Сварочное оборудование для автомастерской

При ремонте и замене элементов кузова автомобилей автопроизводители наряду с дуговой сваркой в среде защитного газа рекомендуют использовать и контактную точечную. Рынок сварочного оборудования предлагает авторемонтникам широкую гамму устройств, использующих этот метод сварки.

При организации участка кузовного ремонта часто задаются вопросом: какое сварочное оборудование предпочесть - полуавтомат или аппарат контактной сварки? Такое противопоставление некорректно. Тем, кто хочет создать современный участок кузовного ремонта, нужно стремиться к тому, чтобы оснастить его оборудованием как для одного, так и другого метода сварки. Это позволит повысить производительность и качество выполняемых работ, расширить их диапазон, сделать работу мастера более гибкой.

Именно такие цели ставят перед собой производители сварочного оборудования, разработавшие ряд продуманных устройств, реализующих метод контактной сварки. Кстати, мы еще не сказали ни слова о самом методе, а надо бы.

Контактная сварка

В соответствии с техническим определением, контактная сварка - это процесс образования неразъемного соединения в результате нагрева металла проходящим электрическим током и пластической деформации зоны соединения за счет сжатия.

Контактная сварка ведется различными способами, в том числе точечным. При нем детали соединяются по отдельным участкам касания, называемым точками.

Чтобы получить сварную точку, хорошо зачищенные свариваемые детали необходимо собрать внахлестку, сжать с определенным усилием, и пропустить через место контакта импульс тока необходимой длительности (чаще 0,01-0,5 с). При этом на границе контакта деталей образуется зона расплава, которую называют ядром точки. По завершению протекания тока, кристаллизуясь под воздействием сжимающего усилия, ядро образует прочное соединение.

Обычно для контактной сварки используют трансформаторный источник переменного тока, способный в повторно-кратковременном режиме генерировать очень большой ток, порядка нескольких тысяч ампер, при очень незначительном напряжении, равном единицам вольт.

Сжатие и токоподвод осуществляются электродами либо с двух сторон соединения (двусторонняя сварка), либо со стороны одной из деталей (односторонняя сварка). Последняя используется редко, в основном, когда затруднен доступ к одной из сторон соединения. При этом для увеличения плотности тока в зоне сварки под соединяемые детали подкладывают токоподводящую медную пластину.

На размер и качество (механическую прочность) точки оказывают влияние следующие параметры:

• усилие сжатия;

• величина сварочного тока;

• длительность импульса тока;

• диаметр контактной поверхности электродов.

Рассмотрим подробнее, почему это так. Сжимающее усилие на первом этапе сварки создает электрический контакт между электродами через свариваемые детали, а также определенное контактное сопротивление в точке соединения деталей. Повышенное сопротивление этого участка и приводит к выделению Джоулева тепла при прохождении тока и расплавлению металла в зоне контакта. После отключения тока усилие, называемое «ковочным» сохраняется некоторое время, чтобы предотвратить образование усадочных дефектов во время кристаллизации.

Если усилие сжатия меньше оптимума - суммарное сопротивление возрастает, сварочный ток уменьшается, падает выделяющаяся тепловая энергия. Слишком большое усилие вызывает повышенный износ медных электродов и деформацию деталей в зоне контакта.

Величина и длительность импульса тока однозначно определяют энерговыделение в зоне сварки. Ошибка в меньшую сторону - непровар деталей, в большую - сквозное прожигание детали с выплеском части расплава.

Следует учитывать, что одинаковое количество энергии, необходимое для формирования ядра точки, можно привнести в место соединения при разной длительности импульса. Для этого при коротких импульсах требуется большая величина тока, при продолжительных - меньшая.

Режим сварки мощными короткими импульсами тока (обычно менее 0,1 с) называется жестким. Мягкий режим характеризуется большей длительностью импульса при меньшей амплитуде тока. На практике установлено, что жесткие режимы сварки предпочтительнее для соединения деталей из низкоуглеродистых сталей. Такие режимы способствуют повышению производительности. Исключительно на жестких режимах свариваются также металлы, обладающие высокой теплопроводностью, например, алюминиевые сплавы. Жесткие режимы сварки могут обеспечить сварочные машины, способные выдавать большой сварочный ток (тысячи и десятки тысяч ампер).

Диаметр контактной поверхности электродов определяет плотность тока в зоне сварки. При неизменном сварочном токе: чем меньше диаметр, тем выше плотность тока и интенсивнее нагрев ядра точки. Однако при этом и диаметр ядра будет меньше.

И наоборот, увеличение диаметра контактной поверхности электродов приводит к увеличению размера точки, но уменьшает интенсивность нагрева зоны соединения.

Такой эффект наблюдается при износе, расклепывании поверхностей электродов. Если своевременно не восстановить форму электродов или не увеличить длительность импульса, качество соединений упадет вплоть до непровара деталей. Для предотвращения быстрого износа контактных поверхностей мягких медных электродов применяют более прочные насадки из материала с высокой электропроводностью. Чаще всего используются бронза и порошковые композиции на основе меди.

Существуют оптимальные значения диаметра контактных поверхностей электродов, зависящие от толщины свариваемых деталей. Некоторые фирмы-производители «забывают» об этом и заявляют, что их продукция способна сваривать металл большой толщины. На поверку выходит, что достичь этого можно лишь предельно уменьшив площадь контакта и искусственно увеличив плотность тока. Этого добиваются, делая электроды излишне острыми. Соединить, а точнее «слепить», металл таким методом действительно возможно, а вот получить требуемую прочность соединения на разрыв - нет. Прочность точечного сварного шва также обеспечивается технологическим шагом точек.

Расчет взаимного влияния указанных параметров очень сложен. Тем более что результат зависит также от толщины и материала свариваемых деталей, конструктивных и эксплуатационных особенностей сварочного аппарата. Поэтому перед сваркой деталей проводят его регулировку и настройку параметров, выполняя пробные сварки образцов соединяемого металла.

Качество сварного соединения проверяют испытанием точки на разрыв. Качественной считается точка, при отрыве которой на одной из деталей остается столбик металла, по диаметру равный ядру, на другой детали - сквозное отверстие.

Сварочные клещи

Для точечного соединения тонколистовых кузовных панелей внахлест применяются ручные аппараты контактной сварки, за характерный внешний вид получившие название «сварочные клещи». Их также можно использовать для временной прихватки панелей кузова и сварки тонких прутков крест-накрест.

Конструктивно они представляют собой компактный сварочный трансформатор, снабженный рукояткой. Вторичная обмотка трансформатора заканчивается консольными держателями, в которых закрепляются электроды. Один из держателей на клещах обычно неподвижный, а другой имеет возможность перемещаться.

Усилие сжатия создается рычажным механизмом. У самых простых моделей подвижный держатель приводится вручную, у более мощных и сложных - с помощью пневмоцилиндра. Вне зависимости от типа привода предусматривается регулировка усилия сжатия.

Как уже было сказано, усилие сжатия - не единственный параметр, подлежащий регулировке для получения качественной сварной точки. Поэтому более продвинутые модели оснащаются встроенным таймером для управления длительностью импульса и регулировкой сварочного тока. Иногда эти рабочие характеристики регулируются при помощи внешнего управляющего устройства, через которое сварочные клещи подключаются к электросети.

Если говорить о параметрах питания, то клещи могут запитываться как от однофазной, так и трехфазной сети. Некоторые импортные модели рассчитаны на использование межфазного напряжения промышленной сети 380 В, 50 Гц. Номинальная, усредненная по времени, мощность таких устройств невелика, чего нельзя сказать о мощности сварочного импульса.

Трансформатор сварочных клещей способен выдавать ток, равный нескольким килоамперам при мощности импульса от одного до двух десятков киловатт! И это при весьма скромных габаритах и массе всего устройства, которая, включая электроды и механизм создания усилия сжатия, составляет порядка 10 кг.

Понятно, что как бы ни малы были относительные потери в источнике тока, аппарат является чрезвычайно теплонапряженным устройством. Как и большинство сварочных машин, он не предназначен для непрерывного использования.

Допустимый цикл использования может определяться двумя параметрами. Некоторые производители указывают в технических характеристиках продолжительность включения (ПВ). Для сварочных клещей она обычно составляет величину, равную нескольким процентам (в отличие от полуавтоматов, ПВ которых на порядок больше). Иногда в технических характеристиках приводится «скорострельность» сварочных клещей - количество сварных точек, которое они могут обеспечить в течение минуты или часа работы без нарушения предельного теплового режима.

Чем больше номинальная мощность аппарата, тем выше указанные характеристики, определяющие производительность работы сварщика. Интересно, каким образом достигается повышение номинальной мощности ручных сварочных клещей. Поскольку увеличение мощности, а следовательно и массы источника питания для переносного оборудования неприемлемо, прибегают к иному методу. Практически не изменяя параметры сварочного трансформатора, применяют принудительное водяное охлаждение его магнитопровода, а также держателей и самих электродов.

Мощность сварочного импульса при этом увеличивается незначительно, а вот производительность и, следовательно, усредненная по времени мощность, возрастают в 3-5 раз. Например, если неохлаждаемые клещи номинальной мощностью 2,5 кВА способны при сварке стали толщиной 0,8 мм обеспечить в минуту 5-6 точек, то такая же водоохлаждаемая модель, обладает номинальной мощностью 6 кВА и способна в течение минуты сварить указанную сталь более чем в тридцати местах.

В приведенном примере не случайно фигурирует толщина свариваемых деталей. Производительность сварки зависит не только от электротехнических характеристик, но и от толщины соединяемого металла. Зависимость носит обратный характер. Чем толще свариваемый металл, тем ниже «скорострельность». Объяснение простое: для образования ядра расплава в месте контакта более толстых деталей требуется сварочный импульс большей мощности. Чтобы при этом не превысить уровень номинальной мощности, число импульсов в единицу времени приходится уменьшать.

Все было бы достаточно просто, если бы не было еще нескольких конструктивных параметров, влияющих и на производительность, и на толщину свариваемых деталей.

В стандартной комплектации клещи оснащаются консольными держателями небольшой длины (100-125 мм) и прямолинейными электродами. Такой конфигурации оказывается недостаточно для сварки в труднодоступных местах. Поэтому производители предлагают серию удлиненных держателей (до 500 и даже 700 мм) и электроды сложной конфигурации. Некоторые фирмы также применяют более сложные, двухходовые устройства для сжатия электродов, увеличивающие их «раскрыв» в нерабочем положении.

Получая доступ практически во все места кузова, при этом вы получаете и ряд проблем. Обладая высокой электропроводностью, медные стержни держателей и электроды тем не менее представляют собой ощутимое дополнительное сопротивление для протекающего огромного сварочного тока. Чем они длиннее, тем выше сопротивление и меньше сварочный ток. Удлинение консолей влияет не только на величину сварочного импульса, оно также снижает усилие сжатия в зоне сварки.

Эти факторы неминуемо приводят к тому, что на предельных вылетах электродов уменьшается максимальная толщина свариваемых деталей и «скорострельность». Причем, их влияние отнюдь не теоретическое. При увеличении вылета электродов неохлаждаемых клещей со 125 до 500 мм предельная толщина свариваемой стали уменьшается в 1,4 раза.

Большинство производителей, стремясь «показать товар лицом», в каталогах указывают предельные параметры по производительности, толщине свариваемых деталей и т.д. Имейте в виду, что они соответствуют минимальной длине консольных держателей. Более добросовестные приводят расширенные технические характеристики, в которых можно посмотреть взаимное влияние указанных параметров в виде таблиц или графиков.

Рекомендации

Чтобы облегчить себе и менеджеру по продажам задачу подбора нужного аппарата контактной сварки, необходимо предварительно продумать ряд вопросов.

Во-первых, определитесь с тем: какой толщины детали и с какой производительностью предстоит сваривать. Если речь идет о преимущественном использовании сварочных клещей для кузовного ремонта, нужно исходить из максимальной толщины деталей 0,8-1,0 мм. Иногда может потребоваться проварить «сэндвич» из трех кузовных листов. Не забудьте выяснить, обеспечивают ли клещи сварку таких толщин при максимальном вылете электродов.

Прикидывая производительность, не переоценивайте потребности. Напряженность собственно сварочных работ на кузовном участке не очень велика. В большинстве случаев бывает достаточной производительность клещей, равная 5-10 точкам в минуту.

Большей производительностью, как правило, обладают водоохлаждаемые аппараты, но и стоят они раза в полтора дороже неохлаждаемых моделей. Если вы решили приобрести такие клещи, не забудьте продумать вопрос о возможности отбора магистральной воды и ее слива. На входе в аппарат ее необходимо фильтровать. Если такой возможности нет, можно приобрести установку замкнутого цикла, снабженную насосом, фильтром и охладителем.

Не забывайте о первичном питании. Если бытовая сеть на участке нестабильна, приобретайте клещи с трехфазным питанием или рассчитанные на межфазное напряжение.

Приобретая клещи, зарезервируйте некоторое количество средств на покупку опционных приспособлений. Безусловно, следует купить удлиненные консоли и несколько типов криволинейных электродов. Для напряженно работающего сварщика стоит приобрести балансир для подвешивания клещей. В противном случае десятикилограммовый аппарат придется целый день «нянчить» на руках, что не очень просто.

Работать аппаратом контактной сварки довольно просто, и все же персонал должен иметь минимальную техническую грамотность, понимать взаимосвязь основных регулировочных параметров аппарата.

Если вы обратитесь за покупкой в солидную фирму, благодаря консультации квалифицированных продавцов, шанс совершить ошибку при выборе оборудования будет сведен к минимуму. Помимо этого такие фирмы предоставляют клиенту право в течение некоторого времени возвратить или заменить не устраивающий его товар.

В магазине вы скорее всего увидите аппараты европейских производителей автосервисного оборудования - преимущественно итальянские. Практически каждый из итальянских заводов, которые мы упоминали в статье, посвященной полуавтоматам, имеет в своей программе серию сварочных клещей.

Помимо этого существуют производители, специализирующиеся на выпуске техники для контактной сварки. Это - итальянская фирма Tecna, немецкая Dalex. Реже предлагают шведское и американское оборудование. Его стоимость гораздо выше, и в силу этого оно интересно прежде всего для использования в промышленности.

Крупные отечественные производители по-прежнему игнорируют потребности авторемонтников, выпуская аппараты контактной сварки исключительно промышленного масштаба.

Гаражников выручают всего одна-две небольшие фирмы, среди которых уже упоминавшаяся нами производственная фирма «Тор». Производимый ею с середины 90-х годов одноименный аппарат по выходным характеристикам и весу может на рaвных потягаться со многими образцами импортной продукции.

Он заслуживает самой высокой оценки за изящное конструктивное решение. Суть его в том, что электрододержатель является единственным витком вторичной обмотки тороидального трансформатора. Одновременно он выполняет роль ручки. Благодаря этому, аппарат при малом весе и габаритах способен на вполне «взрослые» работы. Стоимость же его такова, что позволить себе такую покупку могут не только автосервисы, но и большинство автолюбителей.

Сварочные клещи - не единственное оборудование в автомастерской, использующее принцип контактной сварки. При ремонте повреждений кузова широкое применение находят специализированные машины - споттеры.

О них в следующий раз.

Таблица. Зависимость оптимального диаметра контактной поверхности электродов (O), минимальной нахлестки (Н) и минимального шага точек (Ш) от толщины свариваемых стальных деталей (d).
d (мм)	0,6+0,6	0,8+0,8	1+1	1,2+1,2	1,5+1,5
O (мм)	3,5	4	4,5	4,5	5
Н (мм)	8	10	12	-	14
Ш (мм)	10	-	12	-	14