Применение конденсаторной сварки

Одним из главных видов контактной сварки, широко применяемой в промышленности, можно назвать конденсаторную сварку. Правила ее проведения регламентирует ГОСТ.

Ее принцип основан на разряде, накопленного на блоке конденсаторов электрического заряда на соединяемые изделия. В точке соприкосновения электродов происходит разряд и формирование краткой электрической дуги, достаточной для расплавления металла.

Разделение на виды

Конденсаторная сварка наибольшее распространение получила в приборостроении. Она способна сваривать металлы до 1,5 мм, причем толщина второй детали может быть значительно больше. В сварке тонких изделий по экономичности, производительности и качеству у конденсаторной сварки конкурентов нет.

Она бывает трансформаторная и бестрансформаторная. В первом варианте на конденсаторах можно накопить большую энергию за счет использования высокого напряжения и разряда через понижающий трансформатор с большими токами. Второй вариант отличается простотой и минимумом деталей.

В зависимости от особенностей образования шва конденсаторную сварку подразделяет на:

• точечную;
• шовную;
• стыковую.

Первый, точечный способ, в основном применяется в приборостроении и производстве электронной техники. Его активно используют для сваривания тонких деталей с толстыми.

Шовная сварка, ее еще называют роликовой, используется при сваривании мембран и электровакуумных приборов. Сплошной, герметичный шов получается за счет того, что точечные соединения производятся с перекрытием. Роль электродов выполняют вращающиеся ролики.

Стыковую сварку осуществляют оплавлением или сопротивлением. При первом способе сначала возникает разряд между свариваемыми деталями, место будущего соединения оплавляется под действием образовавшейся дуги, а потом они осаживаются, после чего происходит соединение металлов. Во втором случае разряд и последующее сваривание происходит в момент соприкосновения деталей.

Преимущества

Достоинством конденсаторной сварки является то, что из-за высокой плотности энергии и малой длительности сварочного импульса зона термического воздействия очень маленькая, напряжения и деформации минимальны. Оборудование простое и производительное.

За счет того, что в момент разряда конденсаторный блок отключен от сети, он никак не влияет на ее параметры. Единственным недостатком является то, что она применяется лишь при работе с тонкими металлами.

Другим достоинством емкостной сварки является ее компактность. Для конденсаторной сварки не нужны мощные источники питания, устройство может зарядиться между переносом электрода к следующей точке.

В процессе сваривания практически отсутствуют вредные газы. Устройство очень экономично, вся запасенная энергия идет на расплавление металлов в точке соединения. Благодаря тому, что заряд на конденсаторах постоянен, получается качественная и стабильная дуга.

Конденсаторная сварка позволяет сваривать цветные металлы малой толщины. Кроме этого она может соединять разнородные металлы и сплавы благодаря высокой концентрации энергии на маленькой площади.

Благодаря тому, что система конденсаторной сварки работает в дискретном режиме (сначала заряд, затем разряд), ей достаточно воздушного охлаждения, что упрощает устройство сварочного агрегата.

Емкостной сварочный аппарат применяется для соединения сталей всех видов, деталей из латуни, алюминия, бронзы. Он может сваривать разнородные металлы, тонкие с толстыми листами.

Возможность регулировки энергии разряда и длительности импульса позволяют производить микросварку, к примеру, в механизме часов. Конденсаторный аппарат может сваривать тугоплавкие вольфрамовые нити накаливания, применяется в ювелирном деле.

Технологические особенности

В зависимости от технологического процесса сварка конденсаторного типа бывает:

• контактной;
• ударной;
• точечной.

При контактной сварке накопленная в емкости энергия разряжается на металлические детали, которые до этого были плотно соединены между собой. В месте прижима электродов возникает электрическая дуга, при которой ток доходит до 10-15 тысяч ампер при длительности дуги до 3 мс.

В случае ударной конденсаторной сварки разряд происходит в момент краткого удара электрода о заготовку. Длительность воздействия дуги 1,5 мс. Это снижает термическое воздействие на окружающую область и повышает качество сварки.

При конденсаторной сварке точечного типа дуга появляется между электродами и заготовками, находящимися между ними. Процесс разряда длится от 10 до 100 мс (зависит от установок), и соединение металлов происходит на маленькой площади.

Бестрансформаторный аппарат

Решив самостоятельно сделать аппарат для конденсаторной сварки, вначале выбирают вариант исполнения. Самый простой вариант – это бестрансформаторная схема. Ее можно реализовать с емкостями высокого или низкого напряжения.

В первом случае потребуется повышающий трансформатор и конденсаторы на 1000 В емкостью 1000 мкФ. Кроме этого потребуется высоковольтный диодный мост для выпрямления переменного тока, переключатель, электроды с соединительными проводами.

Сваривание происходит в два этапа. На первом этапе происходит зарядка емкости, на втором после переключения ее выводов на сварочные электроды и прикосновении их к месту сварки, происходит разряд, и детали соединяются. Протекающий ток доходит до 100 А, длительность импульса 5 мс. Этот вариант опасен для человека из-за высокого рабочего напряжения.

При втором варианте требуется понижающий трансформатор, батарея конденсаторов на напряжение до 60 В емкостью 40000 мкФ и более, диодный мост, переключатель.

Процесс сварки идентичен первому случаю только через точку сваривания проходят токи силой 1-2 кА и длительностью до 600 мс. Мощность трансформатора особого значения не имеет, она может быть 100-500 Вт.

Трансформаторная схема своими руками

При использовании трансформаторной схемы потребуется повышающий трансформатор и диодный мост для зарядки на 1 кВ, конденсаторы на 1000 мкФ и понижающий трансформатор, через вторичную обмотку которого осуществляется разряд накопленного заряда в месте соединения заготовок.

При таком исполнении сварочного аппарата точечной сварки длительность разряда составляет 1 мс, а ток доходит до 6000 А. После зарядки блока конденсаторов переключателем они подключаются к первичной обмотке понижающего трансформатора. Во вторичной обмотке индуцируется ЭДС, которая вызывает огромные токи при замкнутых электродах на соединяемых заготовках.

Качество сваривания будет сильно зависеть и от состояния электродного блока. Самый простой вариант представляет собой зажимы для фиксации и прижатия контакторов.

Но более надежна конструкция, где нижний электрод неподвижен, а верхний с помощью рычага может прижиматься к нижнему. Он представляет собой медный пруток диаметром 8 мм и длиной 10-20 мм закрепленный к любому основанию.

Верхняя часть прутка закругляется для получения надежного контакта со свариваемым металлом. Аналогичный медный стержень устанавливается на рычаге, при опускании которого электроды должны плотно соединяться. Основа с нижним электродом изолируется от верхнего рычага. Вторичная обмотка соединяется с электродами проводом 20 мм².

Первичная обмотка наматывается ПЭВ-2 0,8 мм, количество витков равно 300. Вторичная обмотка из десяти витков наматывается проводом 20 мм2. В качестве магнитопровода можно применять сердечник Ш 40 толщиной 70 мм. Для управления зарядом/разрядом применяется тиристор ПТЛ-50 или КУ202.

Подготовка деталей

Перед началом конденсаторной сварки необходимо подготовить детали, которые предстоит соединить. С них счищают ржавчину, окалину и прочих загрязнения.

Заготовки совмещают должным образом и потом помещают между нижним неподвижным электродом и верхним подвижным. Затем они сильно сдавливаются электродами. Нажимая пусковую кнопку, подают электрический разряд.

В месте соприкосновения электродов происходит сварка металла. Разжимать электроды нужно через некоторое время, необходимое для остывания и кристаллизации места сваривания под давлением.

После этого деталь перемещается, за это время устройство успевает зарядиться, и процесс сварки повторяется. Размер места сварки должен быть в 2-3 раза больше наименьшей толщины соединяемых заготовок.

Когда нужно приварить лист до 0,5 мм толщиной к другим деталям независимо от их толщины, можно применить упрощенный способ сварки. Один электрод с помощью зажима присоединяется к свариваемой толстой детали в любом удобном месте.

В том месте, где нужно приварить тонкую деталь, она прижимается вручную вторым электродом. Можно использовать автомобильные зажимы. Затем производится сварка. Как видно, процесс не слишком сложный, и доступный для домашних условий.