Электроды для контактной сварки: предназначение, особенности выбора и характеристики

Электроды для контактной сварки: выбор материала и марки

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

Электроды для контактной сварки. Характеристики рекомендуемых сплавов

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

Сварочные электроды своими руками

Нельзя пожаловаться на небольшой выбор электродов в специализированных магазинах, однако существует такая интересная возможность, как сделать электроды для сварки своими руками. Изготавливая электроды для сварки своими руками, появляется возможность лучше разобраться в их устройстве, что не будет лишним при проведении сварочных работ.

Технологический процесс точечной сварки, сфера применения и специфика работы сварочным оборудованием

Электроды, предназначенные для контактной сварки, производятся из металлических прутков, диаметр которых находится в промежутке от 12 до 40 мм. У них рабочая поверхность бывает либо плоской, либо в форме сферы. Чтобы соединить между собой заготовки в довольно сложную конструкцию, пользуются электродами, которые обладают смещенной поверхностью – так называемые сапожковые изделия. Подобная продукция закрепляется при помощи специального хвостовика, имеющего конус 1:10 либо 1:5.

Также в продаже можно встретить электроды, имеющие цилиндрическую поверхность, благодаря которой они будут закрепляться для работы в особых конструкциях с конусной резьбой. Кроме них, выпускается продукция со сменной рабочей частью – ее устанавливают на конус с помощью стандартной накидной гайки или попросту припрессовывают.

Особенности электродов для контактного сваривания, их виды и характеристики

Читайте также:

Электроды по нержавейке маркировка

Особенности конструкции

Электроды, предназначенные для контактной сварки, включают в свой состав цилиндрическую часть, рабочую и посадочную части. Во внутренней полости элемента находится специальный канал, который предназначен для подачи воды, охлаждающей электродержатель.

Рабочая часть обладает сферической или плоской поверхностью. Ее диметр подбирается в соответствии с толщиной обрабатываемых изделий и используемого материала. Прочность же электрода обеспечивается средней частью.

Часть посадочная должна иметь конусную форму, чтобы деталь надежно фиксировалась в электродержателе. Ее обработка должна происходить с чистотой не менее 7 класса.

На пользовательские свойства детали влияет расстояние от самого дна охлаждающего канала до рабочего края: срок службы, устойчивость и т. д. Если это расстояние будет небольшим, то охлаждение элемента будет происходить гораздо эффективнее, однако он при этом сможет выдержать гораздо меньшее количество переточек.

Вставки на основе молибдена и вольфрама помещаются внутрь медных деталей. Изделия, сделанные таким способом, используются для сварки анодированной или оцинкованной стали.

Причины недолговечности электродов контактной электросварки

Процесс контактной сварки состоит из следующих стадий:

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

Читайте также:

Переходные электроды для сварки нержавейки

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

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

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

Необходимые материалы

Чтобы начать изготавливать самодельные электроды для сварки, надо позаботиться о том, чтобы в наличии были все необходимые для этого материалы. К ним относятся:

Проволока, изготовленная из стали с низким содержанием углерода. Ее диаметр не должен быть слишком большим.
Жидкое стекло, играющее роль связующего звена.
Порошок из мела или известняк.
Также понадобятся малярная кисточка или валик.

Поподробнее следует рассказать о жидком стекле. Оно представляет собой силикатный клей, который является универсальным вспомогательным средством во многих областях промышленности и в быту. Основу жидкого стекла составляет раствор в водно-щелочном растворителе силиката натрия или калия.

Используется свойство силикатного клея хорошо прилипать к поверхности и образовывать там пленку, обеспечивающую надежную защиту от влаги. Жидкое стекло является безопасным для человека. Диаметр выбранной проволоки для того, чтобы правильно изготовить сварочные электроды своими руками должен находиться в пределах 2-3 миллиметров. Проволока продается в виде мотков в строительных магазинах.

В дальнейшем, изготавливая самодельные электроды, моток проволоки придется нарезать на куски длиной порядка 25 сантиметров. Перед нарезкой проволоку необходимо выровнять. Обмазка для электродов состоит из двух составляющих – мела и жидкого стекла. Если мел имеется в виде кусков, то предстоит растолочь его до состояния порошка. Его частицы должны быть мелкими и однородными. Это можно делать вручную или с помощью блендера.

Читайте также:

Чем лучше сварить нержавейку

Контактная сварка

Такая востребованная технология, как сварка изделий контактным способом, применяется при профессиональных работах и в бытовых условиях. Ее суть заключается в том, что соединение деталей происходит под влиянием не только нагревания, но и давления.

Этот вид сварки применим для тонких изделий методом внахлест. Электроды для точечной сварки нельзя использовать для других видов сварочных работ. При работе они устанавливаются в специальные приспособления – электродержатели. Основным достоинством контактной сварки является высокая производительность, а также небольшой износ используемых электродов, и невысокое энергопотребление.

Общая информация

Если вы имеете представление о контактной сварке, то наверняка заметили, что применяемые в этой технологии электроды разительно отличаются от привычных штучных стержней. Для большинства сварщиков электрод — это металлический пруток, имеющий специальное покрытие. Но в контактной сварке используются электроды другого типа.

Они представляют собой металлические изделия цилиндрической формы с заостренным концом. Их диаметр намного больше, чем у стандартного штучного электрода с покрытием. При этом электроды для контактной сварки могут быть самых разнообразных форм.

Форма электродов

Наиболее применяемая форма — прямая. Такие электроды не имеют изгибов, просты в изготовлении и используются чаще всего. Подходят для сварки листового металла и не труднодоступной сварки. Могут быть изготовлены из различных металлов.

Кстати, материал электрода должен подбираться исходя из материала основного металла, который вы будете варить. И электроды, и металл должны иметь схожий состав, чтобы соединение получилось прочным и долговечным. Это касается электродов любой формы и размера.

Но электроды прямой формы не всегда способны сформировать сварную точку, когда проводится сварка в труднодоступных местах или деталь сложная. В таких случаях используют электроды изогнутой формы. Ниже вы можете видеть лишь немногие из возможных форм. Современные производители предлагают десятки разновидностей для выполнения даже самых сложных задач.

Чтобы изготовить электрод прямой формы, можно использовать недорогое оборудование, работающее по заданному шаблону. А вот для изготовления электрода сложной формы предварительно изготавливают его модель в полную величину. Это необходимо, чтобы еще на стадии проектирования изделия исключить ошибки и недочеты. Сложная форма требует повышенного внимания и опытных специалистов.

Читайте также:

Чем лучше сварить нержавейку

Охлаждение

Во время контактной сварки электроды подвергаются существенным температурным нагрузкам. Поэтому они нуждаются в оперативном охлаждении. И воздуха здесь недостаточно. Чаще всего применяется внутреннее или наружное охлаждение с помощью воды. Вода подается либо по специальным трубкам, либо прямо сквозь отверстия в электроде.

Охлаждение электродов сложной формы зачастую приводит к трудностям. А все из-за особенной его конструкции. Поэтому при использовании фигурных электродов уделите особое внимание их эффективному охлаждению.

Если применяется электрод большого размера (не важно, прямой или фигурный), то вдоль его корпуса можно припаять две медные трубки и через них пустить воду. Учтите, что электроды для контактной сварки всегда охлаждаются хуже, чем обычные штучные стержни с покрытием. Поэтому для их эффективного охлаждения периодически снижайте темп сварочных работ, чтобы электроды не перегревались. Это особенно касается электродов сложной формы.

Материалы производства

Устойчивость электродов представляет собой способность элементов не терять свою форму и размеры, а также противостоять переносу материала свариваемых элементов и электродов. Данный показатель определяется материалом и конструкцией сварочного электрода, а также условиями и режимом работы. Износ деталей находится в зависимости от особенностей рабочего инструмента (угол рабочей поверхности, диаметр, материал и т. д. ). Оплавление, чрезмерный нагрев, окисление во время эксплуатации электрода в коррозионной и/или влажной среде, смещение или перекос, деформация при сжатии и прочие факторы значительно повышают износ рабочих элементов.

Материал инструмента должен подбираться в соответствии со следующими правилами:

Его уровень электропроводности должен быть сравним с чистой медью;
Эффективная теплопроводность;
Высокая степень механической стойкости;
Простота обработки резанием или высоким давлением;
Устойчивость к циклическим нагревам.

В сравнении со стопроцентной медью ее сплавы обладают большей устойчивостью к нагрузкам механического плана, потому для таких изделий используются именно медные сплавы. Легирование изделия цинком, бериллием, хромом, магнием, цирконием не уменьшает показатели электропроводности, но существенно увеличивает прочность, а кремний, железо и никель увеличивают его твердость.

Выбор

В процессе выбора подходящих электродов для точечной сварки следует обратить особое внимание на размеры и форму рабочего элемента изделия. Также следует учитывать характеристики обрабатываемого материала, его толщину, форму сварочных узлов и режим сварки.

У инструмента для контактной сварки бывают разные рабочие поверхности:

Плоская;
Сферическая.

Изделия, имеющие сферическую рабочую поверхность, не особо чувствительны к скосам, потому они нередко используются на подвесных и радиальных установках, а также для фигурных электродов с прогибом. Изготовители из РФ советуют для обработки легких сплавов именно эту разновидность электродов, так как они позволяют предотвратить появление подрезов и вмятин при точечной сварке. Однако предотвратить эту проблему можно и в том случае, если пользоваться плоскими электродами, торец которых увеличен. А электроды, оснащенные шарнирами, могут даже заменить электроды сферического типа, но они рекомендованы для сварки металлических листов, толщина которых не превышает полутора миллиметров.

Габариты рабочего элемента инструмента подбираются в соответствии с типом и толщиной обрабатываемых материалов. Результаты исследования, которое было проведено экспертами французской компании «ARO» показали, что рассчитать необходимый диаметр можно, воспользовавшись следующей формулой:

dэл = 3 мм + 2t, где «t» — толщина листов, которые подлежат сварке.

Сложнее подсчитать необходимый диаметр инструмента при неодинаковой толщине листов, сварке материалов разного типа и сварке целого «пакета» элементов. Понятно, что для работы с деталями разной толщины, диаметр изделия нужно подбирать относительно самого тонкого металлического листа.

При сварке комплекта элементов диаметр следует подбирать, руководствуясь толщиной внешних элементов. Для сварки материалов различного типа наименьшее проплавление имеет металлический сплав с минимальным удельным электросопротивлением. В таком случае следует применять приспособление, сделанное из материала повышенной теплопроводности.

Конструкции электродов

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

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

Кроме того, электроды могут быть сплошными и составными.

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

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

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

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

Механические характеристики электродов должны находиться в следующих пределах:

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

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

Вместо заключения

Материалы для электродов, их форма и размер могут быть самыми разнообразными: от примитивных и простых до замысловатых и с трудно выговариваемым составом. Здесь важно четко осознавать, какой тип работ вам предстоит. И уже, исходя из этого, подбирать электроды.

Какой металл вы варите? Какова его толщина? В каком пространственном положении будет происходить сварка? Вы должны дать ответ на каждый из этих вопросов, чтобы правильно выбрать электроды для контактной сварки. Если у вас уже есть опыт, поделитесь им в комментариях ниже. Любой совет будет полезен для всех новичков. Желаем удачи в работе!

Угольный электрод

Изготавливая угольный электрод своими руками, в качестве основного стержня следует выбирать пруток, изготовленный из угля или кокса. Могут быть включены и другие добавки. Процесс изготовления разделяется на приготовлении смеси, ее формирования и просушки.

Оцинковка

Цинковый электрод служит источником электронов при гальванизации, которые поступают во внешнюю цепь. Цинковый электрод при этом считается отрицательным. В качестве положительного элемента выступает медный электрод.

Чтобы выполнить цинковый электрод своими руками, придется совершить ряд особых действий. Нанесение цинкового покрытия особо сложным не является. Цинк для этого можно взять из солевых батареек, удалив из их корпуса все ненужное. При работе цинковый электрод необходимо оборачивать тряпкой или диском из ваты.

Точечная контактная сварка

Точечная или иначе контактная сварка – это надежный метод соединения металлических деталей, совпадающих по конфигурации и составу. Их соединение осуществляется вследствие мгновенных касаний электродом, при которых происходит сильное разогревание поверхности в этом месте. Благодаря простоте процесса и небольшим затратам на расходные материалы в виде электродов, такой способ соединения приобрел большую популярность.

Точечная сварка может применяться только для соединения деталей небольшой толщины. Электроды, применяемые для контактной сварки, по внешнему виду имеют большое отличие от обычных видов расходников. Электроды для точечной сварки своими руками выполняются с учетом специфики этого способа сварочного процесса. Материал для их изготовления следует подбирать подобный тому, из которого состоят соединяемые изделия. Схожий состав необходим для получения качественного результата.

Наиболее часто бывают нужными электроды прямой формы. Однако, в некоторых случаях, например, для работы в труднодоступных местах, требуются электроды сложной формы.

Изготавливая электроды для контактной сварки своими руками, предварительно надо выполнить их модель в полную величину. Это позволит еще на стадии проектирования учесть все имеющиеся недочеты.

Из чего делают электроды для контактных сварных работ?

Материал, из которого будут производиться электроды, выбирается в зависимости от того, какие требования будут предъявляться к условиям работы продукции. Стоит отметить, что электроды должны прекрасно выдерживать сжатие, температурные перепады, воздействие высоких температур, напряжения, которые будут образовываться внутри самого электрода, находящегося под серьезной нагрузкой.

Чтобы изделия получились максимально качественными, следует, чтобы электрод сохранял первоначальную форму своей рабочей поверхности, которая будет находиться в непосредственном контакте с соединяемыми деталями. Подплавление данного расходного материала ускоряет его изнашивание.

Обычно в качестве основного элемента берется медь, в нее добавляют другие элементы – магний, кадмий, серебро, бор и так далее. В результате получается материал, превосходно сопротивляющийся даже очень серьезным физическим нагрузкам. Электроды с вольфрамовым или молибденовым покрытием практически не изнашиваются в процессе эксплуатации, поэтому они в последнее время приобрели наибольшую популярность. Однако их нельзя использовать для сварки продукции из алюминия и других материалов, обладающих мягкой структурой.

Способы заточки

Имеется несколько методов заточки с использованием специального оборудования:

Специализированный станок.
Ручная машина.
Электроточило с мелкозернистым абразивным кругом.

Также можно использовать болгарку, наждак или химическое воздействие. Рекомендуется использовать алмазные круги, поскольку их твердость превышает это значение у вольфрама.

В идеале поверхность заточенной части должна приближаться к полированной. Это может обеспечить станок для заточки вольфрамовых электродов, в состав которого входит алмазный диск, который собственно и осуществляет заточку вольфрамовых расходняков.

Станок является стационарным приспособлением, питающимся от сети электрического тока. Имеется возможность плавной регулировки угла заточки. В комплекте со станком поставляются зажимы для электродов. Простота эксплуатации сочетается с получением качественного результата.

Хороший результат также обеспечит машинка для заточки вольфрамовых электродов, осуществляющая это процесс тоже с помощью алмазного диска. Машинка для заточки электродов позволит быстро и легко осуществить этот процесс, соблюдая выбранные параметры угла. Заточка осуществляется в закрытой камере, что позволяет избежать разлета пыли вольфрама.

Выставить требуемый угол заточки легко по имеющей шкале. Управлять процессом можно через прозрачное смотровое окошко. В комплекте имеется держатель для электрода, обеспечивающий его стабильное положение и уменьшающий риск получения травм для сварщика. Такое устройство относится к типу переносных. Заточка осуществляется вручную.

Приспособление для заточки вольфрамовых электродов можно изготовить самостоятельно. Для этого понадобятся:

отрезок трубы;
электрический моторчик;
зажимной патрон;
гайка;
дрель;
надфиль.

Из оборудования будет нужен сварочный аппарат.

Материал для изготовления

Сам процесс контактной сварки предполагает высокие температуры, напряжение, сжатие, неравномерный прогрев электрода. Поэтому материал для таких моделей не должен быть любым.

Их необходимо изготовить из металла, характеристики которого позволяют им выдерживать все нагрузки. Только если форма изделия будет оставаться неизменной, сварочные работы будут качественными.

Если конфигурация начнет меняться от высоких нагрузок – качество соединения моментально будет ухудшаться.

Какие воздействия приведут к изменению конфигурации электрода? При контактной сварке электрод плавится, окисляется, постоянно перегревается.

Поэтому вопрос выбора состава для производства электрода — один из важнейших в проведении работ на необходимом уровне.

Электроды для контактной сварки материал