Использовать тепло, выделяющееся при трении, для сварки металлов долгое время никому не удавалось. Хотя в практике работы на металлорежущих станках и наблюдались случаи приварки стружки к резцу, заднего центра к обрабатываемой детали и др. Высказывались некоторые соображения о принципиальной возможности сварки трением, а наряду с этим имели место и утверждения о невозможности использовать тепло, выделяющееся при трении, для целей сварки.
Способ сварки был впервые осуществлен токарем Алексеем Чудиковым в 1956 г.
Проведенные впоследствии работы показали возможность сварки трением различных сталей и сплавов. Было отмечено, что производительность этого способа сварки исключительно высока при высоких технико-экономических показателях процесса.
Этот комплекс работ позволил создать теорию сварки трением, разработать технологические режимы сварки различных металлов и создать специальное оборудование.
Принципиально сварка трением круглых стержней может быть осуществлена по различным схемам, позволяющим использовать теплоту, выделяемую в процессе относительного вращения свариваемых деталей. Во всех этих случаях образование сварного соединения происходит в процессе совместного пластического деформирования деталей под действием сжимающего осевого усилия стержней, расположенных соосно.
Рассмотрим принципиально возможные схемы применительно к сварке трением арматурных стержней. Если необходимо приваривать к длинному стержню стержень небольшой длины (не более 1,0-1,5 м). В этом случае длинный стержень закрепляется в машине неподвижно, а короткий вращается относительно его. Опытный образец машины, работающей по этой схеме сварки трением уже в течение ряда лет, используется на ленинградском заводе «Баррикада» для сварки отходов арматурной стали в бесконечную плеть.
Основными параметрами процесса сварки трением являются: скорость относительного движения поверхностей трения, осевое усилие сжатия деталей, величина осадки и время сварки. Первые два параметра можно изменять в сравнительно широких пределах без существенного влияния на качество сварки. Величину осадки обычно ограничивают в определенных пределах с целью обеспечения необходимого усиления и удаления ОКИСЛОВ и загрязнений из стыка в процессе трения.
Для случая сварки стержней диаметром 20 мм из малоуглеродистой стали изменение скорости относительного вращения можно иллюстрировать графически. Как видно из графика, изменение скорости вращения от 400 до 800 об/мин снижает время сварки почти на 25%, а в диапазоне свыше 800-3 000 об/мин время сварки возрастает почти пропорционально числу оборотов. Однако при возрастании числа оборотов удельная тепловая мощность падает, что указывает на значительное влияние скорости вращения на величину коэффициента трения.
В начальный период, когда нарастают скорости вращения, происходит грубая приработка трущихся поверхностей, появляются первые очаги нагрева. В дальнейшем обороты нарастают, приработка трущихся поверхностей идет более интенсивно, увеличиваются их площади и увеличивается число очагов схватывания. Температура в околоторцовых областях резко возрастает, а процесс твердопластичного трения вероятно переходит в процесс жидкостного трения, моменты сил трения стабилизируются. Детальное изучение процесса позволило установить, что для снижения мощности сварочных установок целесообразно начинать процесс сварки трением при относительно низких удельных давлениях (около 1 кГ/мм2) и числе оборотов 400- 800 в мин с дальнейшим повышением давления в 4- 5 раз и скорости до 1 500 об/мин после приработки поверхностей и их нагрева до температуры, превышающей температуру, соответствующую пику мощности.