Физические основы процесса

Процесс CD-сварки состоит из трёх фаз:

1. Фаза 1 — подъём дуги: штифт поднимается над поверхностью основания на 1–3 мм. При размыкании контакта возникает электрическая дуга с температурой 5000–8000°C, которая оплавляет торец штифта и участок основания диаметром 3–6 мм.
2. Фаза 2 — горение дуги: длительность 1–6 мс. За это время оплавляется слой металла толщиной 0,5–1,5 мм на обеих поверхностях. Ток дуги составляет 500–2000 А при напряжении 50–200 В.
3. Фаза 3 — осадка: под действием пружины пистолета штифт погружается в ванну расплава со скоростью 0,5–1,0 м/с. Происходит выдавливание части расплава и формирование сварного шва. Усилие осадки — 20–80 Н.

Энергия сварки

Энергия, запасённая в конденсаторной батарее, определяется по формуле:

E = C × U² / 2

где:

• E — энергия разряда, Дж
• C — ёмкость конденсаторной батареи, Ф (типовые значения: 20 000–200 000 мкФ)
• U — напряжение заряда, В (типовые значения: 50–200 В)

Для приварки штифтов диаметром 2–3 мм требуется энергия 100–300 Дж, для штифтов 4–5 мм — 400–800 Дж.

Преимущества CD-сварки перед дуговой сваркой штифтов (ARC)

Сварочный аппарат CD

Основные компоненты аппарата конденсаторной сварки:

• Конденсаторная батарея: накопитель энергии, ёмкость 20 000–200 000 мкФ
• Зарядное устройство: преобразует сетевое напряжение 220 В в постоянное напряжение заряда 50–200 В
• Тиристорный ключ: коммутирует разрядный ток (до 2000 А) с временем срабатывания менее 1 мкс
• Блок управления: микропроцессорный контроллер, задающий напряжение заряда и контролирующий параметры разряда
• Сварочный пистолет: ручной инструмент с цанговым зажимом штифта, пружинным механизмом осадки и спусковым переключателем

Характеристики типовых аппаратов CD

Сварочный пистолет

Пистолет для CD-сварки состоит из:

• Цангового зажима (сменные цанги под диаметр штифта 2–8 мм)
• Пружинного механизма осадки (усилие 20–80 Н, регулируемое)
• Трёхопорной системы позиционирования (обеспечивает перпендикулярность штифта к поверхности)
• Спускового переключателя (блокировка от случайного срабатывания)
• Кабеля питания (длина 3–5 м, сечение 16–35 мм²)

Подготовка поверхности

1. Очистка поверхности от окалины, ржавчины, краски, масла (зачистка до металлического блеска)
2. Обезжиривание ацетоном или изопропиловым спиртом
3. Проверка электрического контакта: сопротивление между точкой сварки и массой аппарата ≤ 0,1 Ом
4. Для оцинкованной стали: зачистка цинкового покрытия в зоне сварки (диаметр 10–15 мм)

Параметры сварки

Процедура приварки

1. Установить штифт в цанговый зажим пистолета (штифт должен выступать на заданную величину)
2. Установить пистолет перпендикулярно поверхности (три опоры должны касаться основания)
3. Нажать спусковой переключатель — процесс сварки происходит автоматически
4. Отвести пистолет (штифт остаётся приваренным к основанию)
5. Визуально проверить качество сварного шва

Визуальный контроль (100% соединений)

• Равномерный грат (выдавленный металл) по периметру штифта
• Отсутствие пор, трещин, непроваров
• Отсутствие прожогов основания
• Штифт перпендикулярен поверхности (допуск ±5°)
• Длина штифта после сварки уменьшается на 1,5–3 мм (величина осадки)

Механические испытания (выборочно, 1% соединений)

• Испытание на изгиб: штифт загибается на 30° в любом направлении — сварной шов не должен разрушаться
• Испытание на растяжение: усилие вырыва должно быть не менее 80% от предела прочности материала штифта
• Испытание на скручивание: момент затяжки фиксатора (2–5 Н·м) не должен вызывать проворота штифта

Типичные дефекты и их причины