Разработка процесса контактной электросварки
Контактная сварка – это процесс образования соединения в результате
нагрева металла проходящим через него электрическим током и пластической
деформации зоны соединения под действием сжимающего усилия.
Родоначальник контактной сварки – английский физик Уильям Томсон (лорд
Кельвин), который в 1856 г. впервые применил стыковую сварку. В 1877 г.
в США Элиху Томсон самостоятельно разработал стыковую сварку и внедрил
ее в промышленность. В том же 1877 г. в России Н.Н.Бенардос предложил
способы контактной точечной и шовной (роликовой) сварки.
Сущность способа точечной контактной электросварки заключалась в том,
что к двум стальным пластинам, помещённым одна на другую, подводился ток
с помощью специальных клещей (рис. 1), в которые были вставлены угольные
электроды. Ток проходил через электроды, между которыми зажимались
пластины, и выделившейся теплоты было достаточно для образования сварной
точки.
Рис. 1. Клещи Бернадоса для контактной сварки
Одна из проблем в конце XIX в. – соединение телеграфных проводов. Эта
проблема была решена с помощью стыковой контактной сварки. К 1884 г. Э.
Томсоном созданы необходимые для контактной стыковой сварки элементы
оборудования: коммутирующая аппаратура, динамо-машина для генерирования
переменного тока, подаваемого на трансформатор большой удельной
мощности, специальные токоподводящие зажимы. В 1885 г. он отрабатывает
технику сварки, доводит до безотказной работы сварочную аппаратуру и в
начале 1886 г. подаёт заявку на патент, защищающий принципиально новый
способ электрической сварки.
Способ Томсона описывается так: «свариваемые предметы приводятся в
соприкосновение местами, которые должны быть сварены, и через них
пропускается ток громадной силы -до 200000 ампер при низком напряжении –
1-2 вольт. Место соприкосновения представит току наибольшее
сопротивление и потому сильно нагреется. Если в этот момент начать
сжимать свариваемые части и проковывать место сварки, то после
охлаждения предметы окажутся хорошо сваренными». Проковка была не просто
данью моде, не остатком прежней технологии, а приёмом, обеспечивающим
повышение качества металла шва. Поскольку кроме нагрева применялось и
механическое сдавливание, первоначально способ называли «электрической
ковкой» или «безогненным методом сварки».
Первое устройство, выполняющее нагрев и сжатие двух проводов, состояло
из двух рычагов, на одном конце соединённых шарниром из изоляционного
материала, а с другого конца связанных пружиной через изоляционные
втулки (рис. 2). В этих рычагах посередине зажимались свариваемые детали
– провода, стержни и т. п.
Рис. 2. Схема первой установки для контактной сварки:
1 – шарнир; 2 – рычаги; 3 – зажим; 4 – свариваемые детали; 5 – стык; 6 –
стопорный винт; 7 – пружина
µ ключались через зажимы к свариваемым деталям. По сварочной цепи
протекал ток 12000 А при напряжении 1 В.
5
Рис. 3. Схема установки для контактной сварки, снабжённой
трансформатором с замкнутым контуром:
1 – сердечник; 2 – первичная обмотка; 3 – виток вторичной обмотки; 4 –
свариваемые детали; 5 – стык; 6 – пружина; 7 – стопорный винт
Э. Томсон сконструировал установку, в которой ток прерывался синхронно с
прикладываемым усилием сжатия. Для развития больших усилий сжатия
изобретатель разработал аппарат с гидравлической системой (следует
напомнить, что механические и гидравлические системы широко применялись
ещё в древних цивилизациях – китайской, вавилонской, египетской,
греческой). Следующим шагом в развитии стыковой контактной сварки было
применение импульсов тока и давления. По мере расширения сферы
применения стыковой сварки совершенствовалась её технология и
разрабатывались новые схемы нагрева. Были предложены несколько способов
комбинированной (дуговой и контактной) сварки.
Ч. А. Коффин применил сварку стержней большого сечения с предварительным
нагревом вибрирующей короткой дугой. Им же разработана технология сварки
с промежуточной угольной пластиной – электродом, подключаемой ко
вторичной обмотке и вставляемой на время разогрева между стыкуемыми
деталями. В других устройствах между свариваемыми деталями помещали
металлическую пластину, а ток подводили к концам деталей через угольные
контакты. Пластину выбирали из материала с большим удельным
электросопротивлением, чем у свариваемого металла, благодаря чему
ускорялся нагрев. Перед сжатием вставку удаляли. Коффин предложил также
пропускать магнитное поле через свариваемый участок, считая, что это
вызовет структурные изменения, приводящие к уменьшению проводимости
свариваемого металла, а следовательно, к ускорению нагрева.
Установки для контактной стыковой сварки часто называли «электрическими
горнами». В 1892 г. Э. Райе использовал принцип контактной сварки в
«кузнечном горне для ювелиров». Он предложил пластины, к которым нужно
было приварить орнамент из проволоки, помещать на металлическую плиту,
подводя к ней ток от вторичной обмотки сварочной машины. К началу XX в.
относятся сообщения о применении фирмой «Фиат» контактной сварки для
изготовления самолётных двигателей.
В 1928 г. фирма «Стаут метл эйрплэйн» (отделение фирмы «Форд мотор»)
использовала контактную сварку на линиях изготовления конструкций из
дюралюмина. В начале 1930-х гг. в Америке была проведена серия
статических и усталостных испытаний на образцах, а затем и на натурных
моделях для определения возможностей применения контактной сварки
конструкций из легких сплавов. Разработаны технология и оборудование,
которые приняли в производство фирмы «Дуглас», «Боинг» и «Сикорски». В
1935 г. в США изготовлен монолитный цельносварной балочный фюзеляж.
Источник: В.А. Фролов, В.В. Пешков, А.Б. Коломенский, В.А. Казаков.
“Сварка. Введение в специальность”. – М.: 2004
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
