Контактне зварювання

КОНТА́КТНЕ ЗВА́РЮВАННЯ – один із видів зварювання тиском, під час якого з’єднання утворюється у результаті нагрівання країв заготовок джоулевим теплом (теплом опору) при проходженні зварювального електричного струму через деталі та наступної або одночасної пластичної деформації під зусиллям тиснення. З’єд­нання при К. з. (як і при ін. видах зварювання тиском) відбувається за рахунок утворення зв’язку між атомами, молекулами та кристалами у зоні контакту заготовок. Залежно від способів зближення до контакту, підведення електрич. струму, методів нагрівання та стискання (осаджування), розрізняють К. з.: стикове опором, стикове оплавленням, точкове, рель­єфне, шовне. При К. з. опором нагрівання стик. з’єднання виконують теплом, що виділяється електрич. струмом на контакт. опорі між попередньо сти­снутими з’єднуваними поверхнями заготовок. При К. з. оплав­ленням стик. торці заготовок лише торкаються, але завдяки великій щільності струму в місцях контакту деталей метал швидко нагрівається й оплавляється, при цьому можуть виникнути дугові чи іскрові розряди. К. з. стикове безперерв. оплавленням буває з постій., імпульс. і пульсуючим оплавленням. При осаджуванні ділянка заготовок, що перебуває в підплавленому та пластич. станах, витискується, зварне з’єднання утворюється всією площиною торкання. При точк. К. з. здійснюють напустк. з’єд­нання заготовок точк. швами, під час якого нагрівання та плавлення з’єднуваних поверхонь відбуваються у межах точк. кон­такту між (під) електродами, що підводять елекроенергію та сти­скують. Під час рельєф. К. з. напустк. з’єднання утворюється на тих ділянках поверхонь заготовок, які мають контактні виступи, що сприймають електрич. струм. При шовному К. з. безперервне напускне з’єднан­ня виникає внаслідок віднос. переміщення вздовж шва стискних обертових ролик. електро­дів. При шовно-стик. зварюван­ні заготовки однакової товщини, зібрані з вузьким напуском, розчавлюють роликами під час їхнього плавлення. До способів, подібних з К. з. нагріванням електрич. струмом, що проходить через деталі, можна віднести прес. зварювання з нагріванням дугою, керованою маг­ніт. полем, і конденсаторне зва­рювання, при якому з’єднання утворюється при короткочас. потуж. імпульсі електрич. розряду акумульованої енергії в батареї конденсаторів. У К. з. процеси відбуваються за долі секунди, тому устаткування має бути максимально автоматизованим.

Осн. напрямом розвитку технології К. з. є удосконалення системи регулювання си­ли та часу проходження струму, стискання заготовок, роликів або електродів. Для нагрівання деталей застосовують джерела живлення змін. струму пром. та низької частоти, постій. струму та спец. накопиченої енергії (напр., у конденсатор. батареях). Окрім універсал. і спец. устаткування, спроектовано спе­­ці­аліз. зварювально-складал. ком­плек­си й автоматиз. лінії. 1924 значно удосконалено керування про­­цесом унаслідок введення в схему реле неон. лампи, а 1932 – тиратрону. 1934 розроблено ігні­­трони, що сприяло виникненню нового покоління пристроїв автоматич. керування процесом К. з. Продуктивність машин багато в чому залежала від швидкодії систем захоплення та сти­­скання деталей, що зварюються. Під час пошуків оптимал. конструкцій були випробувані мех., гідравлічні, пневмат. й електромагнітні системи, «електр. хронометри» тощо. 1877 Е. Томсон у Франклінов. технол. ін-ті (США) вперше здійснив стик. К. з. 1888 М. Бенардос отримав патент на винайдення точк. К. з. Наприкінці 19 ст. К. з. використано для буд-ва залізнич. полотна у США; стик. і точк. К. з. замість клепання застосовано Г. Фордом для масового вироб-ва автомобілів із мін. працезатратами. Пізніше впровадження К. з. стимулювали інтенсив. розвиток автомобілебудування та роз­будова авіац. пром-сті в СРСР і деяких ін. країнах (Нижегород. автомобіл. з-д у РФ, літакобуд. фірми «Боїнґ», «Дуґлас» і «Сікорскі» у США, «Фіат» і «Кантьєрі Аеронавтика д’Італія» в Італії). У 1930-х рр. для К. з. з-д «Електрик» (Ленінград, нині С.-Пе­тербург) і Держ. трест з раціоналізації вироб-ва у маш.-буд. і металооброб. пром-стях «Оргаметал» (Москва) випустили перші рад. зварюв. машини. У 1950-х рр. розпочато фундам. дослідж. джерел енергії, систем керування процесами і технологій К. з. для виробів з алюмінієвих сплавів, магнію, титану, нержавіючих і жароміц. сталей. При цьому можна зварювати метали та сплави як в однорід., так і різнорід. сполученнях, різноманітні деталі ком­пакт. та розвиненого перерізів.

Нині К. з. застосовують у буд. індустрії та у більшості галузей пром-сті, зокрема в авіа-, ракето-, суднобудуванні, атом., хім. та ін. галузях для виготовлення лист. конструкцій, корпус. і спец. деталей, з’єднання деталей роз­виненого замкнутого перерізу (напр., для зварювання блоків картерів великогабарит. дизел. двигунів, стержневої арматури, таврових з’єднань труб із пластинами, пластин). Стик. К. з. опо­ром зварюють дроти, пластини з перерізом до 250 мм², стик. К. з. безперерв. оплавленням – деталі з перерізом до 2000 мм². Для з’єднання заготовок із перерізом до 100 тис. мм² застосовують К. з. оплавленням із по­переднім підігріванням імпульс. і пульсуючим струмом. В Ін-ті електрозварювання НАНУ (Київ) створ. різноманітне устаткуван­ня для К. з. в умовах стаціонар. вироб-ва та в польових умовах. На основі винайденого в ньо­му кільцевого трансформатора (М. Ос­тапенко, В. Лебедєв) роз­роблено високопродуктивне авто­­матиз. устаткування (Г. Гор­бунов, М. Литвинчук, В. Сахарнов) і технології (С. Кучук-Яцен­ко, П. Чвертко) К. з. безперерв. оплавленням стиків рейок і труб магістрал. трубопроводів, що є одним із найбільших світ. досягнень у цих галузях вироб-ва, зокрема при буд-ві у різних кліматич. зонах. Фірми США, Великої Британії та низки ін. країн придбали ліцензії на ці технології та устаткування.

В Ін-ті електрозварювання НАНУ розроблено й впроваджено К. з. трубопроводів під водою, створ. устаткування і технологію К. з. палив. баків балістич. ракет із високоміц. алюмінієвих сплавів, завдяки чому зменшено старт. вагу та вартість робіт на Пд. маш.-буд. з-ді (Дніпропетровськ). Під кер-вом Б. Патона почав розвиватися новий напрям – створення зварювал. роботів, запро­грамованих пром. маніпуляторів, здатних замінити зварника при виконанні повторюваних операцій (Г. Спину, Ф. Киселев­ський). Для конденсатор. К. з. характерні висока точність дозування енергії, короткочасність потужнострум. розряду, мала по­­тужність споживаної з мережі енергії. Переваги цього способу зварювання застосовують при точк. та шовному з’єднаннях ме­­талів і сплавів малих товщин. Перші машини для точк. конденсатор. зварювання розроб­лено в Ін-ті електротехніки АН УРСР (Київ) у 1950-х рр. (К. Хрє­нов, В. Моравський). Тоді ж роз­­роб­лено конденсаторне К. з. точк. з’єднання великого набору різнорід. металів і деталей, що значно відрізняються товщиною; рельєф. з’єднання деталей із циліндрич., сферич. та з плоскими поверхнями (В. Моравський), суціл. прямим або кільцевим швом (К. Хрєнов, В. Моравський, С. Семергєєв); були створені установки стаціонарні та з підключенням монтаж. інструменту (пінцетів, кліщів, олівців; В. Моравський, І. Пентегов, Д. Ворона). Конденсаторне К. з. використовували у приладобудуванні, електрон. й електротех. пром-стях для з’єднань деталей, що відрізняються за формою та складом матеріалу, виготовлення барометрич. коробок, сильфонів, тепл. труб, обичайок з кольор. і нержавіючих сталей товщиною 0,05–0,6 мм, а також при­варювання заготовок досить малої товщини до деталей товщиною більше 10 мм. К. з. також вважають ударне конденсаторне зварювання (дугоконтактне), при якому деталі нагріваються дугою, а з’єднання відбувається у твердій фазі уна­слідок удар. деформації стиків нагрітих деталей з видаленням розплавленого металу в ґрат. Укр. зварювальники створили технології та відповідне устаткування для з’єднання деталей циферблатів годинників і кульок до пір’я авторучок, технологію приєднання виводів до напівпровідник. приладів, діодів, транзисторів та ін. виробів електрон. пром-сті (В. Моравський, І. Хоменко, Д. Калеко). Комбінацію методів дугового й удар. конденсатор. зварювання використано для стик. зварювання дротів й ін. виробів в електротех. пром-сті, приварю­вання шпильок, стрижнів до виробів косміч. техніки, суднобуду­вання, під водою, в вакуумі (Д. Ка­леко, Н. Чвертко).

Літ.: Патон Б. Е., Горбунов Г. В., Ле­­бедев В. К. Контактная сварка магис­тральных трубопроводов // АС. 1957. № 6; Патон Б. Е., Лебедев В. К. Элек­трооборудование для контактной свар­ки. Москва, 1969; Лебедев В. К., Ку­­чук-Яценко С. И. Состояние и перспективы развития стыковой контактной сварки // Сварка и спец. электрометал­лур­гия. К., 1984; Джур Е. А., Вдовин С. И., Кучма Л. Д. и др. Технология производства космических ракет. Дн., 1992; Корниенко А. Н. Контактная сварка // Сварщик. 2012. № 6.

О. М. Корнієнко, П. М. Чвертко