Технология и оборудование для контактной сварки

В. В. ОВЧИННИКОВ, М. А. ГУРЕЕВА  
ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ  
ДЛЯ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ 
Учебник 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2020 

УДК 621.791 
ББК 34.641 
О-35 
О-35 
Овчинников, В. В. 
     Технология и оборудование для контактной сварки : учебник / В. В. Овчинников, М. А. Гуреева. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия,  2020. – 
272 с. : ил., табл.  
  ISBN 978-5-9729-0452-5 
Рассмотрены основные принципы образования соединений при точечной, 
шовной и стыковой сварке, особенности процессов нагрева и пластической деформации металла. Освещена технология технология контактной сварки и описано типовое оборудование, инструменты и приспособления, применяемые при 
стыковой, точечной, рельефной и шовной сварке; рассмотрены вопросы контроля качества. Для студентов вузов машиностроительных специальностей. 
УДК 621.791 
ББК 34.641 
ISBN 978-5-9729-0452-5 
© В. В. Овчинников, М. А. Гуреева, 2020 
 
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2020 
 
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2020 

ВВЕДЕНИЕ 
Развитие промышленности и рост производительности труда неразрыв- 
но связаны с комплексной механизацией и автоматизацией технологических 
процессов. К ним относят и высокопроизводительную легко автоматизи- 
руемую контактную сварку, которая обеспечивает высокое качество и повышенную работоспособность многих сварных конструкций. 
Контактная сварка основана на «способе соединения металлов непосредственным действием электрического тока», предложенном русским изобретателем Н. Н. Бернардосом в 1882 г. Несколько позже Томсон (США) изобрел стыковую сварку сопротивлением. Стыковая сварка оплавлением была предложена 
в 1903 г. Широкое использование контактной сварки в нашей стране началось  
в 30-х годах после создания индустриальной базы. 
Контактная сварка широко применяется в автомобильной, авиацион- 
ной, электронной и строительной промышленности, судостроении, метал- 
лургическом производстве, вагоностроении, турбостроении, производстве бытовых приборов и т. д. В настоящее время около 70 % сварочных работ при изготовлении автомобилей и котельных установок выполняют контактной сваркой. 
Контактная сварка осуществляется с местным нагревом деталей электрическим током и их пластической деформацией на участках нагрева. Местный 
нагрев достигается за счет повышенного сопротивления электрическому току 
на участках контакта между свариваемыми деталями. Это сопротивление называется контактным, а сварка, при которой оно служит для концентрированного 
местного нагрева, – контактной. 
Контактная сварка – разновидность сварки давлением. Способы сварки 
давлением отличаются друг от друга источниками нагрева, степенями деформации металла в зоне соединения, температурой и длительностью нагрева.  
Так, холодная сварка выполняется при комнатной температуре с большой деформацией соединяемых концов деталей. Сварка трением и ультразвуковая 
происходят за счет тепла, выделяемого при трении сдавленных соединяемых 
поверхностей. Высокочастотную сварку осуществляют с нагревом при небольшом давлении. 
3 

Овчинников В. В., Гуреева М. А.  
ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ  
ДЛЯ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ 
Контактная сварка – это процесс образования неразъемных соединений 
конструкционных металлов в результате их кратковременного нагрева электрическим током и пластического деформирования усилием сжатия. 
Соединение свариваемых деталей при контактной сварке (как и при других способах сварки) происходит путем образования связей между атомными 
агрегатами в зоне контакта этих деталей. При этом для образования физического контакта и активации соединяемых поверхностей затрачивается тепловая  
и механическая энергия, подводимая извне. 
Известные способы контактной сварки классифицируют по ряду признаков: 
1) по технологическому способу получения соединений – точечная, рельефная, шовная, стыковая; 
2) по конструкции соединения (нахлесточное или стыковое);
3) по состоянию металла в зоне сварки – с расплавлением металла и без
расплавления; 
4) по способу подвода тока – одно- и двусторонняя;
5) по роду сварочного тока и форме импульса тока (переменный –
промышленной, повышенной и пониженной частоты, постоянный, униполярный – ток одной полярности с переменной силой в течение импульса); 
6) по числу одновременно выполняемых соединений – одноточечная,
многоточечная, сварка одним или несколькими швами и т. д.; 
7) по наличию дополнительных связующих компонентов (клея, грунта,
припоя и др.); 
8) по характеру перемещения роликов при шовной сварке – непрерывная
(с постоянным вращением роликов) или шаговая (с остановкой роликов на  
время сварки). 
Точечная сварка – способ контактной сварки, при котором детали свариваются по отдельным ограниченным участкам касания (по ряду точек). При 
точечной сварке (рис. 1, а) детали 1 собирают внахлестку, сжимают усилием F 
электродами 2, к которым подключен источник 3 электрической энергии 
(например, сварочный трансформатор). Детали нагреваются при кратковременном прохождении сварочного тока Iсв до образования зоны 4 взаимного 
расплавления деталей, называемой ядром. Нагрев зоны сварки сопровождается пластической деформацией металла деталей (вокруг ядра), где образуется 
уплотняющий поясок 5, надежно предохраняющий жидкий металл от выплеска и от окружающего воздуха. Поэтому специальной защиты зоны сварки  
не требуется. После выключения тока расплавленный металл ядра быстро 
4 

ВВЕДЕНИЕ 
лизуется, 
и образу
таллическ
кие связи
и между с
мыми де-
-
Таким об
бразом, о
уются мет
образован
ние соеди
инения пр
ри точечн
соединяем
ной сварк
ке проискристалл
талями. 
ходит с р
расплавле
ением ме
талла.  
Р
Рис. 1. Ос
сновные с
способы 
контактн
ой сварки
и 
На
агрев при
и точечно
ой сварк
ке провод
дят импу
ульсами п
ного тока
частоты 5
50 Гц (ре
еже повыш
шенной ч
частоты 1
переменн
1000 Гц),
, а также
а 
е 
промышл
импульс
ленной ч
ами посто
оянного и
или унипо
олярного 
тока. 
По
о способу
у подвод
да тока 
к свари
иваемым 
деталям 
различа
ают дву-
) 
носторонн
нюю свар
рку. В пер
рвом случ
чае элект
троды 2 (р
рис. 1, а)
, 
юю и одн
т к каждо
ой из дет
алей 1, а 
во второ
ной из де
еталей (н
например,
, рис. 1, б
б). Для п
повышени
ия плотно
ом – к од
ости тока
в точках
я деталей
й 
-
ю деталь п
прижимаю
ют к медн
ной подк
кладке 6, 
которая о
х касания
одноврем
менно высторонню
подводят
верхней,
нижнюю
полняет 
роль опор
ры. 
)  
Ча
о за цикл 
сварки п
получают
т одну то
чку (одно
оточечная
я сварка)
. 
аще всего
одновреме
енно две 
(см. рис. 
 1, б) и б
ек (много
оточечная
я сварка).
при точе
ечной сва
арке прим
более точе
комбинир
ованные 
соединен
ния (кле-
-
е и сварн
но-паяные
е). Клей и
меняют к
и припой 
вводят п
под нахле
естку для 
повышеи реже о
Иногда п
есварные
ния проч
чности и к
коррозион
нной стой
йкости со
й. 
Ре
льефная 
сварка – 
одна из 
разновид
оединений
дностей т
очечной 
сварки. П
При этом
м 
–  
на пове
ерхности 
одной и
из детал
ей предв
варительн
но форм
мируют в
выступ –
5 

Овчинников В. В., Гуреева М. А.  
ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ  
ДЛЯ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ 
рельеф 7 (рис. 1, в), который ограничивает начальную площадь контакта деталей, в результате чего при сварке в этой зоне повышаются плотность тока  
и скорость тепловыделения. При нагреве рельеф постепенно деформируется;  
на определенной стадии процесса сварки формируется ядро 4, как при обычной 
точечной сварке. Часто на поверхности детали выполняют несколько рельефов 
или один протяженный выступ замкнутой формы, например, в виде кольца. После прохождения сварочного тока получают одновременно несколько точек  
или непрерывный плотный шов (контурная рельефная сварка). 
Шовная сварка – способ получения герметичного соединения (шва) путем образования ряда перекрывающихся точек. Подвод тока и перемещение деталей осуществляют с помощью вращающихся дисковых электродов – роликов 
8 (рис. 1, г). Как и при точечной сварке, детали собирают внахлестку и нагревают кратковременными импульсами сварочного тока. Перекрытие точек достигается соответствующим выбором паузы между импульсами тока и скорости 
вращения роликов. В зависимости от того, вращаются ролики непрерывно при 
сварке шва или останавливаются на время прохождения сварочного тока, различают непрерывную и шаговую сварку. Шаговая сварка отличается относительно небольшой производительностью, однако при этой сварке уменьшаются 
скорость износа рабочей поверхности роликов и вероятность образования дефектов шва (трещин, раковин) по сравнению с непрерывной сваркой, когда 
прохождение сварочного тока и кристаллизация литого ядра осуществляются 
при вращающихся роликах. 
Известны некоторые разновидности шовной сварки – односторонняя, 
многошовная (одновременная сварка нескольких швов на одной машине), шовно-стыковая сварка. 
Стыковая сварка – способ контактной сварки, когда детали соединяются 
по всей площади касания (по всему сечению). Детали 1 (рис. 1, д) закрепляют 
в токоподводящих зажимах 9, 10, один из которых, например зажим 10, подвижный и соединен с приводом усилия сжатия машины. По степени нагрева 
металла торцов деталей различают стыковую сварку сопротивлением  
и оплавлением. 
При стыковой сварке сопротивлением детали 1 предварительно сжимают усилием F и включают в сеть сварочный трансформатор 3. По деталям 
протекает сварочный ток Iсв, и происходит постепенный нагрев стыка деталей 
до температуры, близкой к температуре плавления. Затем сварочный ток выключают и резко увеличивают усилие осадки деталей, которые деформируют6 

ВВЕДЕНИЕ 
ся в стыке. При этом из зоны сварки частично выдавливаются поверхностные 
пленки, формируется физический контакт, и образуется соединение. 
При стыковой сварке оплавлением вначале на детали подают напряжение от сварочного трансформатора, а затем их сближают. При соприкосновении деталей в отдельных контактах вследствие большой плотности тока металл контактов быстро нагревается и взрывообразно разрушается. Нагрев торцов деталей происходит за счет непрерывного образования и разрушения контактов – перемычек, т. е. оплавления торцов. К концу процесса на торцах образуется сплошной слой жидкого металла. В этот момент резко увеличи- 
вают скорость сближения и усилие осадки деталей; торцы смыкаются, большая часть жидкого металла вместе с поверхностными пленками и частью 
твердого металла выдавливается из зоны сварки, образуя утолщение – грат 11 
(рис. 1, д, показан штриховой линией). Сварочный ток выключается автоматически во время осадки деталей. Для более равномерного нагрева деталей по 
сечению и получения однородных свойств соединений, в ряде случаев до 
начала оплавления, торец подогревают током способом сварки сопротивлением. 
Стыковую сварку как сопротивлением, так и оплавлением относят по состоянию металла в зоне сварки к сварке в твердом состоянии, хотя в отдельных 
случаях, особенно при стыковой сварке оплавлением деталей больших сечений, 
стыковое соединение формируется в твердожидкой фазе. 
Получение сварных конструкций с заданными эксплуатационными свойствами обеспечивается соответствующей технологией и оборудованием. Технология – перечень сведений о способах и режимах обработки и сварки деталей. При производстве сварных узлов к этим операциям можно отнести непосредственно сварочные и вспомогательные операции, например, подготовку 
поверхности, сборку, контроль качества соединений и т. д. 
Теоретическую основу технологии составляет ряд физико-химических 
процессов, протекающих при формировании соединений. Технология определяет требования к сварочному оборудованию. 
Сварочное оборудование – комплекс устройств (механических и электрических), обеспечивающих выполнение заданной технологии производства 
сварных конструкций. Оборудование состоит из машины, средств механизации 
и автоматизации, аппаратуры управления технологическим процессом сварки. 
Машина состоит из двух частей: 1) механической части, включающей 
конструктивные элементы, создающие жесткость и прочность (корпус, станина, 
кронштейны и т. д.), приводы для сжатия и перемещения деталей и элементы 
7 

Овчинников В. В., Гуреева М. А.  
ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ  
ДЛЯ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ 
вторичного контура машины (консоли, электрододержатели, электроды);  
2) электрической части, состоящей из источника сварочного тока (сварочного
трансформатора, выпрямителя, преобразователей тока, аккумулятора электрической энергии – батареи конденсаторов и т. д.) и вторичного контура для подвода тока от источника питания к электродам.
Средства механизации и автоматизации представляют собой приспособления к универсальным машинам, роботы, автоматические устройства, которые 
обеспечивают сборку, установку деталей перед сваркой, перемещение их во 
время сварки и съем сваренных узлов, формоизменение деталей до и после 
сварки (удаление грата), зачистку деталей, электродов и роликов и т. п. 
Аппаратура управления определяет заданную последовательность и продолжительность всех или части операций сварочного процесса, управление и 
регулирование основных электрических и механических параметров режима 
сварки, контроль и управление процессом сварки по обобщающим параметрам 
(в том числе по статистическим многофакторным моделям процесса), управление приводами средств механизации и автоматизации, а также сбор и обработку 
информации о состоянии приводов машины, о простоях, о количестве соединений и качестве сварки за смену, сутки и т. п. В ряде случаев аппаратура 
управления с ограниченными функциями встраивается в машину. 
Для каждого способа контактной сварки создана серия универсальных и 
специальных машин, различающихся степенью механизации и автоматизации 
основных сварочных и вспомогательных операций. 
Рис. 2. Конструктивная схема точечной машины 
8 

ВВЕДЕНИЕ 
По
ению конт
тактные м
подраздел
ляются н
на точечны
ые, рельо назначе
стыковые
 и шовны
ые. Кажды
машины 
ый тип эт
свой раб
-
-
-
т, особое 
конструк
ктивное и
исполнени
тих маши
ие станин
ин имеет 
н, механи
изма зажа
бочий инатия и пения детал
лей, регул
ляторов ц
цикла сва
арки и ра
азличных 
вспомога
ательных
тв. Для вс
сех машин
) характер
рно налич
чие транс
сформато
ра 1 (или
х 
и 
, 
либо друг
гого прео
н (рис. 2)
образоват
ргии), пе
ереключа
ателя сту
упеней 2,
-
еля тока 
3, станин
ны 4, меха
теля энер
анизма сж
жатия 8 с 
консолям
ми 5 и 6, 
токоподи 10, устр
ройств дл
ля креплен
ния инстр
румента 7
7 и аппар
атуры уп
правления
ностью св
варки 11
 с включ
чающими
и устройс
ствами. А
ра задает
я 
т 
, 
енную по
оследоват
тельность 
 работы 
всех мех
анически
Аппаратур
их, электр
рических,
ических и
и других 
устройст
тв и узлов
руктивно 
типовые
е 
-
для точе
ечной и р
ельефной
й сварок п
в машины
похожи. М
ы. Констр
Машины 
для шовн
ной сварют дополн
нительны
ый привод
д роликов
в, а маш
шины для 
стыково
ой сварки
имеют до
ополнител
ханизмы 
для медл
ленного сб
ближения
я деталей
и 
й 
ефные, с
струмент
ремещен
устройст
какого-л
включате
водов 9 и
длительн
определе
гидравли
машины 
ки имею
(рис. 3) и
при их оп
плавлени
ии и ускор
льные мех
ренного –
– при осад
дке. 
Ри
ис. 3. Конс
структивн
ная схема
а стыково
ой машин
ны: 
1 – стан
нина, 2 – т
трансформ
токоподв
оды, 4 и 7
5 и 8 – мех
ханизмы 
зажат
тия, 6 и 9 
– неподви
матор, 3 – 
ижная и по
плиты, 10
7 – губки, 5
0 – привод
д перемещ
щения,  
11 – сис
одвижная 
стема охла
аждения 
Ме
еханическ
ь машин 
разнообр
разна. На
а станина
ах (корпу
усах) разконструкц
се основн
ные узлы 
машины:
: привод 
механизия (зажати
кая часть
ции разме
ия), механ
ещены вс
низм осад
дки в сты
ыковых ил
ли механи
ода ролиовных маш
шинах, тр
маторы, то
окоподвод
ды и др. С
изм приво
Современ
нные кон-
-
-
-
-
машины 
также мо
рансформ
огут имет
вочные и 
зачистны
ые механи
измы, пи. 
личной к
ма сжати
ков в шо
тактные 
татели, у
устройств
ва для под
дачи дета
ть установ
алей и их 
съема, ко
онтроля, м
маркиров
вки и т. п.
9 

Овчинников В. В., Гуреева М. А.  
ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ  
ДЛЯ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ 
На такого рода агрегатные машины существуют специальные технические 
условия. 
Ранее машины сокращенно обозначались тремя или четырьмя буквами  
с цифрой, указывающей мощность одного или нескольких трансформаторов. 
Так, например, роликовая (шовная) пневматическая машина мощностью  
200 кВА обозначалась через МШП-200, а стыковая – мощностью 500 кВА  
с гидроприводом через МСГА-500. 
Первая буква А и М указывала на полную (А) или частичную 
автоматизацию, вторая Т, Ш, Р и С – вид машины (точечная шовная,  
рельефная, стыковая), третья – тип привода (П – пневматический, Г – гидравлический, М – электродвигательный) четвертая – специализацию машины. 
Например, машина для сварки арматурных сеток имела четвертую букву С.  
По новой системе первая буква характеризует агрегат, автомат машину 
(А, М), вторая – вид машины, две первые цифры – ток в кА, а две последние – 
модель машины. Так, точечная машина (ток 20 кА, 5 модель) обозначается как 
МТ-20 05. 
После изложения материалов, представленных в учебнике, студент должен: 
знать 
x теоретические и практические основы технологических процессов создания сварных соединений и конструкций;
уметь 
x анализировать и оценивать эффективность применения различных режимов контактной сварки при выполнении сварных соединений;
владеть 
x методами и подходами к формированию мероприятий и разработке
предложений по повышению уровня свойств сварных соединений различных металлов и сплавов.
10