Электроды для контактной сварки. Характеристики рекомендуемых сплавов

Электроды для контактной сварки
Электроды для контактной сваркиТочечная сварка, благодаря возникновению небольших ручных аппаратов типа BlueWeldPlus, становится востребованной не только при очень больших масштабов использования, но также и в быту. Слабым местом этой технологии считаются электроды для контактной сварки: их невысокая устойчивость в большинстве случаев отпугивает потребителя.

Причины недолговечности электродов контактной электрической сварки

Процесс контактной сварки состоит из таких стадий:

  1. Подготовительной подготовки поверхности соединяемых деталей – она обязана быть сложно очищена от грязи и окислов, но и идеально ровной, чтобы убрать неравномерность возникающего напряжения электрического поля.
  2. Ручного или механического прижима свариваемых изделий – с увеличением усилия прижима растут интенсивность диффузии и механическая стабильность шва сварки.
  3. Локального расплавления металлов в зоне прижима теплом электротока, благодаря чему сформировывается сварочное соединение. Прижим электродов на данной стадии препятствует появлению сварочных брызг.
  4. Выключения тока и постепенного остывания шва сварки.

Электроды для контактной сварки
Подобным образом, материал электродов для контактной сварки претерпевает не только существенные термические напряжения, но и нагрузки механического свойства. Благодаря этому к нему предъявляют ряд условий – высокая проводимость электричества, высокая термическая устойчивость (в том числе – и от постоянных температурных колебаний), очень высокие значения предела прочности на сжатие, небольшой показатель теплоёмкости. Таким комплексом параметров обладает ограниченное число металлов. Первым делом – это медь, и сплавы на её основе, впрочем и они не всегда удовлетворяют производственным требованиям.
В связи с постоянным повышением энергетических параметров производимых сварочными клещями для точечной сварки многие торговые марки ориентируют потребителя на использование только «собственных», брендовых электродов, что не всегда выполняется. В результате уменьшается качество швов сварки, приобретаемых по этой технологии, подрывается доверие к самому процессу контактной электрической сварки.
Преодоление перечисленных проблем выполняется 2-мя путями: совершенствованием видов и конструкций электродов для сварки для точечной сварки, и разработкой новых материалов, которые применяются для производства подобных электродов. Для приватных пользователей имеет большое значение также и цена вопроса.
Электроды для контактной сварки

Материалы электродов

Согласно ГОСТ 2601, параметром качества готового шва считается его стабильность на разрыв или сдвиг. Она подчиняется от интенсивности мощности тепла в зоне электрического тока в газах, а поэтому связывается первым делом с теплофизическими свойствами материала электродов.
Применение медных электродов не эффективно по двум причинам. Во-первых, медь, являясь высокопластичным металлом, не обладает достаточной упругостью, чтобы в период между рабочими циклами полностью реконструировать геометрическую форму электродов. Второе, медь очень дефицитна, а нередкая замена электродов обуславливает и высокие затраты в финансовом плане.

Попытки применять более твёрдую, упрочнённую медь успеха не имеют: для нагартованного материала одновременно с повышением твёрдости уменьшается температура рекристаллизации, благодаря этому с каждым рабочим циклом износ рабочего торца электрода для контактной сварки будет вырастать. Благодаря этому использование на практике получили сплавы меди с добавкой ряда остальных металлов. В особенности, введение в медный сплав кадмия, бериллия, магния, цинка и алюминия мало изменяет критерий теплопроводимости, зато делает лучше твёрдость при нагревании. Устойчивость электрода от динамических тепловых нагрузок делают больше железо, никель, хром и кремний.
При выборе благоприятного материала электродов для сварки для контактной сварки ориентируются на критерий удельной проводимости электричества сплава. Чем меньше он отличается (в меньшую сторону) от проводимости электричества чистой меди – 0,0172 Ом·мм 2 /м, тем лучше.
Самую эффективную устойчивость против износа и деформации показывают сплавы, в их состав входят кадмий (0,9…1,2%), магний (0,1…0,9%) и бор (0,02…0,03%).
Электроды для контактной сварки
Подбор материала для электродов точечной сварки зависит также и от определенных задач процесса. Можно отметить 3 группы:

  1. Электроды, предназначающиеся для проведения контактной сварки в строгих условиях (постоянное чередование циклов, поверхностные температуры до 450…500?С). Их делают из бронз, содержащих хром и цирконий (Бр.Х, Бр.ХЦр 0,6-0,05. В эту же группу включают никель- кремнистые бронзы (Бр.КН1-4), а еще бронзы, дополнительно легированные титаном и бериллием (Бр.НТБ), которые применяются для точечной сварки нержавеющих и огнеупорных сталей и сплавов.
  2. Электроды, используемые при контактных температурах на поверхности до 250…300?С (сварка обыкновенных углеродистых и низколегированных сталей, алюминиевых и медных изделий). Их делают из медных сплавов марок МС и МК.
  3. Электроды для относительно лёгких режимов эксплуатации (поверхностные температуры до 120…200?С). Для материалов применяется кадмиевая бронза Бр.Кд1, хромистая бронза Бр.Х08, кремненикелевая бронза Бр.НК и др. Такие электроды могут применяться также и для роликовой контактной электрической сварки.

Нужно сказать, что по убыванию удельной проводимости электричества (в отношении к чистой меди) данные материалы размещаются в следующей очередности: Бр.ХЦр 0,6-0,05>МС>МК>Бр.Х>Бр.Х08>Бр.НТБ>Бр.НК >Бр.Кд1>Бр.КН1-4. В особенности, подогрев до необходимой температуры электрода, сделанного из бронзы Бр.ХЦр 0,6-0,05 случится ориентировочно вдвое быстрее, чем полученного из бронзы Бр.КН1-4.

Конструкции электродов

Наименее устойчивым местом электрода считается его сферообразная рабочая часть. Электрод бракуется, если увеличение размеров торца превосходит 20% от первичных размеров. Конструкция электродов определяется конфигурацией свариваемой поверхности. Отличают следующие выполнения инструмента

  1. С цилиндрической частью работы и конусообразной посадочной частью.
  2. С конусообразными посадочной и частью работы, и переходным цилиндрическим участком.
  3. Со сферообразным рабочим торцом.
  4. Со скошенным рабочим торцом.

Более того, электроды могут быть сплошными и составными.
Электроды для контактной сварки
При самостоятельном изготовлении (либо перезаточке) рекомендуется держать следующие соотношения размеров, при которых инструмент будет владеть самой большой стойкостью:

  • Для расчёта диаметра электрода d пользуются зависимостью Р = (3…4)d 2 , где Р – практически нужное сжатие электродов при проведении процесса контактной электрической сварки. Со своей стороны, предлагаемые значения давления осадки, при котором получаются наиболее прочные соединения, составляет 2,5…4,0 кг/мм 2 площади получаемого шва сварки;
  • Для электродов с конусообразной частью работы подходящий угол конусности может меняться 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 самым большим усилием сжатия: при самых больших усилиях рекомендуется принимать конусность 1:10, как обеспечивающую очень высокую продольную устойчивость электрода.

Важные формы электродов для контактной сварки устанавливает ГОСТ 14111, благодаря этому, используя те либо другие соотношения размеров, нужно брать во внимание размеры посадочного пространства под инструмент для определенной модели машины контактной сварки.
Электроды для контактной сварки
Большую экономию материала даёт использование составных конструкций. При этом для производства корпуса используют материалы с высокими значениями проводимости электричества, а съёмную рабочую часть делают из сплавов с высокой твёрдостью и устойчивостью к износу (в том числе и термической). В особенности, аналогичным комбинированием параметров обладают металлокерамические сплавы от швейцарской фирмы АМРСО марок A1W или A1WC, содержащие 56% вольфрама и 44% меди. Их проводимость электричества может достигать 60% от проводимости электричества чистой меди, что определяет малые потери на нагрев при выполнении сварки. Рекомендуемым материалом могут быть и бронзовые сплавы с добавками хрома и циркония, а еще вольфрам.
Электроды для контактной сварки лёгких сплавов, где не потребуется большого усилия прижима, выполняют со сферообразной частью работы, а для контактных губок аппаратов точечной электрической сварки лучше всего использовать кремнистые бронзы.
Механичные характеристики электродов должны быть в таких пределах:

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

Конструкции электродов всегда обязаны быть пустотелыми, для обеспечения хорошего охлаждения.