Краткий исторический обзор. Контактная сварка появилась в XVIII в. В 1856 г. У. Томсон (лорд Кельвин) — английский физик, основоположник термодинамики, автор понятия абсолютной температуры, шкалы Кельвина и эффекта Томсона — предложил сты­ковую контактную сварку. В 1877 г. Э. Томсон — американский инже­нер, изобретатель заземления, электросчетчика, электропечи, холодильника (всего 692 изобретения) — разработал способ и обо­рудование для стыковой контактной сварки оплавлением. В 1887 г. русский инженер Н. Н. Бенардос — изобретатель дуговой сварки — запатентовал точечную и шовную контактную сварку. Французский инженер Д. Сиаки придал контактным машинам современную компоновку (патенты 1919—1930 гг,).

В 1936 г. на заводе «Электрик» (Санкт-Петербург) освоили про­мышленный выпуск контактных машин для автомобилестроения.

В течение 1950 — 80 гг. аппаратура управления контактных ма­шин была оснащена типовыми бесконтактными элементами и ячейками с транзисторной логикой и интегральными микросхе­мами. С 2000 г. на предприятиях массового использования контакт­ной сварки началось внедрение аппаратуры управления контакт­ными машинами с использованием микроЭВМ и микропроцес­сорной техники (РКМ-803), что позволяет отображать всю ин­формацию о параметрах режима сварки (включая величину сва­рочного тока) на дисплее, встроенном в корпус регулятора цик­ла сварки. Период 1985—2000 гг. — период массового внедрения в технологию контактной сварки ЭВМ, манипуляторов, робототех­нических комплексов. В настоящее время контактная сварка — наи­более производительный способ сварки, охватывающий до 50 % сварочной продукции в общем объеме всех способов сварки.

Классификация способов контактной сварки. По ГОСТ 15878—79 «Контактная сварка. Соединения сварные. Конструктивные эле­менты и размеры» определено три основных вида контактной свар­ки (рис. В1): точечная, шовная, стыковая.

Точечная контактная сварка (Кт) — детали сваривают по от­дельным точкам двумя электродами, по которым пропускают ток /св; через них же передается сжимающее усилие Рос.

Шовная {роликовая) сварка (Кш) — детали сваривают пере­крывающимися точками по линии качения роликов ~ электродов.

Сжатие усилием Рос, подвод тока и перемещение деталей произ­водятся с помощью этих же вращающихся роликов.

Стыковая сварка (Кс) — две детали сваривают по всей площа­ди касания деталей. При этом детали вначале зажимают усилием

в электродах — губках, а затем сжимают (или сближают) уси­лием Рос и подводят ток этими же электродами.

Способ контактной сварки выбирается после определения всех конструкторско-технологических признаков процесса сварки для данного вида контактной сварки, а именно: I) рода сварочного тока; 2) формы одного импульса сварочного тока; 3) места подвода сварочного тока; 4) числа импульсов тока; 5) числа одновремен­но свариваемых точек; 6) характера нагрева металла; 7) характера сжатия места сварки (постоянное, с проковкой, программиро­ванное); 8) степени деформации места сварки; 9) характера под­готовки поверхности по месту сварки; 10) типа соединения деталей; 11) применения дополнительных источников нагрева; 12) степени интенсивности режима сварки.

Число способов контактной сварки может достигать 200 — 300 еди­ниц, что определяется числом возможных сочетаний изменяемых конструкторско-технологических признаков. Например, если учи­тываются 12 признаков варьирования при трех видах контакт­ной сварки, число способов сварки будет равно числу сочетаний

it пп з - г-з Ю'11'12

из 12 по 3» С12 — ■ — 220,

1-2-3

Если число изменяемых признаков увеличить до 13, например учесть возможность сварки по нанесенному на свариваемые по­верхности электропроводящему клею или флюсу, то число спосо­

бов контактной сварки возрастет: =

Поиск и выбор способа контактной сварки конкретной детали начинается с выбора основного вида сварки — точечной, шовной или стыковой. Затем выбираются и задаются основные конструк­торско-технологические приемы и признаки процесса сварки из перечисленных ранее.

Основные достоинства контактной сварки. Контактная сварка получила широкое применение вследствие ее способности в деся­тые доли секунды создавать высококонцентрированный на­правленный поток тепловой энергии с минимальным расходом электроэнергии, воды и воздуха. К другим ее достоинствам от­носятся следующие:

• образование соединения без присадочной проволоки, защит­ных сред и других вспомогательных материалов;

• простота технологического процесса;

• сварное соединение сопровождается минимальной вынужден­ной деформацией (в пределах 10 %);

• практически отсутствует коробление и зона термовлияния;

• легкость механизации и автоматизации загрузки и выгрузки деталей, что обеспечивает высокую производительность.

Области и примеры применения контактной сварки. Области применения контактной сварки весьма разнообразны — от кос­мических аппаратов до микросхем в электронике, от магистраль­ных трубопроводов до предметов бытового потребления. Контакт­ной сваркой успешно соединяют все конструкционные, легиро­ванные, жаропрочные и коррозионно-стойкие стали, титановые, алюминиевые, магниевые сплавы, бронзы, латуни, а также ту­гоплавкие сплавы и композиционные материалы.

Точечная сварка — наиболее распространенный способ соеди­нения, на ее долю приходится до 80 % соединений, выполняемых контактными способами. Точечная сварка незаменима в автомо­биле - и вагоностроении, строительстве, радиоэлектронике. В со­временных летательных аппаратах насчитываются миллионы свар­
ных точек. Толщина свариваемых деталей — от нескольких десят­ков микрон до 10 мм.

Шовная сварка по объему применения занимает около 7%, используется при изготовлении различных герметичных емкостей (топливных баков автомобилей, самолетов, баков стиральных ма­шин, теплообменников в холодильниках, плоских радиаторов). Скорость сварки достигает 5 м/мин, а плотность соединений обес­печивает высокую надежность работы в условиях вакуума или боль­ших давлений рабочей среды.

Стыковая сварка широко используется при соединении магист­ральных трубопроводов диаметром 300... 1500 мм, рельсов (бессты­ковые пути) в стационарных и полевых условиях, ободов автомо­бильных и велосипедных колес, переплетов оконных рам из алю­миниевых сплавов, закладных деталей в строительстве, элементов каркасов железобетонных конструкций. Стыковая сварка обеспечи­вает экономию легированных быстрорежущих сталей при произ­водстве режущего инструмента. Доля стыковой сварки составляет приблизительно 10 % объема применения контактной сварки.

Наиболее широко контактная сварка применяется в условиях массового производства автомобилей, пассажирских вагонов, при­боров электроники, при прокладке магистральных трубопрово­дов и рельсовых путей. В этих областях доля контактной сварки составляет 90 % всего сварочного производства.

В качестве примеров конкретного применения контактной свар­ки можно привести соединения листовых плоских и объемных кон­струкций взамен клепки (корпуса скульптурных монументов, кры­лья самолетов, оболочки дирижаблей), например скульптурная группа «Рабочий и колхозница», монумент «Родина Мать»; само­леты АН-24 (20 тыс. сварных точек по клею); лайнеры «Антей» и «Руслан» (миллионы сварных точек); кузова автомобилей ВАЗ (при толщине 0,8...2,0 мм до 5 тыс. сварных точек); кузова пассажирс­ких вагонов из алюминиевых сплавов (130 тыс. сварных точек).

Перспективы развития контактной сварки. Дальнейшее разви­тие контактной сварки связано с решением ее основных проблем.

1. Необходима разработка общей теории прочности соедине­ний, полученных с помощью контактной сварки.

2. Для предотвращения выплесков, вмятин, усадочных пор, крупнокристаллической структуры литого ядра необходима раз­работка принципиально новых способов контактной сварки, та­ких, как прецизионная короткоимпульсная контактная сварка.

3. Для борьбы с шумностъю контактных машин необходима раз­работка не только оригинальных глушителей шума, но также новых принципов сжатия деталей, например электромагнитных приводов.

4. Для повышения износостойкости электродов с 15 тыс. сварок до 150 тыс. необходима разработка новых конструкций электродов с более интенсивной системой охлаждения.

. Для повышения износостойкости жильных токоподводов пол­ых контактных машин необходимо разработать их новую кон - }кцию и новую схему подвески на контактную машину.

. Для облегчения замера тока, давления и времени сварки не - ідимьі совершенно новые принципы конструирования прибо - например с использованием закона Био — Савара—Лапласа, прогнозе, сделанном в 1995 г. директором Института сварки :ии, президентом Ассоциации сварщиков Санкт-Петербурга Смирновым на период до 2010 г., отмечается, что в области гактной сварки весьма актуальны: г рограммирование режимов сварки с их оптимизацией;

I азработка технологии и оборудования для сварки деталей боль - толщин, легких сплавов, композитов; разработка надежных средств неразрушающего контроля;

1 величение стойкости электродов и объема их производства;

1 меныиение массы источника питания (примерно в 5 раз) и шэпотребления за счет использования инверторных источни - тиристорного типа с повышением частоты до 1000 Гц с пос - ющим выпрямлением тока во вторичном контуре.