В основном все виды сварки для соединения двух кусков металла используют тепло, так, например, газовая сварка плавит металл за счет использования газового пламени. Когда расплавленный металл остывает, части соединяются. Дуговая сварка использует электрическую дугу между электродом и свариваемым образцом, чтобы расплавить металл. Оба процесса требуют таких «расходных материалов», как: газ, флюс, электроды и т.д., также для осуществления сварки добавляют металл.

Контактная сварка соединяет два листа металла без применения добавок. Чтобы произвести сварку, она использует тепло, время и давление. Когда электрический ток подводится к обрабатываемой детали, в течение определенного времени между двумя ее частями создается слой расплавленного металла. После того, как слой остынет, листы соединятся. 

Электрический ток проходит через два медных электрода, как показано ниже:

 

Когда подается электрический ток, электричество проходит через два электрода и создает слой из расплавленного металла, как показано на рисунке:



Слой создается в точке соприкосновения, потому что это точка максимального тепловыделения. Производство тепла, запускающего процесс плавления, вызвано сопротивлением металлов протекающему току.

Слово  «сопротивление» в контактной сварке описывает характерные реакции металла на электричество. Например, медь имеет меньшее сопротивление, чем сталь, поэтому для наилучшего пропускания тока большинство электродов для сварки сопротивлением изготовляются именно из медных сплавов. Части, которые подлежат соединению (обычно сталь), имеют более высокое сопротивление электричеству. Таким образом, после подачи тока, он легко проходит через медные электроды, но встречает сопротивление при прохождении через сталь. Максимальное сопротивление обычно приходится на стык свариваемых частей. Это приводит к расплавлению стали в точке контакта, создавая слой расплавленного металла, упомянутый выше. В дополнение к потоку электрического тока медные электроды также передают механическую силу или давление.

Эта сила является необходимой по ряду причин, наиболее важной из которых является предотвращение выплеска расплавленного металла из сварного соединения.

Затрачиваемое время очень коротко. Толщины и типы материалов, которые должны быть соединены, определяют количество времени необходимого для подачи электрического тока. Обычно это «сварочное время» составляет менее одной секунды. 

Оборудование для контактной сварки, как правило, включает в себя следующие узлы:
1. Жесткий корпус, в котором находится сварочный трансформатор для преобразования высокого первичного напряжения и низкой силы первичного тока в необходимые для сварки низкое вторичное напряжение и высокую силу вторичного тока.
2. Электроды для подвода тока к обрабатываемым деталям.
3. Проводники, соединяющие эти электроды со сварочным трансформатором.
4. Устройство для передачи давления через электроды на метал.
5. Устройство регулирования электрического тока.
6. Контактор для прерывания подачи энергии на трансформатор.
7. Таймер, который способен контролировать действия контактора в пределах точности, необходимой для выдачи желаемых сварочных характеристик.
8. Устройство охлаждения электродов водой.

Ниже приводится схематическое изображение этих компонентов:


Каждый металл имеет свою характеристику сопротивления электрическому току. Количество тепла, выделяемого данным сопротивлением, выражается следующей формулой:
W = I ² Rt;
где «W» - тепло в ваттах в секунду;
       «I» - сила тока, протекающего через металл, в Амперах;
       «R» - сопротивление металла в Омах;
       «t» - время в секундах.

Количество тепла,необходимое для сварки, может также быть выражено формулой, но важно помнить, что тепло прямо пропорционально сопротивлению материала, времени протекания тока и квадрату силы тока.

ВРЕМЯ

В контактной сварке, есть четыре основных временных этапа:
1. Время сжатия - время между первоначальным приложением механической силы электрода к металлу и началом подачи электрического тока.
2. Сварочное время – время протекания сварочного тока через металл.
3. Время удержания - время, в течение которого механическая сила применяется в месте сварки после прекращения подачи последнего импульса тока.
4. Время отключения - время, в течение которого электроды бездействуют. («Время отключения» является дополнительной временной функцией, используемой для автоматического повтора операции, и не является необходимым для осуществления сварки.)

Другие временные последовательности и контрольные функции могут потребоваться для конкретных приложений.

ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК

Большинство машин контактной сварки работает на однофазном переменном токе от линий электропередачи с частотой, как правило, 60 Гц. Этот способ включает в себя однофазный сварочный трансформатор, преобразовывающий высокое напряжение с линии электропередачи в низковольтное вторичное напряжение, обычно в диапазоне от 1,0 до 25,0 вольт.
В зависимости от толщины и типа свариваемого материала, вторичный ток может быть от 1000 до 100 тысяч ампер и более.

ПОСТОЯННЫЙ ТОК

Некоторые машины контактной сварки работают от 3-х фазного первичного электроснабжения и выпрямляют ток из переменного(AC) в постоянный(DC). Контактная машина на 3-фазном постоянном токе электрически более эффективна, чем машина на однофазном переменном токе. Это происходит потому, что обычно она даёт больший сварочный ампераж на кВА и менее требовательна к первичному электроснабжению. Из-за значительно более высокой стоимости 3-фазные контактные машины составляют лишь небольшой процент в продажах новых машин контактной сварки.

ВРЕМЕННОЙ КОНТРОЛЬ

Продолжительность подачи тока, которую называют временем, сварочным временем, тепловым временем, расчетным временем или токовым временем, контролируется с помощью электронных, механических или ручных средств. Время, начинающееся от одного полуцикла в 60-цикловой частоте, используется для тончайших листов и растёт для более толстых пластин в зависимости также от свариваемых металлов.
Лучшая сварка производится в относительно короткие сроки, как правило, менее чем за одну секунду. Сварочное время большее, чем одна секунда, указывает, в большинстве случаев, на слишком маленькую мощность используемого сварочного аппарата.

УСИЛИЕ НА ЭЛЕКТРОДАХ

Замыкание электрической цепи между электродами и материалом обеспечивается за счет непрерывного приложения давления. Для материала данного состава и толщины, чем выше величина приложенной силы, тем больше она служит для:
- плотного соприкосновения поверхностей;
- уменьшения начального сопротивления между поверхностями материала и электродов;
- использования более высокого вторичного тока;
- сокращения внутреннего растрескивания расплавленного слоя между соединяемыми металлами.

Слишком большое усилие даст чрезмерный след на поверхности металла и, в конечном итоге, более слабое сварное соединение.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Большая часть оборудования рассчитана на определенные кВА (например, 30 кВА). КВА (кило-вольт-ампер) рейтинг является мерой количества энергии, с которой оборудование сможет работать без чрезмерного внутреннего нагрева. В большинстве случаев сварочный трансформатор является ограничивающим фактором в оборудовании и определяет рейтинг кВА. Стандартная практика оценивать сварочный трансформатор при ПВ = 50%. Рабочий цикл (ПВ) трансформатора определяется как процент времени в каждом минутном интервале, когда трансформатор фактически подаёт ток. Он вычисляется по следующей формуле:

              СВАРОЧНОЕ ВРЕМЯ х число сварок в минуту
%ПВ = ------------------------------------------------------------------ х 100
                                                     3600
В большинстве приложений контактной сварки фактическая нагрузка значительно меньше, чем 50% рабочий цикл, применяемый в вычислении кВА рейтинга машины. Выше кВА – больше мощности трансформатора. Фактический сварочный ток, производимый трансформатором, не имеет прямого отношения к его кВА параметру. Трансформаторы разных производителей с одинаковым кВА могут давать различный сварочный ток. При сравнении разных машин контактной сварки важно сравнивать не только кВА рейтинг, но и сварочный ток.

Выбирая оборудование контактной сварки необходимо принимать во внимание все следующие факторы:
1. Значения напряжения и тока доступные в цеху пользователя.
2. Типы и толщины свариваемого металла.
3. Количество выделяемого тепла.
4. Значение сварочного времени, необходимого для сварки двух кусков металла.
5. Общее время(цикл сварки), необходимое для приложения давления, подачи сварочного тока, формирования сварного соединения и отката электродов.

ВЛИЯНИЕ МАТЕРИАЛА

Холоднокатаная сталь (CRS) - холоднокатаная сталь является идеальным металлом для точечной сварки. Холоднокатаная сталь – это не точная спецификация материала, но, как правило, под ней понимается чистая, нелегированная, низкоуглеродистая сталь, свободная от любых покрытий, ржавчины, окалины или другой инородной примеси на поверхности. Тонкий слой масла не помеха.
Все параметры и величины, приведенные для контактных машин, относятся к холоднокатаной стали, если не указано иное.

Нержавеющая сталь - большинство нержавеющих сталей легко сваривается точечной сваркой. Для эквивалентной толщины, в сравнении с CRS, нержавеющая сталь требует меньше времени сварки (сварочного тепла там, где регулируется) и большего давления на электродах. Немного сортов нержавеющей стали дадут плохие или хрупкие сварные соединения. Если вы сомневаетесь, проведите тестовую сварку или проконсультируйтесь с поставщиком материала.

Алюминий - алюминий является более трудным материалом для сварки, поскольку он является хорошим проводником электричества и производит относительно мало тепла. В зависимости от класса сплава и требуемого качества сварного соединения алюминиевым сплавам, возможно, потребуется от двух до пяти крат более мощной силы вторичного тока, необходимой для сварки сравнимой по толщине мягкой стали. Это заставляет использовать более крупные и мощные(по кВА) контактные машины, чем требуется для сварки стали. Некоторые алюминиевые сплавы не подходят для контактной сварки и будут выдавать плохие результаты даже для тонких пластин. Проконсультируйтесь с вашим поставщиком материала или проведите тестовую сварку.

Медь, латунь и т.д. – медь, как правило, не может быть сварена, поскольку ее электропроводность лучше, чем у алюминия.
Некоторые медные сплавы можно сваривать тонкими пластинами. Соответствующие тесты обязательны перед покупкой.

Сталь с покрытием - для ее сварки покрытие должно быть электрически проводящим. Таким образом, предварительно окрашенная или покрытая винилом сталь, не может быть сварена без удаления покрытия в точках сварки.

Наиболее распространенным покрытием стали является цинк или цинковый сплав (например, оцинковка). Возможно и использование других металлических покрытий, таких как олово. Любое покрытие приводит к снижению толщины свариваемой стали. Другими словами, вы не сможете также хорошо сваривать толстые покрытые листы, как и непокрытые. Фактические возможности должны быть определены тестом. Как правило, возможности по сварке электро-оцинкованной стали падают, по крайней мере, на 25%. Горяче-оцинкованная сталь теряет еще больше. Вне зависимости от типа покрытия или его толщины оно будет придерживать и загрязнять электроды. Это потребует более частой подточки электрода, чем при сварке стали без покрытия. 

Основные правила для успешного применения сварки сопротивлением:

1.Свариваемые листы должны быть из совместимых металлов. Сварка разнородных металлов (например, мягкая сталь с алюминием) становится очень трудной, потому что каждый из металлов имеет свой коэффициент сопротивления. Эти коэффициенты не могут быть усреднены. Как масло и вода, некоторые металлы или сплавы, не смешиваются. Поэтому сварка разнородных металлов это очень сложный процесс.

2. Основное преимущество контактной сварки заключается в ее простоте и скорости. Контактная сварка обычно применяется в сварке листового металла толщиной 11+11мм и меньше. Для сварки листового металла большей толщины, скорее всего, потребуются более крупные и мощные (по кВА) машины и специальная техника сварки.

3. Усилие электродов имеет большое значение: слишком большое усилие может повредить материал, а слишком легкое - спровоцировать выплеск расплавленного слоя и произвести слабое сварное соединение. Таким образом, необходимо такое усилие, которое поможет создать слой расплавленного металла без чрезмерного следа на поверхности материала.

4. Перед контактной сваркой металлические поверхности должны быть очищены для получения наилучших результатов. Грязь или ржавчина на поверхности свариваемых листов может не пропустить в полном объеме сварочный ток через обрабатываемые детали.