Зварювання тискои

1. Контактне зварювання. Історія його виникнення та застосування

Контактне зварювання - це процес утворення з'єднання в результаті нагрівання металу минаючої через нього електричним токовищем і пластичної деформації зони з'єднання під дією стискального зусилля.

Родоначальник контактного зварювання - англійський фізик Вільям Томсон (лорд Кельвін), що в 1856 р. уперше застосував стикове зварювання. В 1877 р. у США Элиху Томсон самостійно розробив стикове зварювання й впровадив її в промисловість. У тім же 1877 р. у Росії Н.Н.Бенардос запропонував способи контактного крапкового й шовної (роликової) зварювання.

Сутність способу крапкового контактного електрозварювання полягала в тому, що до двох сталевих пластин, поміщеним одна на іншу, підводиться струм за допомогою спеціальних кліщів (рис. 1), у які були вставлені вугільні електроди. Струм проходить через електроди, між якими зажимались пластини та теплоти, що виділилася, було досить для утворення зварної крапки.

Рисунок 1 - Кліщі Бернадоса для контактного зварювання

Одна із проблем наприкінці XIX ст. - з'єднання телеграфних проводів. Ця проблема була вирішена за допомогою стикового контактного зварювання. До 1884 р. Э. Томсоном створені необхідні для контактного стикового зварювання елементи устаткування: комутуюча апаратура, динамо-машина для генерування змінного струму, що подається на трансформатор великої питомої потужності, спеціальні токопідвідні затискачі. В 1885 р. він відпрацьовує техніку зварювання, доводить до безвідмовної роботи зварювальну апаратуру й на початку 1886 р. подає заявку на патент, що захищає принципово новий спосіб електричного зварювання.

Спосіб Томсона описується так: «зварюються предмети, що, приводяться в зіткнення місцями, які повинні бути зварені, і через них пропускається струм величезної сили - до 20 0000 амперів при низькій напрузі - 1-2 вольтів. Місце зіткнення представить струму найбільший опір і тому сильно нагріється. Якщо в цей момент почати стискати зварюємі частини і проковувати місце зварювання, то після охолодження предмети виявляться добре звареними». Проковування було не просто даниною моді, не залишком колишньої технології, а прийомом, що забезпечує підвищення якості металу шва. Оскільки крім нагрівання застосовувалося й механічне здавлювання, спочатку спосіб називали «електричним куванням» або «безвогненним методом зварювання».

Перший пристрій, що виконує нагрівання й стиск двох проводів, складався із двох важелів, на одному кінці з'єднаних шарніром з ізоляційного матеріалу, а з іншого кінця зв'язаних пружиною через ізоляційні втулки (рис. 2). У цих важелях посередині зажимались зварюємі деталі - провода, стержні й т.п.

1 - шарнір; 2 - важелі; 3 - затискач; 4 - зварюються детали, що; 5 - стик; 6 - стопорний гвинт; 7 – пружина

Рисунок 2 - Схема першої установки для контактного зварювання

У наступній установці був застосований трансформатор із замкнутим контуром (рис. 3). На його первинну обмотку подавалася напруга 600 В, і по ній протікав струм силою 20 А. Ця обмотка намотувалася на котушку діаметром 305 мм. Котушку охоплював і виток вторинної обмотки, кінці якої підключалися через затискачі до зварюємих деталей. По зварювальному ланцюзі протікав струм 12000 А при напрузі 1 В.

1 - сердечник; 2 - первинна обмотка; 3 - виток вторинної обмотки; 4 - зварюємі деталі; 5 - стик; 6 - пружина; 7 - стопорний гвинт

Рисунок 3 - Схема установки для контактного зварювання з трансформатором із замкнутим контуром

Э. Томсон сконструював установку, у якій струм переривався синхронно із прикладанням зусилля до стиску. Для розвитку більших зусиль стиску винахідник розробив апарат з гідравлічною системою (варто нагадати, що механічні та гідравлічні системи широко застосовувалися ще в древніх цивілізаціях - китайської, вавилонської, єгипетської, грецької). Наступним кроком у розвитку стикового контактного зварювання було застосування імпульсів струму та тиску. У міру розширення сфери застосування стикового зварювання вдосконалювалася її технологія і розроблялися нові схеми нагрівання. Були запропоновані кілька способів комбінованого (дугового й контактного) зварювання.

Ч. А. Коффин застосував зварювання стержнів великого перерізу з попереднім нагріванням вібруючою короткою дугою. Їм же розроблена технологія зварювання із проміжною вугільною пластиною - електродом, що підключається до вторинної обмотки , що вставляється на час розігріву між стикуємими деталями. В інших пристроях між зварюємими деталями, що, поміщали металеву пластину, а струм підводили до кінців деталей через вугільні контакти. Пластину вибирали з матеріалу з більшим питомим електроопором, чим у металу, що зварюється, завдяки чому прискорювалося нагрівання. Перед стиском вставку видаляли. Коффин запропонував також пропускати магнітне поле через зварюєму дільницю вважаючи, що це викличе структурні зміни, що приводять до зменшення провідності металу, що зварюється, а отже, до прискорення нагрівання.

Установки для контактного стикового зварювання часто називали «електричними горнами». В 1892 р. Э. Райе використовував принцип контактного зварювання в «ковальському горні для ювелірів». Він запропонував пластини, до яких потрібно було приварити орнамент із дроту, поміщати на металеву плиту, підводячи до неї струм від вторинної обмотки зварювальної машини. До початку XX ст. ставляться повідомлення про застосування фірмою «Фиат» контактного зварювання для виготовлення літакових двигунів.

В 1928 р. фірма «Стаут метл эйрплэйн» (відділення фірми «Форд мотор») використовували контактне зварювання на лініях виготовлення конструкцій з дюралюмінію. На початку 1930-х рр. в Америці була проведена серія статичних і усталостних випробувань на зразках, а потім і на натурних моделях для визначення можливостей застосування контактного зварювання конструкцій з легких сплавів. Розроблено технологію й устаткування, які прийняли у виробництво фірми «Дуглас», «Боинг» і «Сикорски». В 1935 р. у США виготовлений монолітний суцільнозварний балковий фюзеляж.