История электротехники - Коллектив авторов

В годы Великой Отечественной войны ЦНИИТмаш разработал установку для контактной сварки рельсов в условиях работы с платформы. Машины типа РКСМ мощностью 250 и 320 кВ∙А для контактной стыковой сварки рельсов производительностью 13–15 сварок в час выпускались на заводе «Ревтруд». В МВТУ им. Н.Э. Баумана (Г.А. Николаев, К.К. Хренов) выполнены работы по электродным покрытиям, технологии сварки при производстве вооружения и др.

В послевоенные годы продолжилось развитие контактной сварки:

1949 г. — были осуществлены разработка и освоение многоточечных сварочных автоматов последовательного действия на ЗИСе;

1953 г. — заводом «Электрик» в содружестве с Секцией электросварки и электротермии АН СССР была изготовлена высокопроизводительная контактно-стыковая машина типа МСГ-500 для сварки стержней арматуры диаметром 50–100 мм. 

7.2.3. ПРОЧИЕ ВИДЫ ЭЛЕКТРОСВАРКИ

Электрошлаковая сварка. Впервые оборудование и технология электрошлаковой сварки были разработаны в Институте электросварки АН УССР (Б.Е. Патон, Б.И. Медовар) в 50-х годах для сварки толстых листов и массивных изделий (от 30 до 2000 мм), например роторов турбин. На Всемирной выставке в Брюсселе в 1958 г. этот способ удостоен высшей награды «Гран-при».

Высокочастотная (индукционная) сварка. Высокочастотная сварка разрабатывалась в США, Канаде, ФРГ, Франции, Англии в 40-х годах. В СССР исследования в этой области были начаты в лаборатории В.П. Вологдина в 1944 г. А.А. Фогелем и продолжены А.Е. Слухоцким. Впервые высокочастотная сварка внедрена на заводе «Трубосталь» (г. Ленинград).

В середине 50-х годов во ВНИИТВЧ под руководством В.Н. Богданова и Н.П. Глуханова были начаты работы по стыковой сварке труб с поперечным и продольным швом. С конца 40-х годов стала развиваться индукционная сварка труб из ленты. В этой области работали также ИЭС им. Е.О. Патона, Всесоюзный научно-исследовательский трубный институт (ВНИТИ), ВНИИметмаш, ВНИИЭСО и заводы Московский трубный, «Лентрубосталь», «Москабель». Агрегаты для сварки алюминиевых оболочек кабелей созданы и внедрены ВНИИТВЧ, ВНИИметмашем и заводом «Москабель» (1963 г.)

В 1975 г. в СССР методом индукционной сварки ежегодно изготовлялось более 3 млн. м сварных труб диаметром 10–530 мм с толщиной стенки 0,5–10 мм из углеродистых и нержавеющих сталей, сплавов алюминия, меди и титана.

Разрабатывались различные конструктивные варианты индукционной сварки труб диаметром 159–219 мм:

охватывающим индуктором (фирма «Элфиак», Бельгия);

с использованием скользящих контактов (фирма «Терматул», США);

охватывающим индуктором и с вращающимися контактами (Северский трубный завод, СССР);

с внутренним индуктором (Новомосковский трубный завод) для труб диаметром 273–530 мм.

В конце 80-х годов ВНИИТВЧ и ВНИИЭСО разработали комплектные установки высокочастотной сварки на частоту 440 кГц мощностью от 160 до 1000 кВт и 10 кГц мощностью 1500 кВт.

Электронно-лучевая сварка. Первоначально применялась в атомном машиностроении, а затем при изготовлении особо ответственных деталей в авиа- и ракетостроении (например, сварка конструкций из титановых сплавов), в электронной промышленности.

Сварочные ЭЛУ нашли применение на автозаводах. Фирма «Лейбольд — Хереус» (Германия) применяла ЭЛУ для сварки при изготовлении мостов задних осей грузовиков (середина 60-х годов). Сварка производилась при давлении 5 Па, время рабочего цикла, включая вакуумирование, около 6 мин. С 1966 г. в Великобритании работает фирма «Электронное оборудование и процессы», которая специализируется на электронно-лучевой сварке.

В 1966 г. в мире насчитывалось около 1000 промышленных установок электронно-лучевой сварки. В 1975 г. их число достигло 2500, из которых 80% работали в США и СССР.

В 70-х годах была разработана технология применения местного вакуумирования, что позволило отказаться от использования крупных вакуумных камер. Ведущими в области применения ЭЛУ для сварки в локальном вакууме явились фирмы «Скияки» и «Ланжепин» (Франция). При этом способе накладная вакуумная камера располагается на свариваемом крупногабаритном изделии, а герметизация достигается с помощью специальных уплотнений. Фирма «Кавасаки Хиби индастер лтд.» (Япония) разработала оборудование для электронно-лучевой сварки крупногабаритных изделий с местным вакуумированием, например для сварки колец жесткости сферических резервуаров для морских перевозок сжиженного газа.

Особенно эффективна электронно-лучевая сварка толстых стальных листов, для чего обычно использовались пушки на напряжение 100 кВ и выше (Франция, ФРГ). В 1970–1975 гг. в МЭИ (Н.А. Ольшанский, Л.Г.Ткачев) была показана возможность высококачественной сварки стальных изделий толщиной до 200 мм и более при относительно небольших ускоряющих напряжениях 30–40 кВ.

В СССР промышленные сварочные ЭЛУ различных типов создавали ИЭС им. Е.О. Патона и ЦНИИТмаш.

Плазменная сварка. Одними из первых применений плазмотронов были сварка и резка металлов. В СССР с начала 60-х годов этими вопросами занимались Институт металлургии АН СССР (Н.Н. Рыкалин, И.Д. Кулагин, А.В. Николаев) и ИЭС (В.И. Лакомский, Б.А. Мовчан). Плазменная сварка используется для соединения как массивных, так и тонких изделий, так как дуга в потоке газа горит стабильно и при малых токах.

Лазерная сварка. Это одно из наиболее эффективных применений лазерного нагрева (см, подпараграф 7.1.7). Лазерная сварка стала широко использоваться в 70–80-е годы в электронике, приборостроении, автомобильной промышленности и других отраслях. В нашей стране и за рубежом применяется лазерная сварка микросхем, корпусов полупроводниковых приборов, анероидных коробок. В США с помощью лазера сваривают аэрозольные баллончики, в ФРГ — катоды кинескопов, в Японии — цилиндрические литиевые батареи.

Для точечной и шовной лазерной сварки в СССР выпускались лазерные твердотельные установки типов «Квант-10», «Квант-40», «Квант-50» средней мощностью до 0,15 кВт. Установка с газовым лазером «Латус-31» имела уже большую среднюю мощность — 1,5 кВт.

7.3. ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ

7.3.1. ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА

Электрическая эрозия, т.е. разрушение контактов под действием электрических разрядов известна была давно. Много исследований было посвящено устранению или хотя бы уменьшению разрушения контактов.

Исследованиями явления управляемой электрической эрозии начали заниматься в 40-х годах нашего столетия отечественные ученые Б.Р. Лазаренко и Н.И. Лазаренко. Электрод-инструмент и электрод-заготовка помещались в ванну с жидким диэлектриком. В качестве генератора импульсов использовался конденсатор, заряжаемый от источника постоянного тока через резистор. При достижении определенной напряженности электрического поля между электродами возникал электрический разряд, который приводил к разрушению участка заготовки. Продукты обработки попадали в жидкость, где охлаждались, не достигнув электрода-инструмента, и осаждались на дне ванны. По истечении определенного времени электрод-инструмент прошивал заготовку, причем контур отверстия точно соответствовал профилю инструмента.

В начале 50-х годов были разработаны специальные генераторы импульсов, которые позволили вести обработку не только короткими импульсами (электроискровый разряд), но и более длительными (искродуговой и дуговой разряды). Большой вклад в развитие методов электроэрозионной обработки внесли отечественные ученые Б.Н. Золотых, А.Н. Лившиц, Л.С. Палатник, М.Ш. Отто.

В настоящее время применяют следующие виды электроэрозионной обработки: прошивание — удаление металла из полостей, углублений, отверстий и т.д.; электроэрозионное шлифование, при котором электрод-инструмент в форме диска совершает вращательное или поступательное движение относительно обрабатываемой заготовки; разрезание профильным или непрофильным инструментом заготовки на части; электроэрозионное упрочнение, осуществляемое, как правило, на воздухе (обеспечивает легирование и наращивание поверхности заготовки, причем нанесенный слой в процессе обработки закаливается и получает повышенную износостойкость). 

7.3.2. ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНАЯ ОБРАБОТКА ДАВЛЕНИЕМ

Электроимпульсную обработку давлением (электровзрывную обработку) применяют для формообразования и разделения заготовок, например для штамповки, гибки, чеканки, вытяжки, раздачи, дробления хрупких материалов, очистки крупных отливок от пригара, резки и развальцовки труб.

Известны две основные разновидности электровзрывного формообразования, отличающиеся способом создания ударной волны.