Точечная сварка — это процесс электрического сопротивления, при котором металлы соединяются путём приложения давления и пропускания электрического тока через область сварки. Впервые этот способ был представлен в 1885 году, когда Элиху Томсон случайно сплавил два медных провода во время эксперимента.
Точечная сварка стала неотъемлемым элементом производства и сборки, особенно в секторе изготовления листового металла и автомобильной промышленности. Одной из причин её популярности является возможность автоматизации: роботизированная точечная сварка отличается высокой скоростью и эффективностью.
Давайте разберёмся подробнее, что включает в себя точечная сварка сопротивлением.
Точечная сварка (RSW) — это процесс электрической сварки сопротивлением, при котором соединяются перекрывающиеся металлы между двумя электродами. Давление прикладывается путём сжатия заготовок между электродами, а тепло генерируется за счёт прохождения сварочного тока через резистивные металлы. Это позволяет материалам сплавиться и создать сварное соединение. Соединение, полученное методом точечной сварки, напоминает пуговку или каплю — отсюда и название, ведь ток подаётся строго на небольшую область поверхности металла.
Поскольку металлы сплавляются при высокой энергии за короткий промежуток времени (порядка 10–100 миллисекунд), область вокруг сварной точки практически не подвергается воздействию избыточного тепла, что минимизирует зону термического влияния и обеспечивает чистый шов.
Количество тепла, выделяемого при точечной сварке, определяется формулой:
Q = I²Rt
Где Q — количество тепловой энергии, I — ток, R — электрическое сопротивление, t — время воздействия тока.
Процесс точечной сварки основан на подаче низковольтных, но высокоамперных электрических импульсов на электроды, которые практически мгновенно расплавляют металл при достаточном давлении для сплавления. По применению давления процесс схож с холодной сваркой, однако при холодной сварке электрический ток не подаётся.
Первый этап — размещение перекрывающихся листов или заготовок. После фиксации металлов осуществляется приложение давления через электрод. Это давление может создаваться вручную, пневматически, посредством пружин или гидравлически — в зависимости от типа оборудования.
Второй этап — подача сильного тока на область между электродами. Под действием внутреннего сопротивления металла образуется расплав. Температура достигает примерно 2000 °C, что превышает точку плавления металлов. Электроды должны иметь более высокую температуру плавления, чем соединяемые металлы. Обычно применяют электроды из медных сплавов, но в зависимости от материала сварки используются также вольфрам, молибден и другие материалы.
Заключительный этап — охлаждение и затвердевание сварочной точки. Электроды остаются в контакте с областью сварки, поддерживая заготовки до полного охлаждения и отвердения металла. После этого процесс считается завершённым.
Для сварки проволочных сеток точки создаются в местах пересечения двух перпендикулярно расположенных проводов, что обеспечивает прочное и долговечное соединение. Это отличная альтернатива плетёным сеткам, которые не имеют постоянного соединения.
Для получения качественного сварного соединения необходимо контролировать и корректировать ряд параметров в течение сварочного цикла:
Правильный выбор давления или силы нажатия электрода — ключ к качественной сварке. Если давление недостаточно, соединение получится слабым и малым по размеру. Избыточное давление может привести к трещинам в сварной точке за счёт истончения расплава. Рекомендуется, чтобы глубина вдавливания электрода не превышала 25% толщины листа.
Количество выделяемого тепла зависит от электрического сопротивления и теплопроводности металла. При выборе тока учитывают характеристики материала заготовки.
Диаметр наконечника определяет размер сварочной точки. Слишком маленький наконечник — слишком маленькая и слабая точка, слишком большой — перегрев металла, образование пустот и газовых пор.
Качество сварки и отсутствие дефектов обеспечиваются корректной настройкой времени воздействия давления и тока.
Для проверки качества полученного соединения используют методы неразрушающего контроля, например, ультразвуковую инспекцию, а также испытания на прочность (растяжение, отрыв и пр.).
Лучше всего точечная сварка подходит для металлов с низкой теплопроводностью и высоким электрическим сопротивлением, например, низкоуглеродистых сталей. Хотя возможна сварка и других металлов (например, высокоуглеродистых сталей), такие соединения могут быть более хрупкими и склонными к трещинам из-за образования твёрдых структур.
Вот список материалов, которые традиционно подходят для точечной сварки:
Не все металлы соответствуют требованиям точечной сварки — такие материалы можно соединять альтернативными методами, например, пайкой или лужением.
Электроды обеспечивают подачу тока к металлам и создают механическое давление при контакте с заготовкой с помощью рычагов и муфты. Давление может создаваться электродвигателем или пневматикой.
В точечной сварке используют два типа неплавящихся электродов:
Применяются для сварки резистивных материалов — нержавеющей стали, никеля. Электроды из меди или медных сплавов обеспечивают оптимальную проводимость тока и тепла.
Используются для сварки проводящих металлов — меди, золота. Наилучшие результаты дают вольфрамовые и молибденовые электроды с низкой проводимостью и высоким сопротивлением.
Неправильный выбор материала электрода может привести к его быстрому износу, необходимости переформовки или замены. Некоторые металлы могут вступать в реакцию с электродами — например, цинк в оцинкованной стали загрязняет наконечники, затрудняя контакт.
Кроме выбора материала, электроды бывают различной геометрии: заострённые, усечённые, куполообразные.
Обычно точечные сварочные аппараты работают на переменном токе. С помощью трансформатора достигается высокая сила тока при низком напряжении. Напряжение обычно составляет 5–22 В, а сила тока — от 1000 до 10 000 ампер.
Промышленные аппараты используют трёхфазное питание для получения высоких пиковых токов — особенно это актуально при сварке алюминиевых листов для котлов, труб и аналогичных изделий.
Аппарат для точечной сварки включает трансформатор, электроды и прочие компоненты для контроля параметров процесса (ток, давление, напряжение и т.д.).
Сварочные машины, как правило, оснащаются системой водяного охлаждения, поскольку за доли секунды выделяется огромное количество тепла. В электродах предусмотрены каналы для циркуляции воды, чтобы снизить температуру и продлить срок службы.
Оборудование может быть ручным или автоматическим (роботизированным). Также существуют портативные сварочные пистолеты.
Точечная сварка — один из ключевых процессов в автопроме: этот метод обеспечивает экономичность, надёжность и высокую скорость производства. Сборочные линии оснащаются сварочными роботами. Листовой металл из стали или алюминиевых сплавов за считаные секунды превращается в готовую деталь с высокой точностью и повторяемостью.
Точечная сварка отлично подходит для чувствительных электронных компонентов. Качество сварки высокое, а локальность нагрева предотвращает перегрев электроники. Применяется для сборки выключателей, солнечных панелей, сложных плат и аккумуляторов.
Катушки из углеродистой стали превращаются в гвозди при помощи сварочного колеса и электротока. Этот непрерывный процесс позволяет получать тысячи гвоздей в минуту.
Ручки, лопатки и жестяные кружки часто изготавливают с помощью точечной сварки. То же касается форм для печенья, которые создаются соединением металлических полос.
Медицинская сфера ценит высокое качество и скорость этого метода. Например, в ортодонтии точечная сварка применяется для крепления зубных имплантов.
Точечная сварка сопротивлением — это быстрый и экономичный процесс, широко применяемый при производстве изделий из листового металла. Этот метод идеально подходит для автоматизации с помощью промышленных роботов, обеспечивая высокую скорость и точность без существенных потерь прочности соединения.
Автомобильная промышленность исторически является основным потребителем этой технологии — точечная сварка позволила значительно увеличить объёмы производства и скорость сборки. Сегодня метод применяется преимущественно для сварки стали, однако с развитием отрасли всё чаще используется алюминий для снижения массы. Автоматизация позволяет быстро обрабатывать большие объёмы без ущерба качеству.
Сопротивительная сварка и в будущем останется основным методом производства и сборки в ряде отраслей.
