Spot сварка - принцип технологии и применение

Spot сварка - что это такое?

Это один из методов соединения металлов, при котором детали свариваются точечно, без непрерывного шва. Проще говоря, spot сварка (от англ. spot welding) – это точечная сварка: два металлических листа накладываются друг на друга и скрепляются в отдельных небольших зонах (“точках”) под воздействием тепла и давления. Процесс позволяет прочно соединять металл локально – сварные точки формируются быстро, без сильного нагрева всей детали.

Термин spot сварка в русскоязычной технической практике эквивалентен понятию точечная сварка. В литературе чаще используется название контактная точечная сварка – так обозначают классический способ, основанный на электрическом токе и сжатии. Также можно встретить словосочетание “точечная сварка spot” – по сути, это то же самое, объединение русского и английского названия процесса. Далее рассмотрим суть этой технологии, области ее применения, принцип действия, используемое оборудование, преимущества и ограничения. Отдельно описаны особенности TIG Spot (аргонодуговой точечной сварки) и сравнение с другими видами точечного соединения.

Метод сварки Spot: принцип действия

Классическая spot сварка относится к процессам контактной. Принцип действия основан на локальном нагреве металла электрическим током при одновременном сжатии деталей. Две металлические заготовки (обычно тонкие листы) накладывают внахлест, и с двух сторон к месту соединения прижимают медные электроды. Затем через электроды и участок между ними пропускается короткий мощный импульс тока. За счет сопротивления металла в зоне контакта происходит интенсивный нагрев: небольшой участок между листами плавится, образуя общее расплавленное ядро. Давление электродов удерживает детали, не давая расплаву вытечь и обеспечивая плотный контакт.

После выключения тока расплавленный металл быстро остывает и кристаллизуется, формируя сварную точку – небольшое литое соединение, скрепляющее оба листа. Диаметр такой точки обычно составляет несколько миллиметров. Прочность соединения зависит от размера и качества проплавления этого ядра: чем больше проварена точка, тем крепче выходит шов.

Для качественного результата важно правильно подобрать режим spot сварки – величину тока, длительность импульса и усилие прижатия. Например, тонкую сталь сваривают умеренным током с более долгой экспозицией, чтобы прогреть металл без прожога; для толстых или трудноплавких материалов (например, некоторых сплавов) применяют максимально высокий ток на минимально короткое время с повышенным давлением. В любом случае цель одна – расплавить металл в точке соединения без дефектов. Как правило, импульс тока длится лишь доли секунды, а сила тока измеряется тысячами ампер. После окончания импульса давление электродов кратковременно удерживается – металл застывает под прессом, образуя прочный контакт. Весь цикл сварки одной точки занимает всего 1–3 секунды, после чего можно сразу переходить к следующей точке.

Оборудование для точечной spot сварки

Для выполнения точечного соединения используют специальные аппараты контактной сварки. Основной узел такого оборудования – мощный трансформатор, выдающий очень низкое напряжение, но крайне высокий ток. К трансформатору подключены два электрода, между которыми размещаются свариваемые детали. Существует несколько видов машин для spot соединения:

• Ручные клещи. Переносные аппараты в виде клещей с электродами на концах. Оператор сжимает губки на месте соединения и запускает импульс тока. Применяются для небольших толщин и локальных работ (например, кузовной ремонт).

• Стационарные станки. Установки с электродами на рычаге или пневмоприводе. Детали зажимаются между электродами, цикл процесса запускается педалью/кнопкой. Обеспечивают стабильное усилие прижатия, подходят для серийного производства с большим количеством точек.

• Роботизированные комплексы. Промышленные роботы с интегрированными клещами, применяемые на конвейерах (например, при сборке автомобилей). Робот быстро ставит сотни сварных точек по заданной программе, обеспечивая высокую скорость и повторяемость.

• Специализированные аппараты. Например, установки конденсаторной точечной сварки для мелких деталей (приварка контактных лепестков, тонких проводников) или приварки крепежа. Они работают по тому же принципу нагрева от тока, но рассчитаны на микросварку и особые задачи.

Современные аппараты позволяют задавать время импульса, силу тока и усилие сжатия. Инверторные модели автоматически подбирают параметры под толщину и материал. От оператора требуется обеспечить плотный контакт электродов с поверхностью и правильное позиционирование точки соединения.

Области применения spot сварки

Точечная сварка широко используется для соединения тонколистового металла во многих отраслях. Основные области применения:

• Автомобилестроение: кузова автомобилей (панели, двери, стойки) соединяются тысячами сварных точек.

• Машиностроение: сборка металлических конструкций, рам, корпусных деталей из листового проката.

• Бытовая техника: корпуса холодильников, стиральных машин, микроволновых печей и другой техники из тонкой стали свариваются точечно, что дает прочные соединения и сохраняет внешний вид панелей.

• Электротехника и электроника: при изготовлении аккумуляторов, батарейных блоков, электрических шкафов, тонких шин и контактов применяют точечную или конденсаторную для надежного крепления небольших пластин и проводников.

• Ремонт и сервис: используется в кузовном ремонте (замена панелей, порогов), при восстановлении металлической мебели и оборудования – везде, где нужно быстро “прихватить” накладку или заплатку внахлест без длительной сварки швом.

Классическая контактная точечная сварка лучше всего подходит для сталей (углеродистых и нержавеющих). Алюминий и другие высокотеплопроводные металлы точечно сваривать сложнее – требуются очень мощные токи и специальные режимы, поэтому их обычно соединяют другими методами или применяют специальные аппараты.

Преимущества и ограничения точечной сварки

Преимущества:

• Высокая скорость. Образование одной сварной точки занимает доли секунды. В автоматическом режиме за минуту можно выполнить десятки и даже сотни соединений. Ни один дуговой метод не позволит столь быстро сваривать детали по отдельным точкам.

• Экономичность процесса. Не требует присадочного материала (проволоки, электродов) и защитного газа. Металл соединяется за счет собственного расплавления, что сокращает затраты на расходники и упрощает организацию процесса.

• Минимальная деформация. Тепло локализовано на очень малом участке. Остальная часть детали практически не нагревается, благодаря чему отсутствует коробление и сохраняются свойства металла. Даже тонкие листы не ведет от температуры, в отличие от длинных протяженных швов.

• Качество соединения. При правильных параметрах сварная точка получается прочной, почти как монолит с основным металлом. Отсутствие флюсов и большого объема расплава обеспечивает чистый шов без загрязнений. На поверхности остаются лишь небольшие округлые отметины от электродов, без наплывов металла.

Ограничения:

• Только нахлесточные соединения. Классическая точечная сварка применяется для деталей, которые можно наложить друг на друга. Невозможно сварить листы встык или под углом без перекрытия – для таких случаев нужен либо другой способ, либо специально подготовленный нахлест.

• Доступ с двух сторон. Контактный метод требует подхода электродов с обеих сторон соединения. Если задняя сторона узла недоступна, выполнить spot сварку стандартным способом не получится (здесь выручает односторонний метод, о котором ниже).

• Ограниченная толщина. Эффективно точечно сваривать можно ограниченную суммарную толщину листов (как правило, до ~6–8 мм вместе). На слишком толстом металле сложно проплавить ядро точки – требуются чрезмерно высокие токи и сила прижима, что не всегда реализуемо. Для толстостенных деталей чаще применяют другие виды сварки.

• Громоздкое оборудование. Аппараты достаточно тяжелые, потребляют большой ток из сети и зачастую требуют водяного охлаждения электродов. Их использование возможно в условиях производства или мастерской с мощной электросетью; для бытового применения они мало пригодны.

• Следы на поверхности. После сваривания остаются небольшие углубления от электродов на обеих поверхностях листов. В конструкциях это обычно не мешает, однако на видимых внешних панелях может потребоваться дополнительная обработка (шлифовка, грунтовка) для идеального внешнего вида соединения.

Особенности сварки TIG Spot

Помимо сопротивлятельной (контактной) сварки, точечное соединение можно выполнять и дуговым способом. Один из вариантов – TIG Spot, то есть точечная с помощью аргонодугового аппарата (TIG). Эта технология расширяет возможности точечной сварки, позволяя сваривать внахлест там, где применение классических клещей затруднительно.

Сварка TIG Spot выполняется при помощи обычного TIG-инвертора, оснащенного специальным режимом SPOT (короткий импульс дуги). По принципу работы она напоминает прихватку: к поверхности верхнего листа с одной стороны плотно прижимается сопло TIG-горелки с вольфрамовым электродом, и аппарат подает мощный кратковременный разряд. Концентрированная дуга за долю секунды расплавляет точку металла – прожигает верхний лист на небольшом участке и приваривает его к нижнему листу. В результате образуется сварная точка, аналогичная контактной, но выполненная односторонне (с одной стороны детали).

Главное преимущество TIG Spot – именно односторонняя сварка. Для соединения деталей нужен доступ только с внешней стороны, что незаменимо при работе с закрытыми профилями, полыми конструкциями, трубами, где второй стороны не достать. При этом сварочное “пятно” (место дуговой точки) остается только на той стороне, где была горелка; обратная сторона детали практически не повреждается. Это важно, когда нельзя допускать следов сварки снаружи изделия – например, наружную панель кузова автомобиля можно приварить точками изнутри, сохранив внешнюю поверхность гладкой.

Для TIG Spot используют специальные насадки на горелку, которые обеспечивают плотный прижим и правильный зазор для формирования точки. Обязателен защитный газ (аргон), как и при любой TIG-сварке, чтобы дуга была стабильной, а расплавленный металл не окислялся. В остальном оборудование достаточно стандартное: многие современные TIG-аппараты имеют встроенный SPOT-режим, позволяющий задавать время импульса.

Однако у TIG Spot есть и ограничения. Как правило, толщина каждого свариваемого листа не должна превышать ~3 мм, иначе дуге трудно проварить металл точечно без сквозного прожога верхнего слоя. Кроме того, этот метод практически не применяют для алюминия и его сплавов – короткий стабильный импульс TIG-дуги на алюминии реализовать сложно из-за оксидной пленки и необходимости переменного тока. Еще один нюанс: для комфортной работы нужен инвертор с таймером (режимом SPOT), поскольку вручную очень трудно выдержать точное время дуги до долей секунды.

Несмотря на эти ограничения, TIG Spot – полезное решение для ремонта и мелкого производства. Он не требует громоздкого контактного аппарата: достаточно иметь TIG-инвертор с функцией SPOT и соответствующую горелку. Скорость формирования одной точки дугой несколько ниже, чем при импульсе контактной сварки, но для единичных задач это некритично. Получаемое соединение по прочности вполне сопоставимо с обычной точечной сваркой, а само оборудование остается универсальным (тот же аппарат можно использовать и для классической TIG-сварки швов).

Сравнение TIG Spot с другими видами точечной сварки

На практике выбор между различными способами зависит от условий работы и доступного оборудования. Вот краткое сравнение TIG Spot с классической контактной сваркой и другими методами:

• Доступ к месту сварки: контактная требует одновременного доступа с двух сторон (электроды с обеих сторон листов). TIG Spot позволяет варить односторонне, что дает преимущество при соединении деталей сложной формы или закрытых полостей, где второй стороны не достать.

• Оборудование: для контактной spot-сварки нужен специализированный аппарат с клещами или стационарный станок, способный выдавать очень большой ток. Такое оборудование громоздкое и дорогое, но эффективно на конвейере. Для TIG Spot достаточно стандартного TIG-инвертора с режимом импульсной точки и недорогой насадки на горелку – это проще и дешевле для небольшой мастерской.

• Скорость работы: в массовом производстве контактная сварка значительно выигрывает – автоматизированные клещи могут ставить точки непрерывно и очень быстро. TIG Spot выполняется вручную и последовательно, поэтому подходит лишь для небольшого числа соединений. Если нужно сварить сотни точек, контактный метод гораздо продуктивнее.

• Качество и внешний вид шва: оба метода при правильной настройке дают прочное соединение. Однако при контактной остаются отпечатки электродов с двух сторон листов, тогда как TIG Spot оставляет след только с одной стороны. Поэтому в ситуациях, где важна внешняя поверхность, TIG Spot обеспечивает более аккуратный результат.

• Материалы и толщина: контактной хорошо свариваются углеродистые и нержавеющие стали, а при наличии мощного оборудования – даже алюминий и некоторые другие металлы (хотя с алюминием процесс сложнее). TIG Spot эффективно работает в основном со стальными деталями небольшой толщины; для алюминия и толстого металла этот способ не применяется.

• Расходные материалы: контактная не требует ни газа, ни присадочного металла – только электричество и исправные электроды. TIG Spot же нуждается в аргоновом газе и обслуживании вольфрамового электрода (его заточки), зато не изнашивает медные электроды как контактная сварка. В целом затраты на расходники в обоих случаях невысокие, но организационно контактный метод проще (нет баллонов с газом и т.д.).

Стоит упомянуть и MIG/MAG spot – точечную при помощи полуавтоматического сварочного аппарата. Многие MIG-инверторы имеют режим “SPOT”, при котором подача проволоки и дуга автоматически прекращаются через заданный краткий интервал. Это позволяет приваривать листы точкой с добавлением небольшого количества присадочного металла. MIG-spot применяется, например, в автосервисах для замены точечной сварки там, где нет контактного аппарата: сварщик просверливает отверстия в верхнем листе и заполняет их сварочной проволокой, имитируя заводские точки. Однако при MIG-spot на поверхности остается небольшой выпуклый шов, требующий шлифовки, и присутствуют брызги металла. Поэтому в плане чистоты и внешнего вида классическая контактная сварка и TIG Spot выигрывают.

В заключение: spot сварка является незаменимой технологией для быстрого и надежного соединения листового металла. Классический контактный способ доминирует в промышленности благодаря высокой производительности и устойчивому качеству соединений. Одновременно ему на помощь приходят дуговые методы – такие как TIG Spot или MIG-spot – расширяя возможности точечной сварки там, где применение громоздкого оборудования невозможно или нецелесообразно. Зная особенности каждого метода, можно выбрать оптимальный вариант для своих задач и получить прочные неразъемные соединения с минимальными затратами.