкой последовательности выполнения действие. Процесс включает в себя несколько этапов.

В первую очередь, нужно уложить источник сварочного тока в металлический корпус. Электрическое плато собирается на текстолите. Затем его нужно поместить внутрь корпуса источника и вертикально зафиксировать в нем. После чего, готовый выходной трансформатор устанавливается на основание корпуса и фиксируется на нем. Далее, посредством болтов сверху к шине вторичной обмотки прикрепляется сварочный кабель. Другой его конец находится в непосредственном контакте с электродом в контактном пистолете. К контактной колодке, которая расположена на электрическом плато, подсоединяется входной кабель от электрической сети.

готовый аппарат

Для того, чтобы сконструировать аппарат для контактной сварки своими руками, необходимо иметь в наличии все необходимые инструменты, среди которых: болгарка; электродрель; ножовка по металлу; метчик; напильник; зубило; молоток; отвертка; тиски; штангенциркуль; плоскогубцы; нож; ножницы; плашка.

Не забывайте, что контактная сварка, как и любой другой вид соединения деталей предполагает наличие некоторого опыта. Это важно, т.к. качество и надежность сварочного шва зависит от умений сварщика. Обязательным условием является соблюдение правил техники безопасности. Выполнять сварочные работы нужно только в специальном защитном костюме, в перчатках и с защитной маской на лице, поскольку велика опасность попадания раскаленного металла на оголенные участки тела.

Подводя итог, отметим, что контактная сварка своими руками – процесс непростой. Но если соблюдать технологию выполнения работы и подойди к ней со всей ответственностью и серьезностью, то результат не заставит себя ждать. Контактная сварка характеризуется широкой сферой применения. Ее можно использовать для соединения деталей металлических изделий, составляющих элементов автомобиля, кузовных деталей, а также для ремонта всевозможных устройств.

Контактная сварка своими руками: особенности, виды

Часто владельцы частных территорий и автомобилей сталкиваются с проблемами, подразумевающими сварочные работы. Существует несколько способов, которые можно освоить самому, имея малейшие представления о сварочной технологии. Вот и контактная сварка, используемая для пайки разного рода деталей конструкций из стали, алюминия и меди, не является исключением.

Процесс работы

Контактная сварка необходима для соединения изделий невысокой плотности, имеющих небольшой диаметр. Рабочее действие производится разогревом металла, на который действует сила тока неоднородного происхождения.

Сваривание контактного типа в домашних условиях подразумевает наличие розетки с мощным выходом напряжения в тысячи Ампер. Даже самые малогабаритные аппараты контактного действия должны для пайки иметь высокую силу тока, не говоря об агрегатах более габаритных форм. Контактная точечная сварка производится путем разогрева сварочного участка электротоком, проводимым через исходник под высоким давлением. Главной особенностью данной технологии является сила тока, ее время поступления и сила сжатия.

Виды контактной сварки

Контактная сварка — это процесс, при котором пайка соединительных участков производится по всей торцевой площади стыковки. Сварочный процесс выполняется методом сопротивления или плавления. В зависимости от значений этих данных, определяют два режима: жесткую и мягкую пайки. Также можно выделить главные типы сварок:

• стыковая;

• точечная;

• шовная.

Сварка контактного типа основана на применении электродов, размещенных по-разному в инверторе. Различают одностороннее и двухстороннее сваривание.

Технологический процесс контактной пайки производится точечным способом. Исходник зажимается электродом, через который проходит высокоамперное напряжение. Проходит оно через мелкие каналы изделия, которое плавится, а в заключение производится заполнение стыков сварочным материалом.

Контактная точечная сварка проводиться путем прохождения тока через стык деталей для соединения с одинаковым химическим составом. После полноценного накала в сварочной области происходит осадка. Электроды, передающие ток на изделие, производят осадку, при шовном соединении образуя роликовую форму, которая катится по стыку. Из-за этого сварка такого типа получила название роликовая.

Сваривание сопротивлением

Обработанный участок изделий крепко смыкают друг с другом и подают сварочный ток. Подачу тока останавливают после накала стыкуемых участков до первичного состояния с полной итоговой осадкой.

Сваркой сопротивлением можно паять элементы, содержащие низкоуглеродистую стальную структуру, имеющую прямоугольные или круглые насечки с поверхностью около 1000 кв. мм и легированным железом с участком до 21 кв. мм. Сплавы из цветного металла неплохо соединяются сваркой сопротивления. Такого типа контактная сварка способна приварить и комбинированные металлические изделия из латуни и меди, стали.

Самодельная контактная сварка сопротивлением обеспечивается максимальной чистотой участков для пайки поверхностей под строгим режимом температуры разогрева. Поэтому данный способ не имеет широкого применения.

Сваривание непрерывного оплавления

Контактная сварка своими руками под действием непрерывного оплавления осуществляется по таким этапам:

1. Части изделий плотно зажимаются машинным крепежом и не спеша перемещают подвижный зажим на стыковочные места после запуска прибора.

2. Накалившись до полноценной температуры, происходит оплавление торцевых краев изделия. По завершению проводится осадка необходимой величины, подачу тока отключают.

3. Самодельный контактный инвертор можно применять для пайки исходников, состоящих из стандартной нержавейки с диаметром 0,08-0,9 мм или для соединения стальной проволоки диаметром до 1,5 мм.

4. Инверторы контактного сварочного режима по своему составу имеют два узла, выполняющих определенные функции: выносное спаечное сопло и электроблок трансформатора с микроволновки. В блоке имеется реле, расположенное на панели сварочного трансформатора от микроволновки.

5. Один вывод обмотки с низковольтными частотами с помощью кабеля подсоединяется с электродным выходом. Во время соединения второй выводной шнур накрепко соединяют с самой надежной частью свариваемого изделия.

6. Обмотка первичного действия трансформаторного устройства от микроволновки подводится к электроблоку с помощью диодной пластины и запускается диагональный тиристорный модуль.

7. Трансформатор от микроволновки вспомогательного питания с минимальной мощностью подает ток от блока регулировки тиристора от микроволновки к диодной подсветке. По итогам в местах стыков должны появиться зазоры, именуемые вырывами, приблизительной шириной в 0,5-0,8 мм.

8. Далее выставляют режим длительности сварочного импульса при возможных функциях благодаря построечному резистору. Проверочный этап стоит осуществлять в последовательности с параллельным подключением конденсатора.

Работая методом контактной сварки, мастер должен использовать прорезиненный коврик для заземления, перчатки и каску с затемненным стеклом.

Похожие статьи

Чем заменить контактную сварку | Авто Брянск

Точечная контактная сварка отличается от привычной дуговой тем, что металл плавится не при высокой температуре электродуги, возникающей между электродом и свариваемым металлом, а за счет прохождения тока сквозь контакт двух свариваемых деталей. Этими деталями могут быть тонкие листы металла, проволока, пластины. Они прочно сжимаются специальными механическими приспособлениями и сквозь место соединения пропускается импульсный ток высокой силы (1000 и более Ампер) при напряжении в несколько вольт.

Точечная сварка своими руками предполагает, что на 1 мм 2 контактной площади приходится не менее 5 кВт мощности, что соответствует силе тока до 50А/мм 2 . При этом механическое давление на тот же квадратный миллиметр должно быть не менее 3-8 кг. Чтобы достичь таких параметров, необходима специальная конструкция рабочего инструмента в виде клещей.

Рабочий орган — два токопроводящих электрода, которые сжимают соединяемые детали с требуемой силой при нажатии на рукоятки. После сжатия на электроды подается импульс тока длительностью 01-1 с, который расплавляет металл до пластического состояния. После прекращения подачи тока механическое воздействие сохраняется и расплавленный металл сливается в одно целое и так застывает, образуя прочное соединение, не уступающее электродуговой сварке.

Схема сваривания выглядит так:

Аппарат точечной сварки из сварочника

Главной сложностью при изготовлении аппарата точечной сварки своими руками является сборка источника тока. Он должен выдавать короткие импульсы небольшого напряжения и высокой силы тока, превышающей 1000А. Длительность импульса регулируется тиристорной схемой или вручную обычным выключателем на первичной обмотке. Для низколегированных сталей необходим более длительный импульс, нержавейка сваривается при коротких импульсах, чтобы верхняя часть не успела прогреться и окислиться, что значительно снижает антикоррозионные свойства.

Во втором случае сварка таким аппаратом требует определенной сноровки — с первого раза угадать необходимую длительность импульса очень сложно, особенно на разных металлах. Но методом проб и ошибок на обрезках листовой стали или цветных сплавов вполне реально добиться качества сварки не хуже, чем на промышленных аппаратах.

Точечная сварка, собранная своими руками из старого сварочного аппарата, работает достаточно эффективно и вполне в состоянии решить ряд проблем с соединением листового металла толщиной от нескольких десятых до 2-3 мм. Для более толстого листа сложно создать требуемое усилие при помощи самодельных клещей или рычажного устройства.

Почему выбирается именно старый трансформатор? Аппарат точечной сварки своими руками предполагает его полное переоборудование, которое касается, впрочем, только вторичной обмотки. После переделки обычная сварка ММА таким аппаратом становиться невозможной, поэтому и выбирается старый, но еще рабочий аппарат, по крайней мере, первичная обмотка должна быть если не в идеальном, то в приемлемом состоянии.

Вторичная обмотка удаляется полностью и на ее место устанавливается другая, из медного изолированного жгута или шины. Изолировать провод необходимо очень тщательно, в несколько слоев негорючей изоляцией. Удобна для этих целей тканевая изолента, которая чередуется с обмоткой обычным автомобильным скотчем, который используется при покраске кузова.

Сечение провода вторичной обмотки должно быть не менее 1,8 см 2 . Если удастся найти подходящий кабель заводского производства в изоляции, то лучше использовать его. Хороший результат дают как кабели с монолитной сердцевиной, так и многожильные из скрученных в жгут медных проводов. На вторичную обмотку идет несколько витков кабеля или шины с таким расчетом, чтобы при подаче 220В на первичный контур, во вторичном возникал ток напряжением 6-8 В. В таком случае сила тока будет достигать 800-1000 А. Этого вполне достаточно для сварки отдельных деталей в домашней мастерской.

Как подобрать электроды

Для точечной контактной сварку лучше всего использовать промышленные электроды, изготовленные по ГОСТ14111-69. Такие можно купить на интернет сайтах или в магазинах сварочного оборудования. При использовании на самодельном оборудовании они будут служить практически вечно. Но они довольно дорогие, особенно с запрессованными наконечниками из вольфрама или другого тугоплавкого материала.

В большинстве случаев умельцы изготовляют электроды самостоятельно. В зависимости от мощности сварки, подходят медные стержни диаметром от 5 до 15 мм. С одной стороны они вставляются в металлическую гильзу с зажимными болтами, закрепленную на кабеле от трансформатора. Как и кабель, электроды прочно зажимаются болтами.

Второй вариант крепления электрода — пайка. Это тоже довольно надежный и эффективный способ, обеспечивающий надежный электроконтакт, но менять электрод в таком случае сложнее. Это не слишком влияет на продуктивность работы — электроды изнашиваются очень медленно, особенно при любительской сварке.

Намного важнее надежный контакт. Если соединение неплотное, то провод и электрод будут окисляться и перегреваться, а сила тока будет меньше требуемой. Также необходимо все соединительные кабели делать как можно короче — диаметр электрода и кабеля должны быть одинаковыми, иначе возможны сюрпризы в виде горящей изоляции или обгорания стержней.

Нелишним будет напомнить, что для медных электродов выбираются такие же медные провода. Сочетания алюминий/медь ненадежно и приводит к ненадежной сварке.

Рабочие концы электродов могут быть заостренными (коническими), овальными или плоскими. В бытовых самодельных аппаратах удобнее всего использовать плоский нижний и конический верхний электроды. Такое сочетание обеспечит и высокую плотность тока в точке сварки, и надежную опору для прижима деталей.

Точечная сварка из аккумулятора

В интернете встречается информация о том, как сделать точечную сварку своими руками, используя обычный автомобильный аккумулятор на 12 В. Выполнять с ее помощью можно соединение небольших деталей, которые обычно соединяются пайкой. Но во многих случаях сварка дает лучший результат по прочности и более удобна для соединения разнородных металлов.

Точечная сварка своими руками из аккумулятора — конструкция несложная и может быть сделана в гараже на протяжении нескольких часов, при наличии всех частей и инструментов, естественно. Для ее монтажа не требуется каких- то особых приспособлений или сложного оборудования.

Существует три разновидности сварки при помощи аккумулятора. Первый, самый простой, можно сказать примитивный, требует только наличия аккумулятора и двух медных проводов, оголенные концы которых и выступают электродами. Как правило, используется этот способ чаще всего, но только для сваривания цветных металлов. Именно его с полным основанием можно назвать точечным.

Два других способа — угольными электродами и при помощи инвертора требуют батареи из нескольких аккумуляторов и дополнительного оборудования. Они тоже используются в бытовых и походных условиях, но покупать несколько однотипных аккумуляторов, чтобы сделать из них сварочный аппарат, довольно накладно. Для точечной сварки может подойти любой аккумулятор, который достаточно снять с автомобиля.

Простенькое приспособление для выполнения сварочных работ состоит из двух медных проводков сечения не менее 1,5 мм 2 , закрепленных в контактной колодке. Расстояние между зачищенными концами электродов 2-3 мм. Конечно, как и в любой самодельной конструкции, вариантов может быть множество, но как базовый лучше всего использовать именно этот тип конструкции. Как работает такая мини установка показано на видео :

T. J. Оборудование, материалы и услуги для сварки сопротивлением снегу

Рэй Микелена, CRWT

При правильном применении точечная контактная сварка является самым быстрым, прочным и наименее дорогостоящим методом соединения металлов. Однако, хотя контактная сварка используется в производстве на протяжении десятилетий, этот процесс все еще недостаточно изучен за пределами автомобильной промышленности.

Сварка сопротивлением

уникальна тем, что это высокоскоростной метод соединения металлов с помощью кованого сварного шва, сформированного путем приложения точно контролируемого электрического тепла и силы и без добавления присадочного металла.

Процесс выглядит простым, но существует множество действующих факторов, которые необходимо понимать и контролировать, чтобы достичь желаемого результата — сварного шва, который прочнее основного металла. И, кстати, многие точечные сварные швы должны быть не только прочными, но и привлекательными, что создает еще одну проблему для сварочного персонала.

Три основные переменные, которые необходимо учитывать для достижения успеха при контактной сварке, можно запомнить как PCT : P ressure (сила ковки), C urrent (количество используемых сварочных ампер) и T ime. (продолжительность протекания тока.)

Без понимания важности этих переменных и их связи друг с другом часто получаются слабые и / или некрасивые сварные швы. И, к сожалению, в этих проблемах часто винят процесс контактной сварки, что иногда приводит к переходу на более дорогой и медленный метод соединения металлов, такой как клепка.

Недавнее посещение завода заказчика показало, почему слабые сварные швы возникают при неправильной настройке машины. В этом случае специалисты по настройке сварщика предполагали, что длительное время сварки приведет к более прочному сварному шву, но мы смогли доказать обратное.

Почему длительная сварка не дает лучшего контактного шва? Казалось бы, «приготовление» сварного шва сопротивлением с дополнительным нагревом и временем добавило бы его прочности. Однако, как и в случае с выпечкой торта, правильный рецепт давления, силы тока и времени имеет решающее значение для достижения успешного результата.

ПОНИМАНИЕ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Давайте посмотрим на PCT и узнаем, что означает этот рецепт и почему простое увеличение времени сварки не улучшило качество сварки у наших клиентов.

H = I2RT — это фактическая формула для контактной сварки, где H = нагрев, I = ток, проходящий через комбинацию металлов, R — сопротивление металла и контактных поверхностей, а T = время или продолжительность протекания тока. Это звучит сложно, поэтому давайте вернемся к PCT, потому что мы должны понимать эти переменные, чтобы по-настоящему понять сварку сопротивлением и то, как она работает.

P сопротивление измеряется в фунтах силы, приложенной к зоне сварного шва, а сила тока C измеряется в токах вторичной сварки.Продолжительность протекания сварочного тока ( T ime) измеряется циклами, при этом один цикл составляет 1/60 ^th секунды.

Для оптимизации процесса рекомендуется использовать на аппарате высокие настройки вторичного сварочного тока — обычно от 5000 до 20000 А. Сварочный ток, создаваемый трансформатором сварщика, подводится к заготовке через медные рычаги и сварочные наконечники (электроды). при очень низком вторичном напряжении, обычно от трех до 12 вольт.

В качестве примера, при сварке двух деталей из низкоуглеродистой стали 18 калибра рекомендуемые настройки, доступные в одной из легко доступных опубликованных диаграмм, составляют 660 фунтов давления, 9600 вторичных ампер и восемь циклов времени сварки. К сожалению, у большинства сварщиков сопротивлением нет дисплеев для этих переменных, поэтому обычно необходимо использовать внешний монитор сварного шва и датчик силы.

Тепло, необходимое для точечной сварки, генерируется за счет сопротивления току свариваемого материала — отсюда и название «контактная сварка».

Медь, используемая для проводов для точечной сварки, считается, что она имеет значение 100% проводимости, а обычная сталь имеет проводимость около 10%, поэтому, если у нас есть данный ток, проходящий через равные объемы и площади сечения меди и стали, в результате выделяется тепло. в стали будет примерно в 10 раз больше, чем в меди.

ПРОФИЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

Считается, что все сопротивления в сварочной цепи включены последовательно, и тепло, выделяемое в любом месте, пропорционально значению сопротивления в этой точке.Можно предположить, что прилегающая поверхность, на которой соприкасаются два куска стали, имеет самое высокое сопротивление и, следовательно, будет выделять больше всего тепла. Это межфазное сопротивление должно генерировать достаточно тепла, чтобы довести стыковые поверхности до температуры плавления примерно 2700 градусов по Фаренгейту.

НО А КАК НАСЧЕТ РСТ?

Если тепло, выделяемое в какой-либо одной точке, пропорционально значению сопротивления в этой точке, как мы можем, , контролировать сопротивление?

В электрической цепи прижимание контактирующих поверхностей вместе с большим усилием снижает сопротивление, что, в свою очередь, снижает тепловыделение.Другими словами, изменение давления ( P ) может повышать или понижать сопротивление, что во многом связано с определением тепла в нашем сварном шве.

« C » в рецепте означает ток или количество ампер, проходящих через обрабатываемую деталь, и это можно отрегулировать с помощью переключателя ответвлений трансформатора, если он есть, и регулировки процентного тока нагрева на электронном аппарате сварочного аппарата. контроль.

« T » означает время, в течение которого сварочный ток протекает через соединение.Время сварки важно, потому что слишком малое время протекания тока приведет к слабому сварному шву, а слишком большое время сварки приведет к тому, что зона термического влияния станет слишком большой, что ослабит соединение и приведет к большим уродливым вмятинам.

Как вы теперь можете видеть, давление, время и ток — все это составляющие нашего рецепта контактной сварки, и каждая переменная должна быть понятна и должным образом контролироваться для достижения стабильных результатов.

ТОК ДЕЛАЕТ РАБОТУ

Пройдя через сопротивление зоны сварного шва, электрический ток выполняет задачу по созданию необходимого тепла.Чисто и просто, ток — это переменная, которая доводит металл до температуры 2700 градусов по Фаренгейту и заставляет металл становиться «пластичным» и готовым к плавлению. Давление на сварное соединение приводит к слиянию пластикового металла, а затем молекулы сливаются вместе, образуя сварной шов.

Подумайте о слишком долгом времени сварки при слишком малом токе — независимо от того, как долго вы оставляете кастрюлю с водой на ушке печи, вы не сможете заставить воду закипеть без достаточного нагрева.

И, продолжая нашу аналогию с кулинарией, подумайте о приготовлении печенья: чтобы получить однородное, вкусное печенье, мы должны следовать рецепту, который требует тщательно отмеренных ингредиентов, выпекаемых в течение определенного периода времени.

Сварка сопротивлением

в основном такая же, и для достижения наилучших результатов мы должны следовать рекомендуемому графику, в котором указывается надлежащее количество PCT — давление, ток и время.

Американское сварочное общество (AWS) и другие источники публикуют рекомендуемые настройки для большинства металлов, обычно соединяемых контактной сваркой. Эти таблицы — ваша «книга рецептов», в них перечислены проверенные настройки для металла различной толщины.

ПОЧЕМУ НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ ДОЛГОСРОЧНУЮ СВАРКУ?

Длительное время сварки часто используется при попытке исправить проблему с рецептом сварки.Если время сварки слишком велико, текущая настройка, вероятно, не является правильной «долей» в соответствии с рецептом для плавления металла, который вы свариваете.

С другой стороны, слишком большой ток или недостаточное давление могут вызвать «выкипание» сварного шва — то, что обычно называют выбросом сварного шва.

Если на вашем аппарате установлено слишком большое давление сварки, что снижает сопротивление, или установлен слишком низкий ток, уровень тепла, необходимый для расплавления металла, может никогда не быть достигнут. Если вы попытаетесь преодолеть это, увеличив время сварки, вы все равно можете никогда не довести металл до расплавленного состояния.

СОГЛАСОВАННЫЕ, ВЫСОКОПРОЧНЫЕ ТОЧЕЧНЫЕ ШВА

Ключом к стабильной высококачественной точечной сварке сопротивлением является понимание всех действующих переменных (PCT) и их правильная регулировка и контроль во время производственного цикла.

Хотя сварка сопротивлением иногда считается «черным искусством», это наука, которую можно понять и освоить, обладая небольшими знаниями.

Мы рекомендуем посетить семинар по контактной сварке или найти наставника с необходимыми знаниями.Кроме того, книги и учебные материалы доступны через Американское общество сварщиков (AWS) и из других источников.

ОТДЫХ ИСТОРИИ

Возвращаясь к нашему клиенту, который считал, что чрезвычайно долгое время сварки было ответом на получение прочных точечных швов, мы смогли доказать с помощью разрушающих испытаний, что только восемь циклов времени сварки обеспечили гораздо более прочное соединение, чем 73 цикла времени сварки. (более секунды) использовались до нашего прибытия.

Фактически, в то время как переваренный узел легко ломался при ударе молотком, наша правильно сваренная деталь никогда не ломалась, несмотря на все усилия оператора, чтобы доказать, что мы неправы.

Дополнительным преимуществом «без дополнительной оплаты» за столь короткое время сварки является то, что его производительность резко повысилась, и мы оставили его довольным процессом контактной сварки.

Рэй Микелена имеет более чем 20-летний опыт работы в области контактной сварки. Как сказал один из Т.Инструкторы семинаров по контактной сварке и технические специалисты компании J. Snow Company ездят на металлообрабатывающие заводы по всей стране. Он также является директором компании по безопасности и главным пилотом.

Первоначально опубликовано в журнале Metalforming Magazine, март 2017 г.

WTC — Процесс контактной точечной сварки

Сопротивление сварка — это процесс крепления металлических предметов вместе.Металлические предметы имеют различную электрическую и тепловые свойства, которые позволяют процесс контактной сварки. Изображение Поставляется компанией Lawrence Alexander & Co. Электрически металлические предметы имеют некоторый уровень сопротивление прохождению электрического тока.Этот сопротивление вызовет тепловую энергию в виде электрического тока проходит через заготовку. Чем выше амплитуда и длительность тока, чем выше нагрев будет производиться энергия. Эти отношения могут быть выражается простым уравнением: Тепловые свойства элементов, используемых в Сварка сопротивлением Термически металлические предметы плавятся. точка, удельное теплосодержание, термическое проводимость и многое другое.Используя эти свойства, среда может быть создана для образовать расплавленную ванну, которая замерзнет в сварочный самородок. Теплопроводность (27 o C) Электрооборудование Удельное сопротивление (Ом / CMF) (20 o C) Утюг .803 1300 o C 400 Ом Алюминий 2.37 680 o С 17,6 Ом цинк – 435 o С 22.3 Ом Медь 3,98 1115 o С 10.4 Ом Для плавления требуется определенное количество энергии объем металла, который будет производить сварку самородок. Сварка сопротивлением осуществляется прохождение контролируемой плотности электрического ток ( I ) через сопротивление металлические заготовки ( R ) сверх указанного количество времени ( т ). Сварочный ток подается через медь. электроды под контролируемым усилием. Диаметр электрода, контактирующего с заготовка будет определять плотность электрический ток. Сумма примененного сила электрода также повлияет на сопротивление по всем сопрягающим слоям, включая сварной шов зона самородка и электрод к заготовке области интерфейса.На практике сила регулируется так что тепло сразу создается в прилегающие области. В то время как важно начать нагревание на прилегающих поверхностях заготовки нежелательно создавать чрезмерные тепловые следы на электроде — работа штучный интерфейс. Поэтому очень важно система охлаждения электродов должна быть такой максимально эффективно отводить тепло от поверхность соприкасающихся деталей с электродами.Эффективная система охлаждения сохранит электроды, чтобы контролировать плотность тока. Сталь Контактная сварка стали относительно проще сварки алюминия.В характеристики, облегчающие сварка сопротивлением, чем алюминий, тем выше удельное электрическое сопротивление и его меньшее тепловое проводимость по сравнению с медью электроды. Охлаждение электродов осуществляется очень важно, так как сталь требует наращивания температуры свыше 1300 o C до расплав, температура которого значительно выше температуры плавления меди 1115 o C.Поток воду в электроды необходимо брать отводить тепло, которое накапливается на электроде / работе шт. контактная площадь. Это также поможет в поддержание площади контакта поверхности медные электроды надлежащего размера, которые приведет к поддержанию плотности тока расплавить сталь. Алюминий Алюминий имеет удельное электрическое сопротивление и теплопроводность ближе к теплопроводности медь.Что делает возможным сопротивление сварка заключается в том, что его температура плавления намного ниже, чем у меди. Из-за алюминия более низкое удельное сопротивление и более высокое тепловое проводимость по сравнению со сталью, сопротивление сварка алюминия потребовала бы гораздо большего уровни тока, но сварной шов должен быть выполняется за гораздо меньшее время. Покрытия по стали Характеристики цинка приведены выше проиллюстрировать подходы, необходимые для сварки материалы с покрытием.По сравнению с голой сталью для стали с покрытием потребуется импульс тока перед сваркой, чтобы расплавить покрытие. Это только требуется 435 o C для расплавления покрытия. Сопротивление импульсу тока со стороны сталь создаст жар, который выкипит цинковое покрытие.Однако после плавления цинк лужу вокруг зоны сварного шва и обеспечивают более низкое удельное сопротивление по сравнению с голыми сталь на голую сталь. Из-за этого понижен удельное сопротивление, значительно более высокие уровни ток потребуется для сварки стали с покрытием по сравнению с голой сталью.

Уравнения и расчеты, относящиеся к контактной сварке

Это некоторые из основных расчетов, с которыми вам следует ознакомиться, если вы покупаете оборудование или изучаете процесс контактной сварки.

Расчет времени

Циклы сварки

Первые аппараты для контактной сварки были привязаны к промышленной частоте источника питания машины.По этой причине в документации по контактной сварке все еще довольно часто встречается Weld Cycles . В Северной Америке частота сети составляет 60 Гц. Во многих других частях света рабочая частота составляет 50 Гц.

Карта мира, показывающая частоту в электросети общего пользования по странам. Не все окрашенные области имеют доступ к электросети. В Японии используются как 50 Гц, так и 60 Гц.

Однофазные аппараты переменного тока все еще подсчитывают количество циклов сетевой частоты, чтобы контролировать время сварки.Инверторы (иногда называемые среднечастотными сварочными аппаратами постоянного тока [MFDC]) часто имеют частоту 1000 Гц, что упрощает расчет времени.

Время сварки (в миллисекундах) = количество циклов сварки / частота электросети

В Северной Америке, при 60 Гц:
Время сварки (в миллисекундах) = количество циклов / 60
пример
15 циклов времени сварки
Время сварки (в миллисекундах) = 15/60 = 0,250 секунды (или 250 миллисекунд [мс ])

В Англии и Европе, Китае и большинстве других мест в мире с частотой 50 Гц:
Время сварки (в миллисекундах) = количество циклов / 50
пример
15 циклов времени сварки
Время сварки (в миллисекундах) = 15 / 50 = 0.300 секунд (или 300 миллисекунд [мс])

Рабочий цикл

Рабочий цикл

используется для математического снижения сварочного трансформатора. Сварщики сопротивлением очень редко работают при 100% рабочем цикле (что приравнивается к постоянному включению, как лампочка). Часто они включаются только на короткое время. Если бы все аппараты для контактной сварки были рассчитаны на 100% -ный рабочий цикл, все они были бы огромными и очень дорогими. Таким образом, рабочий цикл можно использовать, чтобы сделать оборудование более подходящим для повседневной «нормальной» работы.

При покупке сварочного аппарата следует проявлять осторожность, так как расчет рабочего цикла можно изменить, чтобы заставить оборудование звучать более мощно, чем другое оборудование. См. Диаграммы ниже в разделе «КВА в зависимости от рабочего цикла». «50 кВА» — это не всегда сравнение яблок с яблоками.

В Северной Америке обычно принято оценивать сварочные трансформаторы на уровне 50%. На некотором импортном оборудовании вы увидите рейтинг рабочего цикла 20%. Можно найти трансформаторы с рейтингом от 4%. (Трансформатор с номиналом 0% означает, что вы никогда не сможете его использовать.)

Рабочий цикл = (время сварки) / (прошедшее время)
Прошедшее время часто рассчитывается с использованием 2 секунд, но также может быть рассчитано за одну минуту

пример (1 минута)
в среднем 4 сварных шва в минуту при времени сварки 15 циклов (250 мс) в Северной Америке
Рабочий цикл = (4 сварных шва по 0,250 с) / 60 с = 0,01667 = 1,67% рабочего цикла

пример (2 секунды)
в среднем 1 сварка за 2 секунды при времени сварки 15 циклов (250 мс) в Северной Америке
Рабочий цикл = (1 сварка X 0.250 с) / 2 с = 0,125 = рабочий цикл 12,5%

Трансформатор кВА

Расчет однофазного тока в кВА

S (кВА) = I (A) x V (RMS) / 1000

S (кВА) = полная мощность в кВА
I (A) = ток в амперах
В (RMS) = действующее напряжение

пример
I (A) = 153 A
V (RMS) = 460 V
S (kVA) = 70 kVA

Расчет трех (3) фазных ампер на кВА

S (кВА) = sqrt (3) x I (A) x V (RMS) / 1000

S (кВА) = полная мощность в кВА
I (A) = ток в амперах
В (RMS) = действующее напряжение

пример
I (A) = 153 A
В (RMS) = 460 В
S (кВА) = 122 кВА

кВА в зависимости от рабочего цикла

Px = Pmax X sqrt (Dc)

Px = кВА (x% нагрузки)
Pmax = кВА (нагрузка 100%)
Dc = рабочий цикл (пример: 30% = 0.30)

пример
Dc = 0,5
Pmax = 100 кВА
Px = 70,7 кВА

пример
Dc = 0,5
Px = 100 кВА
Pmax = 141,4 кВА

Передаточное число

Коэффициент витков — это просто отношение входного напряжения / силы тока к выходному напряжению / силе тока.

Мощность трансформатора должна быть примерно такой же, как на входе, так и на выходе. Следовательно:
Мощность (вход) = Мощность (выход)
и
Мощность (Вт) = Вольт X Ампер
Вольт (вход) X Ампер (вход) = Вольт (выход) X Ампер (выход)
Вольт (вход) / Ампер (выход) = Вольт (выход) / Ампер (вход)

Преимущества контактной сварки нержавеющей стали

Компания Marlin применяет несколько видов методов и процессов сварки для изготовления проволоки нестандартной формы. Наиболее распространенными из них являются процессы дуговой сварки (например, сварка MIG и сварка TIG) и контактная сварка.Хотя оба процесса включают использование электричества для соединения двух металлических частей, между ними есть несколько отличий.

Например, в процессах дуговой сварки для соединения двух деталей часто используется присадочный материал, а в контактной сварке этого не происходит. При контактной сварке давление является основным фактором завершения сварки, тогда как дуговая сварка не так сильно полагается на это.

Как и любой другой производственный процесс, контактная сварка при неправильном обращении может привести к дефектам готовой детали.Однако, несмотря на необходимость точного контроля электричества, времени сварки и давления, контактная сварка остается предпочтительным методом Marlin для соединения деталей из нержавеющей стали.

Почему?

Потому что, несмотря на относительную сложность процесса, использование контактной сварки на нержавеющей стали дает некоторые ключевые преимущества:

Что такое контактная сварка?

Сварка сопротивлением — это процесс электросварки, при котором две детали удерживаются вместе, когда через них проходит ток.Тепло для соединения деталей создается за счет их сопротивления проходящему через них электрическому току.

Сжав две детали вместе во время процесса сварки, они могут быть соединены окончательно, хотя необходимо соблюдать осторожность с величиной приложенного давления и продолжительностью электрического тока.

Преимущества контактной сварки

1. Точные сварные швы без беспорядка. Общей проблемой для многих сварных швов, в которых используются присадочные материалы, является то, что присадочный материал может лопнуть и разбрызгиваться во время процесса сварки, создавая неприглядную остроту или заусенцы, которые необходимо сгладить позже.При контактной сварке наполнитель не используется. Таким образом, при соединении двух кусков нержавеющей стали риск появления брызг при сварке гораздо меньше (если сварное соединение не сильно перегревается).
2. Более быстрая сварка нержавеющей стали. Одна из интересных особенностей нержавеющей стали заключается в том, что большинство ее составов имеют довольно высокое электрическое сопротивление. Поскольку контактная сварка работает, пропуская электричество через материал и выделяя тепло за счет сопротивления, нержавеющая сталь имеет тенденцию очень быстро нагреваться до температуры сварки.Это позволяет выполнять сварку сопротивлением невероятно быстро — например, сварочный аппарат IDEAL от Marlin может выполнить сварку за две миллисекунды и миллисекунд (то есть 2/1000 секунды).
3. Уменьшение обесцвечивания в месте сварки. Поскольку контактная сварка может быть очень быстрой (при управлении с помощью регулятора сварки на постоянном токе средней частоты), тепло от сварного шва не имеет такой возможности распространяться. Это сводит к минимуму риск ожогов и обесцвечивания места сварки.
4. Устранение поклона. Когда заготовка остается горячей слишком долго, она может начать терять форму, изгибаясь вокруг места сварки. Таким образом, еще одно преимущество молниеносных сварочных процессов, таких как контактная сварка нержавеющей стали, заключается в том, что эти деформации в значительной степени устраняются — металл не остается горячим достаточно долго, чтобы изогнуться.
5. Не нужно беспокоиться о флюсе / наполнителе. Сварка сопротивлением не использует присадочный материал вообще . По этой причине нет причин беспокоиться о постоянной подаче наполнителя или остановке машины для его наполнения.Кроме того, контактная сварка, в отличие от дуговой, не требует использования защитных газов. Отсутствие зависимости от расходных материалов гарантирует, что машина для контактной сварки может работать с максимальной производительностью весь день без перебоев.

Есть вопросы о сварке нестандартных форм проволоки? Обратитесь к команде Marlin Steel, чтобы получить ответы. Инженеры-механики Marlin имеют многолетний опыт оказания помощи производителям в разработке идеальных индивидуальных металлических форм для их нужд.

Консультанты по точечной сварке | Сварочные трансформаторы сопротивления RoMan, Даллас, Техас, Юго-Запад

Назначение: заземляющий реактор используется там, где прямое заземление сварочной цепи нецелесообразно для защиты оператора от опасности поражения электрическим током, вызванного емкостной связью или нарушением изоляции между первичной и вторичной обмотками сварочный трансформатор.Типичные области применения — переносные установки сварочных пистолетов, установки трансгенераторов для роботов или последовательная сварка, а также двухтактные сварочные цепи в многоточечных сварочных аппаратах. В публикации AWS ANSI / ASC Z49.1-1983, озаглавленной «Безопасность при сварке и резке», в параграфе 12.4.6 перечислены заземляющие реакторы в качестве рекомендуемых устройств безопасности для этих приложений.

Рейтинг: Заземляющий реактор рассчитан на рабочее напряжение, превышающее максимальное вторичное напряжение сварочного трансформатора, и сечение заземляющего проводника, которое должно быть равно или больше, чем требуется Национальным электротехническим кодексом.Заземляющие реакторы серии RGR24 / 4 имеют рабочее напряжение не более 24 В при частоте 60 Гц и сечение заземляющего проводника медного провода № 4 AWG Конструкция и функции: Заземляющий реактор состоит из катушки с отводом по центру, установленной на магнитопроводе, который помещается корпус из листового металла, полностью залитый эпоксидной смолой. Такая конструкция предотвращает повреждение изоляции от загрязняющих веществ, таких как масло, вода, сварочные брызги и т. Д., И защищает устройство от механических повреждений. Электрически концы проводов заземляющей катушки реактора соединены с вторичными выводами сварочного трансформатора и центром вывод отвода подключен к земле.В нормальных условиях полное сопротивление заземляющего реактора ограничивает прохождение циркулирующих токов контура заземления, но обеспечивает путь заземления для емкостных зарядов вторичной обмотки. В случае нарушения изоляции между первичной обмоткой и вторичной обмоткой сварочного трансформатора вторичная обмотка приобретает электрический потенциал относительно земли или, говоря более общим языком, становится электрически «под напряжением». Результирующий ток течет в обеих частях катушки с отводом по центру, которые «компенсируют» друг друга, создавая путь с низким сопротивлением к земле и вызывая размыкание устройства первичной защиты.Применение: Выберите соответствующий заземляющий реактор по:

№

Столбец 1 Максимальное вторичное напряжение	Номинальный ток предохранителя, столбец 2	Колонка 3 Тип соединений	Колонка 4, реактор заземления Номер модели	Прибл. Номинальная мощность кВА при рабочем цикле 50%	Требуемый размер заземляющего проводника	Масса (фунт)	Чертеж №
До 24 В / 60 Гц	до 300 А	Выводы # 4 AWG Бобышки без пайки	RGR 24 / 4-1099 RGR 24 / 4-1100
До 28 В / 60 Гц	до 300 А	Выводы # 4 AWG Бобышки без пайки	RGR 28 / 4-1150 RGR 28 / 4-1151
До 28 В / 60 Гц	до 500 А	Выводы # 2 AWG Бобышки без пайки	RGR 28 / 2-1152 RGR 28 / 2-1153
До 34 В / 60 Гц	до 500 А	Выводы # 2 AWG Бобышки без пайки	RGR 34 / 2-1513 RGR 34 / 2-1514

Методы контактной сварки, обжима и пайки используют больше энергии и производственных материалов, чем ультразвуковая сварка

Оборудование Sonobond не только обеспечивает превосходные сварные швы, но и дает значительную экономию по сравнению с такими методами, как контактная сварка и пайка.Это делает его беспроигрышным для производителей, поскольку они могут производить быстрые и надежные сварные швы, в то же время обеспечивая значительные преимущества в экономии энергии и других производственных издержках.

Оборудование Sonobond потребляет значительно меньше энергии, чем оборудование для контактной сварки. Производители, установившие несколько устройств для контактной сварки, могут потребовать новую электрическую подстанцию ​​для удовлетворения своих требований. С другой стороны, оборудование для ультразвуковой сварки обычно может быть оснащено стандартной промышленной мощностью.Эту экономию можно проиллюстрировать на примере сборки жгутов проводов для автомобильной и аналогичной техники. При использовании контактной сварки требуется в 20 раз больше энергии, чем при ультразвуковой сварке. Тем не менее, для выполнения ультразвуковой сварки требуется примерно столько же времени, что и для сварки сопротивлением.

Для мощных аппаратов контактной сварки, в отличие от аппаратов для ультразвуковой сварки металлов, требуется водяное охлаждение. Эту воду часто необходимо очищать, прежде чем она попадет в поток отходов, что увеличивает время и затраты на производственный цикл.Детали, возможно, также придется очистить перед обработкой с помощью оборудования для контактной сварки. Напротив, оборудование Sonobond быстрое и экологически чистое. Никаких из этих дополнительных действий не требуется.

Превосходство обжима и припоя

Производители жгутов проводов сообщают, что ультразвуковая сварка снижает затраты на присоединение медных проводов на 50% или более по сравнению со старыми методами обжима и пайки. Соединения, сваренные ультразвуковой сваркой, также прочнее, имеют лучшую электропроводность и меньше весят без механического обжима.Короче говоря, ультразвуковая сварка металла дает соединения жгутов проводов, которые значительно превосходят соединения, созданные путем обжима и пайки. Благодаря этому производители сообщают, что потребность в дорогостоящих гарантийных ремонтах узлов «провод-провод» и «провод-клемма» существенно снизилась.

Другие преимущества экономии денег

Сварщики металла Sonobond Ultrasonics могут предложить клиентам еще больше возможностей для значительной экономии. Наши устройства требуют минимального обучения оператора.Фактически, время и усилия, затрачиваемые на обучение операторов, для нашего оборудования примерно такие же, как и для установок контактной сварки, и меньше, чем те, которые требуются для методов обжима и пайки.

Наши аппараты для ультразвуковой сварки металлов с микропроцессорным управлением могут устанавливать и вызывать из памяти до 250 протоколов сварки. Сварку можно контролировать по высоте, энергии или времени, что снижает вероятность того, что оператор сделает дорогостоящие ошибки.

Есть также встроенные функции, которые могут обеспечить значительную экономию для клиентов.Например, все аппараты для точечной сварки металла Sonobond используют нашу уникальную конструкцию клинового язычка с термообработанными наконечниками Taper Lock из инструментальной стали. Они рассчитаны на 100 000 сварных швов. Когда насадки, наконец, необходимо заменить, наши устройства сконструированы таким образом, чтобы это можно было сделать быстро и легко с минимальными трудозатратами и простоями. Некоторые аппараты для ультразвуковой сварки металлов других компаний требуют замены всего рожка, а не только наконечника. Но это не относится к оборудованию Sonobond.Итак, у нас есть еще один пример того, как мы помогаем нашим клиентам сэкономить драгоценное время и деньги. Система Sonobond также является единственной ультразвуковой системой, способной сваривать наиболее окисленные и слегка луженые провода и клеммы.

Ультразвуковые точечные сварочные аппараты Sonobond

Лидирующие позиции Sonobond в области ультразвуковой точечной сварки металлов демонстрируют следующие устройства:

• SpliceRite ™ Wire Splicer для самого низкого сопротивления и наиболее надежных электрических соединений.Эта машина выполняет твердотельные металлургические швы из жгутов многожильных медных проволок площадью до 60 мм2. по размеру. Луженые провода до 35 кв. Мм. может работать с нашим блоком питания мощностью 3500 Вт.
• Dual Head SpliceRite ™ включает две головки для ультразвуковой сварки, по одной с каждой стороны зоны сварки, для увеличения сварочной способности. Устройство уверенно обрабатывает жгуты проводов сечением от 48 до 100 кв. Мм, в том числе до 60 кв. Мм. провода луженые.
• SonoWeld® 1600 Точечная сварка выполняет точечную сварку, а также сварку между проводом и выводом цветных металлов, в том числе разнородных металлов, таких как медь с алюминием.SonoWeld® 1600 идеально подходит для приваривания многослойной и / или тонкой фольги к выступам или клеммам для сборки литий-ионных и никель-металлгидридных аккумуляторов.
• Двухголовый точечный сварочный аппарат оснащен двумя ультразвуковыми сварочными головками, по одной с каждой стороны зоны сварки, для повышения производительности сварки. Он сваривает листы из цветных металлов, в том числе алюминий толщиной до 3 мм, и снижает налипание наконечника на более тонкий алюминий, который используется в автомобильной промышленности. Это устройство идеально подходит для приваривания до 80 слоев фольги к контактам и клеммам, которые используются в современных аккумуляторных батареях и суперконденсаторах.
• Ультразвуковой одноточечный сварочный аппарат с заземлением — SPG 2600 — это управляемая микропроцессором система точечной сварки металла для изготовления одноточечных заземляющих клемм, используемых в сложных автомобильных электронных компонентах и ​​схемах. SPG может приваривать до 18 проводов к одной клемме всего за один импульс перед автоматическим складыванием клеммных рычагов для снятия напряжений в соединении.

Более полувека инноваций

Более 60 лет Sonobond является мировым лидером в области применения ультразвуковой сварки.Компания, тогда известная как Aeroprojects, получила первый патент на ультразвуковую сварку металла. Это было в 1960 году. За прошедшие годы Sonobond заработала заслуженную репутацию благодаря своей новаторской работе и качественной продукции. Сегодня Sonobond производит полную линейку оборудования для ультразвуковой сварки и склеивания. Среди многочисленных клиентов компании ведущие фирмы в области электротехники, автомобилестроения, бытовой техники, солнечной энергии, аэрокосмической промышленности, фильтрации, медицины и производства одежды.

Выбор подходящего устройства Sonobond

В рамках своей приверженности предоставлению высококачественных услуг Sonobond предлагает бесплатный, не требующий обязательств, тест жизнеспособности ультразвуковой сварки. Это помогает гарантировать, что каждый клиент выберет правильное оборудование для своего конкретного применения. Как только компания решает включить устройство Sonobond в свой производственный процесс, прилагаются все усилия, чтобы сделать процесс как можно более плавным. Мы понимаем, что каждая установка уникальна.Поэтому наш персонал очень тесно сотрудничает с клиентами, чтобы убедиться, что все идет гладко. Любой, кто выбирает оборудование Sonobond, может рассчитывать на нашу надежную и всестороннюю техническую поддержку до, во время и после установки ».

Дополнительная информация

Дополнительную информацию об оборудовании для ультразвуковой сварки металла Sonobond можно получить, написав мне по электронной почте. Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. или по телефону 1-800-323-1269.Чтобы узнать больше о других продуктах Sonobond или узнать, как воспользоваться преимуществами бесплатного тестирования жизнеспособности ультразвуковой сварки, посетите сайт www.SonobondUltrasonics.com.

Сопротивление и лазерная сварка медицинских приборов

СВАРОЧНЫЕ МЕТАЛЛЫ

В медицинских устройствах используются различные металлические компоненты, которые часто свариваются для образования надежного и прочного соединения. Варианты, доступные для сварочных процессов, ограничены из-за определенных ограничений, таких как геометрия детали или металлургия, или требований, таких как автогенные сварные швы (т.е., соединение без добавления припоя или пайки) или возможность выполнить одиночный точечный сварной шов в определенном месте. Такие ограничения быстро сокращают доступный выбор до двух процессов, а именно контактной сварки и лазерной сварки. Эти два процесса похожи в том, что они довольно хорошо подходят для сварки большинства медицинских сплавов, но они различаются с точки зрения конструкции деталей и управления процессом, и они образуют разные типы соединений.

Таблица I.Сводное сравнение характеристик процесса контактной и лазерной сварки. (щелкните изображение, чтобы увеличить)

Выбор между этими двумя процессами — сложная задача, требующая понимания возможностей и ограничений обоих перед принятием обоснованного решения (см. Таблицу I). Это особенно верно, когда этап сварки передается на аутсорсинг. В таких случаях еще более важным становится обеспечение надежной конструкции приложения.Инженеры должны хорошо разбираться в основах, включая конфигурации сварных швов, образование соединений, управление процессом, мониторинг и анализ сварных швов, как для контактной, так и для лазерной сварки. Такая информация гарантирует, что они примут правильное решение.

Сварка сопротивлением

Как следует из названия, при контактной сварке используется электрическое сопротивление току, протекающему через детали, для генерирования сварочного тепла. Ток проходит через два сварочных электрода, которые подключены к вторичной обмотке источника сварочного тока и замыкают цепь.Два электрода также обеспечивают сварочное усилие, которое прикладывается с помощью сварочной головки для обеспечения надлежащего контакта между электродами и свариваемыми деталями.

Источник питания преобразует входящий сигнал высокого напряжения и низкого тока в более полезный (и безопасный) сигнал низкого напряжения и высокого тока. Для медицинских устройств характерны токи от 50 до 2000 А.

Тепло, выделяемое при сварке, выполняет несколько функций. Начальная часть сварочного тепла используется для выжигания любых органических загрязнителей на границе сварного шва — клубы дыма, образующиеся во время сварочного импульса, являются свидетельством такой активности.Загрязнение от масла для пальцев и грязи в атмосфере незначительно и обычно не влияет на сварной шов. Однако наличие чрезмерного количества черной сажи на внешних поверхностях или ее удаления с поверхности раздела сварного шва может указывать на загрязнение, которое необходимо удалить перед сваркой. Затем детали следует очистить ацетоном и обращаться с ними только с подушечками для пальцев. Поверхности сварных швов всегда должны быть свободны от загрязнений, таких как смазки для пресс-форм, смазочные материалы для штамповки, а также клеи или полимеры, которые проникают в зону сварного шва.Встречающиеся в природе поверхностные оксиды большинства металлов и сплавов, включая нержавеющую сталь и титан, не имеют достаточной толщины, чтобы препятствовать сварке.

Рис. 1. Схема, показывающая временную диаграмму и форму сигнала для контактной сварки. (щелкните изображение, чтобы увеличить)

Типичная последовательность сварки (показанная в виде временной диаграммы на Рисунке 1) начинается с опускания движущихся электродов и приложения к деталям требуемого сварочного усилия.После того, как механические системы стабилизируются (известное как время сжатия), источник питания выдает сварочный импульс. После импульса сварки детали выдерживаются под действием сварочного усилия и им дают остыть (время выдержки). Именно во время этого процесса охлаждения сварной шов набирает свою прочность. По истечении времени выдержки электроды втягиваются и детали удаляются. В зависимости от типа источника питания сварочный импульс может включать в себя нарастание, время сварки и спад. Использование времени сжатия и наклона наверх предотвращает прилипание электрода и искрение, тогда как уменьшение наклона дает некоторую гибкость в управлении температурой сварного шва.

Если состояние поверхности деталей нестабильно (что приводит к несоответствию контактного сопротивления), можно использовать двухимпульсную сварку. В этом процессе первый импульс используется для кондиционирования деталей, чтобы уменьшить несоответствия. Затем второй сварочный импульс подает тепло сварочного шва. Первый импульс обычно работает в режиме мощности с ограничением тока (блоки обратной связи с обратной связью), обеспечивая различное количество энергии в зависимости от состояния поверхности. Иногда геометрия детали и выбор материала являются сложными, что затрудняет одновременное приведение обеих деталей в расплавленное или размягченное состояние.В таких случаях для получения желаемого результата можно использовать несколько сварочных импульсов. ¹ Способность одновременно приводить металлы по обе стороны от границы раздела сварного шва в расплавленное или размягченное состояние называется тепловым балансом.

Рис. 2. Конфигурации сварного шва, обычно используемые для контактной сварки. Электроды показаны красным. Место сварки показано в виде эллипса с пунктирной линией. (щелкните изображение, чтобы увеличить)

Конфигурации сварного шва. Контактная сварка предлагает широкий выбор конфигураций сварных швов; схемы показаны на рисунке 2. При сварке противоположными электродами два электрода прикладывают силу, чтобы зажать детали между кончиками электродов. Конфигурация с противоположными электродами является наиболее надежной, поскольку сварочный ток имеет прямой и прямой путь для прохождения.На рис. 3а представлена ​​фотография сварного шва между никелевой проволокой и штырем из сплава.

Если доступ ограничен с одной стороны, например, при приваривании выступов к батарее, можно использовать параллельный зазор или ступенчатую сварку. Сварочные швы с параллельным зазором трудно контролировать, поскольку сварочный ток может проходить через один или оба слоя. В ситуациях, когда верхний слой более проводящий, чем основной, можно использовать ступенчатый сварной шов, чтобы заставить ток проходить через поверхность раздела сварного шва.

В конфигурациях, в которых свариваемые детали значительно различаются по размеру или электропроводности, или и того, и другого, становится трудно обеспечить требуемую температуру сварки в обоих компонентах на границе раздела сварного шва. Альтернативой является использование выступа на более крупном или более проводящем компоненте, чтобы обеспечить лучший тепловой баланс.

Выступ можно штамповать, чеканить или обрабатывать на станке. Размер выступа должен соответствовать размеру противоположной части. Для очень тонкой алюминиевой фольги, приваренной к вольфрамовому стержню, придание шероховатости поверхности стержня путем механической обработки или шлифовки наждачной бумагой может создать микроскопические выступы для сварки.При контактной сварке возможна сварка тонкой фольги и тонкой проволоки размером до 25 мкм, поскольку большая часть тепла генерируется на границе раздела сварных швов и позволяет фольге или проволоке частично сохранять свою структурную целостность.

Уникальным аспектом процесса контактной сварки является то, что место сварки на границе раздела сварных швов экранировано самими деталями, что приводит к образованию внутренних сварных швов. Преимущество формирования внутренних сварных швов заключается в том, что зона сварки не подвергается воздействию воздуха. Следовательно, для предотвращения загрязнения сварного шва не требуется защитный газ.Такие сварные швы также привлекательны с косметической точки зрения, поскольку они вызывают минимальное искажение поверхности деталей и удовлетворяют требованиям к внешнему виду хирургических инструментов и диагностических продуктов. Чтобы избежать окисления поверхности, можно использовать инертный защитный газ, например аргон (Ar).

Таблица II. Обычно используемые электродные материалы для контактной сварки. IACS относится к Международному стандарту отожженной меди и используется для выражения проводимости немагнитных материалов. (щелкните изображение, чтобы увеличить)

Выбор подходящего сварочного электрода также важен, потому что контактная сварка — это контактный процесс. Медные электроды класса проводимости 2 используются для сварки резистивных материалов, таких как нержавеющая сталь и титан. Для проводящих материалов, таких как золото, медь или платина, требуются резистивные электроды из молибдена или вольфрама. Дополнительные варианты электродов перечислены в Таблице II.

Неправильный выбор материала электрода может привести к недостаточному нагреву сварного шва, залипанию электрода или загрязнению поверхности. Если конфигурация не имеет особенно подходящего электрода, может быть возможность ввести третий материал для улучшения теплового баланса и отвлечь внимание от границы раздела электродного материала. Например, при приваривании никелевого вкладыша к титановой поверхности может оказаться полезным поместить между ними фольгу из нержавеющей стали. Резистивная нержавеющая сталь помогает сосредоточить тепло на границе раздела сварного шва.

Виды облигаций. Сварка сопротивлением уникальна тем, что детали не должны плавиться для образования соединения; им нужно только смягчиться, чтобы слиться вместе. Атомы металла по обе стороны от границы сварного шва образуют связь — до тех пор, пока загрязнения на поверхности не мешают атомам, которые должны находиться в непосредственной близости. Связь, образованная без плавления компонентов, называется твердотельной связью. В большинстве случаев линии соединения видны на границе раздела (как показано на рисунке 3b), за исключением сварки аналогичных материалов, когда на границе раздела может происходить рост зерен.При сварке проводящих сплавов и тугоплавких металлов обычно используется твердотельное соединение.

В дополнение к твердотельному соединению, контактная сварка может образовывать соединение плавлением, при котором материал по обе стороны от границы раздела плавится, смешивается и затвердевает, образуя сварной шов. Соединения плавлением довольно часто встречаются при сварке резистивных сплавов, таких как нержавеющая сталь (рис. 3c). Несмотря на то, что наличие плавления можно рассматривать как предпочтительный тип соединения, это не часто относится к медицинским устройствам, где сварка разнородных металлов и сплавов является обычным явлением.Соединение плавлением разнородных металлов может привести к образованию интерметаллических соединений, которые могут привести к хрупкому сварному шву. Сварка сопротивлением занимает свою нишу при сварке разнородных сплавов с получением твердотельной связи. При сварке разнородных металлов с разной температурой плавления сплав с более низкой температурой плавления может образовывать припой на металле с более высокой температурой плавления, как это видно во время сварки фольги из нержавеющей стали с огнеупорным стержнем (см. Рис. 3d).

Рисунок 3.Методы контактной сварки. Конфигурация противоположных электродов может быть наилучшей для никелевой проволоки, приваренной к стойке из сплава (а). Четкие линии сварного шва (b) хорошо видны при твердотельном соединении. Для резистивных сплавов, таких как нержавеющая сталь, обычно требуется соединение плавлением (c), на котором образуется сварной шов. Пайка, образованная расплавленной сталью на стержне из тугоплавкого металла (d), демонстрирует, как соединяются сплавы с разными температурами плавления. (щелкните изображение, чтобы увеличить)

Сварка сопротивлением часто используется, когда один или оба компонента имеют покрытие на поверхности.Покрытие можно использовать для улучшения коррозионной стойкости или для обеспечения хорошей поверхности пайки. Гальванический сплав может действовать как слой припоя на границе раздела, или он может просто обеспечивать хорошее связующее для образования твердотельного соединения. Золотая вспышка с никелевым барьерным слоем под ней является наиболее распространенным вариантом. Слой золота легко приваривается к аналогичным металлам, включая медь, никель, платину и палладий.

Сварка сопротивлением

также используется, когда один или оба компонента покрыты оловом (или припоем).Тепло, генерируемое током, расплавляет покрытие и образует галтели припоя, которые образуют паяное соединение при его охлаждении. Сварка сопротивлением — единственный процесс сварки, который может обеспечить все три типа соединений: припой или пайку, твердотельное соединение и плавление.

Контроль и мониторинг процессов. При контактной сварке электрическая энергия в виде сварочного тока течет от источника питания (или трансформатора) к сварочной головке, где она проходит через электроды, через свариваемые детали и обратно к источнику питания для завершения. схема.Энергия, потребляемая сварным швом, может быть определена количественно путем измерения падения напряжения на сварном шве и тока, протекающего через сварной шов. Процесс сварки должен удовлетворять как уравнению энергии, так и закону Ома следующим образом:

Энергия: E = В × I × т ,

, где В, — напряжение, I — ток, а t — время;

Закон Ома: В = I × R ,

, где R — сопротивление.

Если R одинаковы между сварными швами, то электрические параметры и общая энергия, передаваемая сварному шву, также согласованы. Любое изменение R , вызванное состоянием поверхности, изменением объема материала или даже изменениями температуры электрода, приведет к соответствующим изменениям электрических параметров и общей энергии.

На основе понимания типа изменений, ожидаемых в R , электрические параметры могут быть соответствующим образом скомпенсированы для получения однородных сварных швов.Такая компенсация может быть обеспечена системами обратной связи с обратной связью, которые настроены на работу в режиме тока, напряжения или мощности.

Источники питания с замкнутым контуром представляют собой транзисторные или линейные источники постоянного тока (dc) или высокочастотные инверторные типы. Формы сигналов, генерируемых такими блоками, очень похожи на схему, показанную на рисунке 1. Другие типы используемых источников питания включают источники переменного тока (AC) и блоки разряда конденсаторов (CD). Эти источники энергии производят одиночный импульс энергии, который напоминает профиль переменного тока полупериода.Ни один из них обычно не обеспечивает обратной связи с обратной связью, хотя некоторые контролируют электрические параметры.

Источник питания с обратной связью, работающий в режиме управления током, обеспечивает запрограммированную величину тока и позволяет изменять напряжение в зависимости от изменений сопротивления сварного шва. Затем изменения напряжения следует использовать в качестве параметра мониторинга со статистическими пределами для управления процессом. Точно так же ток контролируется в режиме напряжения. В режиме питания можно контролировать ток, напряжение или и то, и другое.

Режим контроля тока позволяет компенсировать незначительные изменения в уровнях окисления. Режим напряжения можно использовать для компенсации изменений температуры электродов и шунтирования соседних сварных швов или предотвращения разрыва тонкой проволоки. Режим мощности можно эффективно использовать для компенсации вариаций позиционирования деталей.

Помимо контроля электрических параметров, смещение сварного шва также предоставляет полезную информацию. Значения смещения можно эффективно измерить, когда одна из частей представляет собой проволоку или имеет выступ.Измерение смещения сварного шва вместе с измерением одного электрического параметра может предоставить практически полную информацию о качестве сварного шва.

Лазерная сварка

Лазерная сварка использует сфокусированный луч лазерного света для плавления и сварки двух частей. Лазерная сварка — это бесконтактный процесс, который не требует электрического подключения к детали. Источник лазерного света бывает монохроматическим (одна длина волны) и когерентным (все лучи параллельны). Эти свойства позволяют фокусировать лазер на очень маленькое пятно с достаточно высокой плотностью энергии для плавления металлов.Энергия лазера доставляется в импульсном или непрерывном режиме. Сварка в непрерывном режиме не является обычным явлением для медицинских устройств и в этой статье не обсуждается. Во время импульсной сварки энергия лазера передается короткими импульсами высокой энергии. Временные шкалы указаны в миллисекундах, а пиковая мощность обычно составляет порядка 3–5 кВт. Импульсы могут перекрываться на 80–95%, образуя герметичное уплотнение. Импульсная сварка обычно используется для герметизации титановых банок для имплантируемых устройств.

Источником лазера, наиболее часто используемым для импульсной сварки, является лазер Nd: YAG, излучающий длину волны в ближнем инфракрасном диапазоне, равную единице.064 мкм. Внутренние конфигурации лазеров включают стержневые лазеры с накачкой импульсными лампами, дисковые лазеры и волоконные лазеры. Большинство металлов, не обладающих высокой электропроводностью или отражающей способностью, таких как титан и нержавеющая сталь, достаточно хорошо поглощают лазерный свет, и поэтому сварка не представляет проблемы.

Сварка сплавов меди, золота, серебра и платины может быть затруднена по нескольким причинам. Сплавы обладают отражающей способностью, поэтому сложно передать энергию лазера в материал, чтобы инициировать сварку.Даже если свет поглощается, высокая теплопроводность рассеивает тепловой импульс от зоны сварного шва. Лазерный импульс должен быть тщательно запрограммирован, чтобы обеспечить связь и избежать чрезмерного плавления.

Типичная последовательность сварки для лазерной точечной сварки очень похожа на последовательность контактной сварки, показанную на рисунке 1. Детали должны быть соединены вместе и удерживаться на месте, чтобы обеспечить надлежащее представление энергии лазера, что аналогично сочетанию силы и выжать время для контактной сварки.Сварочный импульс может иметь нарастание, время сварки и спад по причинам, аналогичным тем, которые возникают при контактной сварке. Наклон вверх предотвращает чрезмерное нагревание и изгнание; наклон вниз можно использовать для управления скоростью охлаждения металла шва.

Лазеры обычно программируются по секторам за один импульс. Новые устройства могут иметь до 20 секторов и могут эффективно создавать любой необходимый шаблон, включая подъем и спуск. Импульсные лазеры также предлагают гибкость для снижения энергии в серии импульсов к концу сварного шва, чтобы обеспечить постепенный переход.Даже после того, как энергия лазера отключена, детали должны удерживаться вместе во время выдержки, чтобы не повредить сварной шов, поскольку расплавленный металл охлаждается, а затем затвердевает.

Рисунок 4. Схематическое изображение сварных швов при лазерной сварке. Зоны слияния заштрихованы. Возможна сварка швов любой из конфигураций с точечной сваркой внахлест. (щелкните изображение, чтобы увеличить)

Конфигурации сварного шва. Лазерная сварка предлагает широкий выбор конфигураций сварных швов; схемы показаны на рисунке 4. Конфигурации включают сварной шов внахлест, стыковой шов, краевой шов и угловой шов. Также включена схема сварного шва, который, по сути, представляет собой серию перекрывающихся точечных швов. Любую конфигурацию лазера можно использовать для точечной сварки или шва. На рисунке 5а показан сварной шов внахлест.

В отличие от контактной сварки, при которой выполняются внутренние сварные швы, лазерная сварка начинается с внешней поверхности и проникает в основную массу свариваемых материалов.Поскольку сварные швы являются внешними, только небольшая часть свариваемой детали должна подвергаться воздействию лазера.

Лазерные точечные сварные швы формируются в режиме проводимости или в режиме «замочной скважины». В режиме проводимости энергия лазера взаимодействует только с поверхностью металла или сварочной ванны. Тепло, генерируемое за счет поглощения энергии лазера, передается внутрь только за счет теплопроводности. Профиль сварного шва в поперечном сечении имеет форму неглубокой чаши, как показано на рисунке 5b.

Рисунок 5.Некоторые примеры лазерной сварки. Сварной шов внахлест (а) показывает перекрывающиеся импульсы, включая последний импульс. Стыковой шов (b) между двумя компонентами показывает расположение импульса смещения. Пористость сварного шва допустима до тех пор, пока поры захвачены в зоне плавления, как в (c): поперечное сечение сварного шва внахлест из рисунка 5a. Пайка, образованная сплавом с более низкой температурой плавления на проволоке из тугоплавкого металла (d), на самом деле представляет собой соединение плавлением. (щелкните изображение, чтобы увеличить)

По мере увеличения плотности мощности импульса сварной шов может перейти в режим «замочной скважины», когда расплавленный металл отталкивается сварочной плазмой, а лазерный луч достигает сварного шва.(На рис. 5c показан сварной шов внахлест, который, по-видимому, перешел в режим «замочной скважины» и имеет профиль в форме перевернутого конуса с более высоким соотношением сторон.)

Одной из основных проблем лазерной сварки является обеспечение плотного контакта двух свариваемых деталей. Лазерная сварка не терпит воздушных зазоров, особенно между мелкими деталями. Как показывает практика, максимальный воздушный зазор должен составлять менее 10% от самого тонкого компонента. Использование приспособлений необходимо для обеспечения правильного позиционирования и контакта между частями.Если удержание деталей с помощью приспособлений оказывается затруднительным, детали можно скрепить прихваточными швами перед самой сваркой. Поскольку лазерная сварка представляет собой бесконтактный процесс, он позволяет проектировщику выбирать места сварки, которые труднодоступны для электродов контактной сварки и которые требуют сварки плавлением, как при сквозной сварке. Энергия лазера также может передаваться через кварцевое окно для сварки внутри камеры, заполненной аргоном.

Виды облигаций. При лазерной сварке поглощенная энергия сварного шва используется для плавления материала на границе раздела сварного шва.Расплавленный материал плавится, смешивается и затвердевает, образуя связь. Все лазерные сварные швы в металлах представляют собой сварные швы плавлением, как показано на рисунках 5b и 5c. Твердотельные сварные швы не подходят. Наличие зоны сварки плавлением, подверженной воздействию окружающей среды, представляет собой другой набор проблем. Открытая ванна расплава может обмениваться атомами с окружающей средой. Для сплавов, содержащих летучие элементы, существует вероятность того, что некоторая часть летучего компонента может испариться во время сварки.

Большую озабоченность вызывает потеря материала с поверхности. Любой резкий выброс во время процесса сварки может привести к выбросу небольших шариков расплавленного металла, известных как сварочные брызги. Обычно объем потери невелик, но брызги могут попасть на другие части медицинского устройства и вызвать короткое замыкание или механическую неисправность. Контроль профиля сварочного импульса имеет решающее значение для предотвращения разбрызгивания сварочного шва.

Сварка разнородных металлов является более сложной задачей, поскольку существует возможность образования хрупких интерметаллидов в сварочной ванне.Выбранная комбинация металлов должна образовывать твердый раствор. Такую информацию дает оценка соответствующей бинарной фазовой диаграммы. Если присутствуют интерметаллиды, инженер может уменьшить любое вредное воздействие, сместив лазерное пятно так, чтобы один из металлов занимал больший объем зоны плавления (см. Рисунок 5b). Если точки плавления сильно различаются, один из металлов можно заставить плавиться и припаять другой, как при контактной сварке (см. Рис. 5d). Несмотря на то, что сварной шов на Рисунке 5d называется пайкой, технически его следует рассматривать как соединение плавлением, поскольку в него не добавляется припой и один из компонентов плавится.

Другой вариант — ввести третий металл на стыке сварного шва, совместимый с обоими компонентами. Запатентованный сварочный сплав с большим успехом используется при сварке нитинола с нержавеющей сталью. ²

Большое беспокойство для медицинских устройств вызывает попадание газообразных элементов в расплавленный металл. Обычные загрязнители — это азот, кислород и водород.
Среди медицинских сплавов наиболее чувствительны сплавы на основе титана. Большая часть сварки титана должна выполняться в перчаточном боксе, заполненном аргоном, где уровень кислорода поддерживается на уровне ниже 10 ppm, а водород (присутствует в виде влаги) регулируется до точки росы –60 ° C.Если есть вероятность того, что кислород или влага могут абсорбироваться на поверхности компонентов, помещенных в перчаточный ящик, допустимо запечь детали перед их помещением в перчаточный ящик.

Загрязнение кислородом можно визуально определить по обесцвечиванию титанового сварного шва, когда цвет меняется с тускло-серого на оттенки желтовато-коричневого. Темно-коричневый или синий цвет указывает на значительное загрязнение. Загрязнение кислородом также очевидно при металлургической оценке участков сварного шва.

Загрязнение водородом является сложной задачей, поскольку его невозможно идентифицировать даже с помощью оптических и сканирующих электронных микроскопов (SEM). Кроме того, загрязнение водородом может вызвать замедленное растрескивание, которое трудно предсказать.

Некоторые титановые сварные швы и большинство лазерных сварных швов стали, платины и других медицинских сплавов выполняются в закрытых помещениях (для лазерной безопасности), но не обязательно в перчаточном ящике. В таких случаях расплавленный металл защищен от воздуха газом. Опять же, наиболее распространенным защитным газом является сухой аргон, который вымывает кислород и азот из зоны сварки.Защитный газ может подаваться коаксиально с лазерным лучом или в виде поперечного потока. В любом случае цель состоит в том, чтобы заполнить газом область вокруг сварного шва. Защитный газ не следует вводить в виде острой струи, потому что поток может фактически увлечь соседний воздух в сварной шов, выбросить расплавленный материал или вызвать быстрое охлаждение, которое влияет на микроструктуру или окончательную форму сварного шва.

Контроль и мониторинг процессов. Большинство современных лазеров для точечной сварки предлагают управление с обратной связью, чтобы гарантировать, что запрограммированное количество энергии подводится к сварному шву.Контур обратной связи работает путем утечки небольшой части лазерной энергии из лазерного резонатора и сравнения этой энергии с запрограммированными уровнями.

Важно отметить, что эта обратная связь все еще находится в резонаторе лазера и не отражает никаких изменений в фактической доставленной энергии из-за изменений в системе доставки, вызванных сломанными волокнами, смещенными линзами или грязным покровным стеклом. Поэтому, помимо внутренней обратной связи, энергия лазера периодически контролируется с помощью внешней лазерной термобатареи для подтверждения стабильности лазера.Термобатарея выглядит как небольшая хоккейная шайба и измеряет энергию лазера, преобразуя ее в тепло и измеряя изменение температуры.

Дополнительные проблемы, которые могут повлиять на сварку, включают высоту фокуса и расположение пятна, ни одна из которых не диагностируется термобатареей. К сожалению, при импульсной лазерной сварке прямая обратная связь от самого лазерного шва пока недоступна.

Испытания и анализ сварных швов

Сварные швы медицинских изделий испытаны на прочность; распространенными конфигурациями являются испытания на растяжение, отслаивание и сдвиг.Большинство инженеров знакомы с проблемами, связанными с механическими испытаниями, но это только половина дела. Другая половина, которую часто игнорируют, — это металлографический анализ поперечных сечений сварных швов. Металлографическая оценка включает наблюдение микрофотографий сварных швов с помощью оптического микроскопа и сканирующего электронного микроскопа. На оптических микрофотографиях видно наличие трещин, пористости, теплового дисбаланса (неровный самородок шва). Они также показывают тип соединения: плавление, твердое тело или припой.

Прочная связь, образованная контактной сваркой, часто считается оптимальным выбором.Однако твердотельные связи могут быть такими же прочными и на самом деле чаще встречаются в сварных швах медицинских устройств. Единственный способ узнать тип соединения — это наблюдать за поперечным сечением сварного шва. Трещины в сварном шве или вблизи него недопустимы ни при каких обстоятельствах; тем не менее, пористость может быть допустимой, если поры захвачены в зоне плавления (рис. 5c) и не находятся где-либо рядом с краем сварного шва. Если есть подозрение на сегрегацию элементов или загрязнение, элементный анализ с помощью SEM может выявить дополнительные детали.Наличие трещин, пористости и сегрегации элементов дает дополнительные сведения о характеристиках сварки в течение длительного времени в рабочих условиях. Металлографический анализ необходим для сбора этой информации, которая может не отражаться в результатах механических испытаний.

Заключение

Лазерная сварка и контактная сварка обычно используются для склеивания медицинских устройств. Эти два процесса во многом схожи. Оба могут выполнять небольшие точечные сварные швы и могут использоваться для склеивания всех обычно используемых металлов и сплавов медицинских устройств.И то, и другое можно сделать в типичной лабораторной среде, а технологическое оборудование можно легко разместить в чистых помещениях. Оба имеют возможность производить автогенные сварные швы, то есть сваривать две части напрямую, без необходимости в дополнительном материале, как при пайке или пайке.

Однако есть и много отличий. Одно из основных отличий — это тип связи, образующейся в процессе. Сварка сопротивлением предлагает три варианта: твердотельный, плавление и оплавление припоя или пайки, тогда как при лазерной сварке производится только сварка плавлением.Второе важное отличие состоит в том, что сварка сопротивлением дает внутренний шов. Для этого метода обычно не требуется защитный газ, но требуется больше недвижимости. В отличие от этого, лазерная сварка дает внешние сварные швы, для которых необходимо обнажить только небольшой объем материала, но часто требуется защитный газ.

Контактная сварка — это контактный процесс, подходящий для сварки проволокой и тонкой фольги. Лазерная сварка — это бесконтактный процесс, подходящий для сварки в местах с ограниченным доступом и для сварки швов.Выбор между двумя процессами следует делать осторожно. Важно помнить о возможностях и ограничениях обоих, чтобы обеспечить надежный производственный процесс.

Список литературы

1. Г. П. Келкар, «Зачем нужна многоимпульсная сварка сопротивлением? Объяснение процесса и механизма его теплового баланса », Практическая сварка сегодня, 8, вып. 6 (2004): 18–20.

2. PC Hall, 2005. Способ сварки титана и сплавов на его основе с черными металлами, U.S. Патент 6875949 B2, поданный 19 марта 2003 г. и выданный 5 апреля 2005 г.

Гириш П. Келкар — владелец консалтинговой фирмы WJM Technologies (Серритос, Калифорния), специализирующейся на технологиях, связанных со сваркой. Свяжитесь с ним через www.welding-consultant.com .

Copyright © 2006 Медицинское оборудование и диагностическая промышленность

.