Задача соединить два куска металла в один кажется простой лишь на первый взгляд. Казалось бы, сплавление двух деталей — дело нехитрое. Еще тысячелетия назад человечество освоило кузнечное дело. Резкий скачок научно-технического развития в середине XIX века вдруг потребовал такого увеличения объемов производства сложных металлических деталей, с которым методы сварки того времени были не в силах справиться. Кузнечные мастерские не могли выполнять объемы возложенной на них работы, что серьезно тормозило рост всего промышленного производства.
Решение было найдено английским физиком Уильямом Томсоном, который впервые опробовал стыковую сварку в 1856 году. На тот момент изобретение англичанина стало настоящим прорывом в машиностроении.

Задача для промышленных объемов
21 год понадобился Томсону на то, чтобы создать полноценную машину для контактного соединения металлов и внедрить свое детище в промышленность. В то же время на другом конце материка российский коллега ученого Н. Бенардос независимо от Томсона предложил свою версию сварочной машины — для точечной и шовной (роликовой) сварки. Но образцы сварочных машин того времени требовали множества доработок. В течение последующего десятилетия англичанин доводил свою аппаратуру до максимально возможного совершенства, пока не запатентовал ее в 1886 году. В основу технологии контактной сварки легла неоднородность пути прохождения тока через металл. Значительное сопротивление, возникающее в месте контакта между свариваемыми деталями, приводит к интенсивному выделению большого количества тепловой энергии, которая и идет на то, чтобы прочно соединить свариваемые детали. Сам изобретатель принципиально новый способ сварки описал 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».
Сварная точка на двух металлических пластинах, плотно пригнанных друг к другу, образовывалась с помощью специальных клещей, в которые были вставлены угольные электроды. Ток проходил через электроды, между которыми зажимались пластины, и выделившейся теплоты было достаточно для образования соединения. Завершающая проковка, которую упоминает Томсон в своих трудах, сегодня приобрела форму обыкновенного прессования: для прочности соединения после достижения необходимой температуры, листы металла, как правило, сдавливаются осадочным устройством и только после этого процесс контактной сварки может считаться законченным.

Сварка на поток
Первой задачей, на решение которой были нацелены «электрические горны» стала сварка телеграфных проводов, однако, затем технологией контактной сварки заинтересовались английские ювелиры. В 1892 инженеры предложили мастерам драгоценных металлов использовать металлическую плиту с подведенным к ней током от вторичной обмотки сварочной машины для того, чтобы сваривать тонкие пластины с проволочным орнаментом. К началу прошлого века контактная сварка стала незаменимо именно там, где остается незаменимой по сей день — в машиностроении. Первым ее применила на своем заводе компания «Фиат», а уже потом машины для контактной сварки появились и на знаменитых конвейерах автогиганта «Форд мотор».
По сей день контактная сварка не сдает своих позиций в машиностроении. Широко применяется точечное скрепление металла при изготовлении крупногабаритных изделий типа вагонов, корпусов автомобилей и самолетов. Столь же часто контактную сварку можно найти и в цехах по выпуску крупных партий мелких деталей и запчастей.
Словом, использование в массовом и серийном производстве однотипных изделий из металла открыли для контактной сварки невероятно широкие перспективы. Сегодня редкое сборочное предприятие обходится без сварочного оборудования. А если же речь заходит о производстве станков, приборов и машин в промышленных масштабах, без контактной сварки не обойтись. Этот способ соединения металлических деталей сделал возможным конвейерное производство в том виде, в котором оно присутствует на современных предприятиях.

Цена высокой производительности
Преимущества контактной сварки очевидны. В первую очередь, к ним относится высокая производительность, коей не может похвастать ни один другой тип сварки металлов. Даже при том, что производительность машин для контактной сварки определяется целым рядом факторов, среди которых толщина металла, мощность оборудования и сложность сварного шва, работоспособность станка весьма внушительна.
Немаловажным является и степень автоматизации сварочной машины. ЧПУ сводит к минимуму воздействие пресловутого человеческого фактора и позволяет интегрировать самостоятельный станок в любые сборочно-сварные конвейерные линии.
Даже при работе с проблемным тонким листовым металлом качество соединений, полученных контактным способом можно назвать высоким: многоточечная контактная сварка позволяет избежать деформации листа в месте нагрева.
Завершает хвалебный список низкий расход вспомогательных материалов и отсутствие дополнительных расходов в виде специальных технологических материалов типа присадочной проволоки, флюсов, газов и т.п.
Впрочем, есть у машин для контактной сварки и свои недостатки. Так, в связи с большими установочными мощностями, контактным машинам необходим отдельный фидер электросети. А узкая специализация отдельно взятой машины (например, только точечная сварка) сокращает количество выполняемых ею операций до одной единственной. Даже поточность и скорость конвейерной сварки могут оказаться помехой — при большой скорости работы оперативно проверить качество сварного шва на выходе из аппарата чрезвычайно сложно. Для этого нужно или иметь специальную технику, или изымать деталь из процесса производства, или временно снижать скорость сборочно-сварной ленты. К тому же далеко не все машины достаточно мобильны для того, чтобы быть доставленными к месту сварки, и свариваемые детали приходится подвозить к месту обработки отдельно. А если эта деталь будет весить несколько сотен килограммов?
Справедливости ради стоит добавить, что машина для контактной сварки — это не всегда стационарное оборудование. Необходимость сварки корпусов самолетов, легких строительных металлоконструкций или им подобных крупноразмерных изделий повлекла за собой создание передвижных и переносных машин для точечной контактной сварки, а также выносных элементов стационарных станков. Тем не менее, той мобильности, которую часто демонстрируют сварочные аппараты другого типа, контактным машинам достичь не удастся.

Всеми возможными способами
Разнообразие формы деталей, которые приходится сваривать описываемым образом, требует особого подхода к выбору оборудования. В зависимости от типа детали и вида сварного шва, может быть применен один из трех основных видов контактной сварки: стыковая, точечная и шовная, или роликовая.
Точечная — самый распространенный вид контактной сварки. Она основана на простом зажиме свариваемых деталей между специальными сварочными клещами или электродами сварочной машины. Точечной сварке подвластна листовая сталь и цветные металлы с максимально возможной толщиной до 15-20 мм. В основном, к этому способу прибегают, когда достаточно получить не сплошной шов, а прочное соединение, как например, при производстве стеновых панелей. Машины точечной сварки необходимы и для крестообразных соединений прутьев решеток и арматуры железобетона.
Принцип рельефной сварки схож с принципом точечного соединения, однако, в первом случае форма, площадь и положение контакта между деталями определяется положением рельефов или формой самих участков свариваемых деталей, а не положением электродов.
Для изготовления рельефов требуются дополнительные усилия и затраты, но все труды оправдываются особыми случаями, когда другие технологии бессильны. Среди таковых — небольшие детали с минимальными отбортовками, повышенные требования к качеству сварного шва и все виды Т-образных соединений.
Шовная сварка отличается от других способов электродами особой формы: в станках этого типа контактные элементы выполняются в форме роликов (дисков), что в итоге дает сплошной шов или ряд перекрывающих друг друга точек. Таким образом, свариваются детали механизмов, которые требуют равномерного и герметичного соединения, как при производстве специального листового проката или для создания секций тонкостенных труб, газовоздуховодов и других изделий из листового металла толщиной до 3 мм.
Каждая десятая деталь, сваренная на машине контактной сварки, соединяется стыковым способом. Применение контактной стыковой сварки (в основном сварки оплавлением) необходимо для соединения проволоки из стали, алюминия, меди диаметром ?8 мм, прутков диаметром ?25 мм, труб диаметром ?50 мм, в производстве цепей, ободов колес и подобных изделий, где требуется работа с малыми диаметрами. Стыковая сварка оплавлением незаменима при изготовлении колец (шпангоутов) диаметром 4 — 5 м, заготовок (полос) при непрерывной прокатке валов, оконных переплетов, дверей, перегородок, цепей, трубопроводов, железнодорожных рельсов в стационарных и полевых условиях, комбинированного режущего инструмента, например сверл.
Несмотря на различия видов контактной сварки, за почти вековую историю эта технология соединения металлов мало изменилась и дальнейшее развитие специалисты связывают только с автоматизацией оборудования. Будущее контактной сварки требует перехода к механизированному массовому и крупносерийному производству при широкой электрификации.  Впрчем, во многих отраслях промышленности такие условия еще не созданы.

 "Промышленные страницы Сибири" №1 (49) январь-февраль 2011 г.

скачать pdf

P align=justify>Задача соединить два куска металла в один кажется простой лишь на первый взгляд. Казалось бы, сплавление двух деталей — дело нехитрое. Еще тысячелетия назад человечество освоило кузнечное дело. Резкий скачок научно-технического развития в середине XIX века вдруг потребовал такого увеличения объемов производства сложных металлических деталей, с которым методы сварки того времени были не в силах справиться. Кузнечные мастерские не могли выполнять объемы возложенной на них работы, что серьезно тормозило рост всего промышленного производства.
Решение было найдено английским физиком Уильямом Томсоном, который впервые опробовал стыковую сварку в 1856 году. На тот момент изобретение англичанина стало настоящим прорывом в машиностроении.

Задача для промышленных объемов
21 год понадобился Томсону на то, чтобы создать полноценную машину для контактного соединения металлов и внедрить свое детище в промышленность. В то же время на другом конце материка российский коллега ученого Н. Бенардос независимо от Томсона предложил свою версию сварочной машины — для точечной и шовной (роликовой) сварки. Но образцы сварочных машин того времени требовали множества доработок. В течение последующего десятилетия англичанин доводил свою аппаратуру до максимально возможного совершенства, пока не запатентовал ее в 1886 году. В основу технологии контактной сварки легла неоднородность пути прохождения тока через металл. Значительное сопротивление, возникающее в месте контакта между свариваемыми деталями, приводит к интенсивному выделению большого количества тепловой энергии, которая и идет на то, чтобы прочно соединить свариваемые детали. Сам изобретатель принципиально новый способ сварки описал 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».
Сварная точка на двух металлических пластинах, плотно пригнанных друг к другу, образовывалась с помощью специальных клещей, в которые были вставлены угольные электроды. Ток проходил через электроды, между которыми зажимались пластины, и выделившейся теплоты было достаточно для образования соединения. Завершающая проковка, которую упоминает Томсон в своих трудах, сегодня приобрела форму обыкновенного прессования: для прочности соединения после достижения необходимой температуры, листы металла, как правило, сдавливаются осадочным устройством и только после этого процесс контактной сварки может считаться законченным.

Сварка на поток
Первой задачей, на решение которой были нацелены «электрические горны» стала сварка телеграфных проводов, однако, затем технологией контактной сварки заинтересовались английские ювелиры. В 1892 инженеры предложили мастерам драгоценных металлов использовать металлическую плиту с подведенным к ней током от вторичной обмотки сварочной машины для того, чтобы сваривать тонкие пластины с проволочным орнаментом. К началу прошлого века контактная сварка стала незаменимо именно там, где остается незаменимой по сей день — в машиностроении. Первым ее применила на своем заводе компания «Фиат», а уже потом машины для контактной сварки появились и на знаменитых конвейерах автогиганта «Форд мотор».
По сей день контактная сварка не сдает своих позиций в машиностроении. Широко применяется точечное скрепление металла при изготовлении крупногабаритных изделий типа вагонов, корпусов автомобилей и самолетов. Столь же часто контактную сварку можно найти и в цехах по выпуску крупных партий мелких деталей и запчастей.
Словом, использование в массовом и серийном производстве однотипных изделий из металла открыли для контактной сварки невероятно широкие перспективы. Сегодня редкое сборочное предприятие обходится без сварочного оборудования. А если же речь заходит о производстве станков, приборов и машин в промышленных масштабах, без контактной сварки не обойтись. Этот способ соединения металлических деталей сделал возможным конвейерное производство в том виде, в котором оно присутствует на современных предприятиях.

Цена высокой производительности
Преимущества контактной сварки очевидны. В первую очередь, к ним относится высокая производительность, коей не может похвастать ни один другой тип сварки металлов. Даже при том, что производительность машин для контактной сварки определяется целым рядом факторов, среди которых толщина металла, мощность оборудования и сложность сварного шва, работоспособность станка весьма внушительна.
Немаловажным является и степень автоматизации сварочной машины. ЧПУ сводит к минимуму воздействие пресловутого человеческого фактора и позволяет интегрировать самостоятельный станок в любые сборочно-сварные конвейерные линии.
Даже при работе с проблемным тонким листовым металлом качество соединений, полученных контактным способом можно назвать высоким: многоточечная контактная сварка позволяет избежать деформации листа в месте нагрева.
Завершает хвалебный список низкий расход вспомогательных материалов и отсутствие дополнительных расходов в виде специальных технологических материалов типа присадочной проволоки, флюсов, газов и т.п.
Впрочем, есть у машин для контактной сварки и свои недостатки. Так, в связи с большими установочными мощностями, контактным машинам необходим отдельный фидер электросети. А узкая специализация отдельно взятой машины (например, только точечная сварка) сокращает количество выполняемых ею операций до одной единственной. Даже поточность и скорость конвейерной сварки могут оказаться помехой — при большой скорости работы оперативно проверить качество сварного шва на выходе из аппарата чрезвычайно сложно. Для этого нужно или иметь специальную технику, или изымать деталь из процесса производства, или временно снижать скорость сборочно-сварной ленты. К тому же далеко не все машины достаточно мобильны для того, чтобы быть доставленными к месту сварки, и свариваемые детали приходится подвозить к месту обработки отдельно. А если эта деталь будет весить несколько сотен килограммов?
Справедливости ради стоит добавить, что машина для контактной сварки — это не всегда стационарное оборудование. Необходимость сварки корпусов самолетов, легких строительных металлоконструкций или им подобных крупноразмерных изделий повлекла за собой создание передвижных и переносных машин для точечной контактной сварки, а также выносных элементов стационарных станков. Тем не менее, той мобильности, которую часто демонстрируют сварочные аппараты другого типа, контактным машинам достичь не удастся.

Всеми возможными способами
Разнообразие формы деталей, которые приходится сваривать описываемым образом, требует особого подхода к выбору оборудования. В зависимости от типа детали и вида сварного шва, может быть применен один из трех основных видов контактной сварки: стыковая, точечная и шовная, или роликовая.
Точечная — самый распространенный вид контактной сварки. Она основана на простом зажиме свариваемых деталей между специальными сварочными клещами или электродами сварочной машины. Точечной сварке подвластна листовая сталь и цветные металлы с максимально возможной толщиной до 15-20 мм. В основном, к этому способу прибегают, когда достаточно получить не сплошной шов, а прочное соединение, как например, при производстве стеновых панелей. Машины точечной сварки необходимы и для крестообразных соединений прутьев решеток и арматуры железобетона.
Принцип рельефной сварки схож с принципом точечного соединения, однако, в первом случае форма, площадь и положение контакта между деталями определяется положением рельефов или формой самих участков свариваемых деталей, а не положением электродов.
Для изготовления рельефов требуются дополнительные усилия и затраты, но все труды оправдываются особыми случаями, когда другие технологии бессильны. Среди таковых — небольшие детали с минимальными отбортовками, повышенные требования к качеству сварного шва и все виды Т-образных соединений.
Шовная сварка отличается от других способов электродами особой формы: в станках этого типа контактные элементы выполняются в форме роликов (дисков), что в итоге дает сплошной шов или ряд перекрывающих друг друга точек. Таким образом, свариваются детали механизмов, которые требуют равномерного и герметичного соединения, как при производстве специального листового проката или для создания секций тонкостенных труб, газовоздуховодов и других изделий из листового металла толщиной до 3 мм.
Каждая десятая деталь, сваренная на машине контактной сварки, соединяется стыковым способом. Применение контактной стыковой сварки (в основном сварки оплавлением) необходимо для соединения проволоки из стали, алюминия, меди диаметром ?8 мм, прутков диаметром ?25 мм, труб диаметром ?50 мм, в производстве цепей, ободов колес и подобных изделий, где требуется работа с малыми диаметрами. Стыковая сварка оплавлением незаменима при изготовлении колец (шпангоутов) диаметром 4 — 5 м, заготовок (полос) при непрерывной прокатке валов, оконных переплетов, дверей, перегородок, цепей, трубопроводов, железнодорожных рельсов в стационарных и полевых условиях, комбинированного режущего инструмента, например сверл.
Несмотря на различия видов контактной сварки, за почти вековую историю эта технология соединения металлов мало изменилась и дальнейшее развитие специалисты связывают только с автоматизацией оборудования. Будущее контактной сварки требует перехода к механизированному массовому и крупносерийному производству при широкой электрификации.  Впрчем, во многих отраслях промышленности такие условия еще не созданы.

 "Промышленные страницы Сибири" №1 (49) январь-февраль 2011 г.

скачать pdf

Антон Полевой.