Пожалуй, одним из наилучших способов получения неразъемных соединений зарекомендовала себя точечная контактная сварка, или резистивная сварка. Ее принцип основан на использовании свойства сопротивления металлов – их способности к нагреву и плавлению под тепловым воздействием электрического тока.
При сварке сопротивлением большая сила тока, воздействующая на металл, расплавляет свариваемые материалы в одной точке, отсюда понятие «точечная сварка». Сварное соединение (точка) возникает мгновенно – его формирование занимает лишь несколько миллисекунд от начала сварочного процесса. Материалами, из которых изготавливаются электроды, являются сплавы высокой электропроводимости, что обеспечивает минимальное сопротивление между электродом и деталью, при этом в контакте «деталь-деталь» нагрев и сопротивление достигают наибольшей величины.
Традиционно в оборудовании для резистивной сварки присутствуют инверторы, которые позволяют работать не только с постоянным, но и с переменным током. Это способствует гибкости сварочных процессов, их контролируемости. Кроме того, не менее важную роль играет усилие сжатия свариваемых деталей.
Принято различать два основных режима сварки: мягкий (soft) и жесткий (hard).
Режим soft:
- умеренная сила тока;
- бо́льшая продолжительность времени сварки;
- плавный нагрев;
- плотность тока: ~100 А/мм² (макс.);
- время протекания тока: 0,5–3 с.
Преимущества перед режимом hard: меньшие нагрузки сети, меньшие потребляемые мощности, уменьшение закалки зоны сварки. Применяется в работе со сталью, склонной к закалке.
Режим hard:
- бо́льшая сила тока;
- малая продолжительность времени сварки;
- высокое сжимающее давление электродов;
- плотность тока: 120–300 А/мм²;
- время протекания тока: 0,1–1,5 с.
Преимущества перед режимом soft: уменьшение времени сварки, высокая производительность, вариативность применения. Применяется в работе с алюминием и медью, разноименными деталями и деталями неравной толщины, а также высоколегированными сталями.
С участием конденсаторов сварочные аппараты локализуют область около шва, где из-за нагрева и последующего охлаждения свойства металла изменяются до минимума, в виде небольшого участка вокруг точки.
У сварочных машин, помимо классического оснащения, предусмотрены и специализированные варианты: конденсаторы для сварки емкостным разрядом. Аппараты для сварки емкостным сопротивлением, также называемые аппаратами для сварки емкостным разрядом, имеют множество преимуществ.
Они способны превосходно выполнять работу по целому ряду причин: благодаря конденсаторам при резистивной сварке чрезвычайно быстро высвобождается энергия с высокой амплитудой силы тока. В данном случае высокая скорость разряда, что обусловлено свойством конденсаторов предварительно накапливать энергию, сулит ее целесообразный расход – бо́льшая ее часть направляется на формирование сварного соединения вместо бессмысленного нагрева материала вокруг. Таким образом, с участием конденсаторов сварочные аппараты локализуют область около шва, где из-за нагрева и последующего охлаждения свойства металла изменяются до минимума, в виде небольшого участка вокруг точки.
Дополнительно следует отметить и такой плюс, как стабильность работы данного оборудования в условиях перепадов напряжения, где ему не грозят перебои, поскольку перед сваркой энергия успевает накапливаться. О каких нюансах необходимо помнить каждому, кто решил идти в ногу со временем, используя резистивную сварку?
В первую очередь это понимание свойств материала. Как известно, на любой поверхности можно обнаружить некоторую шероховатость и неровность, если рассматривать ее на микроуровне. После того как мы прислонили шероховатые материалы друг к другу, наш невооруженный глаз обязательно увидит между ними идеальный плотный контакт, что, конечно же, в корне неверно.
На самом деле контакт между материалами ограничен определенными точками – именно в местах соприкосновения контактирующих выступов заготовок, где, в отличие от основной структуры, сопротивление возникает в первую очередь.
Во время сварочного процесса сопротивление в области площади касания возрастает, а линии тока – стягиваются. Данный вид сопротивления принято называть сопротивлением стягивания контакта, и зачастую именно оно играет ключевую роль в формировании сварного соединения.
Едва соединение начнет образовываться, в течение первых нескольких миллисекунд контактирующие выступы металла плавятся с возросшим удельным сопротивлением, открывая путь следующим выступам (мостикам) и позволяя им войти в контакт с продолжением плавления. Только когда расплавятся последние мостики и контактное сопротивление достигнет нуля, в дело вступит сопротивление основной структуры металла, которое и завершит процесс сварки.
Недостатки ультразвуковой сварки объясняются ее требовательностью к чистоте и ровности поверхностей, нетерпимостью к плакировке и лужению, а также слабым воздействием даже на относительно твердые металлы.
В наши дни резистивная сварка пользуется огромным спросом во всех развитых странах, где главными приоритетами являются качество выпускаемых изделий и высокая повторяемость.
За годы существования резистивная сварка заработала себе доброе имя и непоколебимый авторитет среди ценителей и пользователей точечных сварок, ввиду неоспоримых преимуществ перед остальными видами. Сравнительный анализ изделий на примере резистивной и ультразвуковой сварки наглядно демонстрирует нам разницу в качестве.
В целом недостатки ультразвуковой сварки объясняются ее требовательностью к чистоте и ровности поверхностей, нетерпимостью к плакировке и лужению, а также слабым воздействием даже на относительно твердые металлы.
То же олово, которым так часто покрывают проводники, – настоящее зло для ультразвука: из-за разницы в плотностях олова и меди, при УЗС-сварке образуются вторичные звуковые волны, которые тут же спешат распространиться и выйти за пределы швов.
Безусловно, ультразвуковая сварка способна работать с обработанными металлами, вот только качество таких изделий оставляет желать лучшего и в перспективе прослужит совсем недолго. Данный тип сварки больше подходит для взаимодействия с мягкими материалами, иной раз – диэлектриками.
Резистивная сварка прекрасно справляется как с обычными проводниками, так и с металлами, покрытыми слоем Sn, Zn, Ni, Ag, Au. Более того, при должной конфигурации оборудование одолевает даже керамику (при условии, что на ее поверхность нанесен проводящий слой).
Готовые решения в этой области имеют широкий спектр применения, начиная от микросварки (от 0,02 мкм для тончайших деталей) и заканчивая стальными листами толщиной до 20 мм (например, в судо- и авиастроении), но даже при существовании столь внушительного диапазона у резистивной сварки по-прежнему остается огромный потенциал для развития.