О чем пойдет речь? Ответ на вопрос, где изобрели сварку, и сложен, и прост одновременно. Простота заключается в том, что известны имена тех, кто запатентовал способ соединения деталей. Сложность же состоит в том, что сам процесс сварки известен с древних времен.
Как обстоят дела сегодня? Стоит понимать, что изобретение сварки не поставило точку в этом процессе, и технология продолжала развиваться. Сегодня известно почти сто способов сваривания, но наибольшую популярность получили некоторые из них.
СОДЕРЖАНИЕ
История появления сварки
Разбираясь в том, как и при каких обстоятельствах возникли современные технологические процессы, нужно учитывать исторические периоды. У появления любой технологии всегда есть предпосылки. Весь процесс нужно рассматривать через призму исторических явлений с учетом трудов знаменитых ученых и дальнейших перспектив развития.
Многие люди думают, что сварка является современной технологией, но это не так. Сварка как процесс появилась в VIII-VII веках до н. э. Тогда людям приходилось заниматься созданием современных орудий труда. Им необходимо было понять, каким образом можно изменять металлические детали и крепко их соединять друг с другом. Камни и физическую силу использовали для того, чтобы придать меди или золоту нужную форму. Так появилась первая разновидность холодной сварки. В какой стране она была изобретена, уже не столь важно, так как ее уже давно нет на карте.
Добыча свинца и изготовление бронзы начались немного позже. Человечество стало применять термическую обработку, чтобы производить более крупные изделия. Для этого использовался подогрев отдельных элементов. Также начали применять технологию литья, чтобы производить практически идеальные изделия.
Читайте также: «Электродуговая сварка»
В эпоху железного века люди научились добывать железо. Это произошло примерно 3 000 лет назад. Современный процесс добычи железа кажется простым: железо извлекают из природной железной руды, осуществляя ее плавку. Но в старые времена люди не владели технологией плавки, поэтому весь процесс был другим. Из железной руды добывали смесь, содержащую частицы железа и других неметаллических соединений: угля, шлака и пр.
Прошло немало времени, прежде чем люди, используя ковку нагретой смеси, научились отделять частицы железа от других соединений. Так начали получать железные заготовки. Из них кузнецы, применяя методы кузнечной сварки, могли делать различные орудия труда и оружие. Кузнечная сварка и пайка в те времена считались самыми передовыми процессами. Так продолжалось вплоть до промышленной революции. Стоит отметить, что пайку часто использовали при изготовлении ювелирных украшений.
Где изобрели современную сварку
Когда сталь заменила кованое железо, произошел настоящий прорыв в технологиях. Из стали можно было строить целые здания, делая их различной высоты и формы. Для соединения металлических конструкций применяли болты и заклепки. Поэтому, когда придумали электродуговой метод, это стало уже повторным прорывом. Но где изобрели сварку и кого из ученых можно назвать родоначальником технологии?
Электрическая дуга как явление была открыта физиком-экспериментатором Василием Владимировичем Петровым. Это событие произошло в 1802 г. Сама электросварка с применением угольных электродов была изобретена только через 80 лет, в 1882 г. Новую технологию придумал русский инженер Николай Николаевич Бенардос. Изобретение получило название «электрогефеста» и было запатентовано во многих странах. Так что на вопрос, в какой стране изобрели сварку, можно смело отвечать — в России.
В 1888 г. состоялось еще одно важное открытие. Русский изобретатель Николай Гаврилович Славянов смог продемонстрировать практическое применение металлического плавящегося электрода для сварки металла под флюсом. Тогда он в присутствии государственной комиссии показал, как при помощи новой технологии можно сварить коленвал для паровой машины. Через 5 лет Н. Г. Славянову была вручена золотая медаль. Он ее получил на Всемирной выставке в Чикаго за технологию электросварки под слоем толченого стекла. Все технологии и оборудование, появившиеся после этого времени, сохранили данную концепцию.
Современные технологии сварки
Электродуговая
Эта технология считается самой известной. Для нее используют электродугу — разряд, который образуется при соединении электрода с металлом благодаря прохождению электрического тока. Освобождаемая тепловая энергия направляется в электродугу и повышает ее температуру. Металл начинает расплавляться, так как на него воздействуют высокие температуры, и появляется сварочная ванна из жидкого металла. Когда вещество остывает, жидкий металл превращается в кристаллы. Это приводит к появлению прочного соединения, которое по характеристикам схоже с соединяемыми элементами.
Существует 4 вида электродуговой сварки.
- Ручная дуговая (ММА, manual metal arc)
Для нее используют штучные электроды с обмазкой. При сварке применяется постоянный (DC) или переменный (АС) тока. При процессе плавления образуется газовое облако, обеспечивающее защиту зоны сварки от проникновения воздушных масс. Облачко также помогает химическим добавкам попадать в сварочную ванну, что приводит к изменениям свойств металла в зоне шва и стабильному состоянию электродуги.
- Аргонная сварка
Для нее применяют неплавящиеся электроды и среду инертного газа (TIG, tungsten inert gas). Сами электроды бывают нескольких типов: угольными, вольфрамовыми, графитовыми. При аргонной сварке используются инертные газы: аргон, азот, гелий или их смесь. Выбирая электроды, нужно учитывать тип соединяемого металла. При этой технологии сварной шов появляется из металла соединяемых частиц. Иногда используются специальные присадки: полосы и прутья из металла.
Читайте также: «Прямая и обратная полярность при сварке: как правильно выбирать»
Так как в зоне сварки присутствуют инертные газы или их смеси, то благодаря этому металлический шов надежно защищен от вредоносного воздействия воздуха. Также газ влияет на стабильное состояние электродуги. При аргонной сварке используется постоянный и переменный ток. При невысокой производительности получается прочный и надежный шов. Работать с аргонной сваркой нелегко. Оператор должен обязательно обладать соответствующими профессиональными навыками.
- Полуавтоматическая сварка
Полуавтоматическая сварка плавящимся непрерывным электродом в среде инертного (MIG, metal inert gas) или активного (MAG, metal active gas) газа. В качестве электрода используют проволоку, расплавляющуюся из-за воздействия электротока. Подача проволоки к месту сварки происходит автоматически. Она поступает в горелку вместе с активным или инертным газом. В составе газовой защиты могут находиться разные вещества, зависящие от типа рабочего материала. Для полуавтоматических сварочных работ большое значение имеет электрический ток. Без него сварка невозможна.
Читайте также: «Электродуговая сварка»
Полуавтоматическая сварка характеризуется высокой производительностью, но при этом швы получаются неаккуратными. А так как в виде защиты применяются активные газы, то нередко происходит разбрызгивание металла. Новички и профессионалы часто используют именно полуавтоматическую сварку, так как проволока подается автоматическим способом и можно регулировать рабочие настройки сварочного аппарата.
- Сварка под флюсом
Для соединения деталей этим способом применяют специальный флюсовый порошок, различающийся по химическому составу. Он создает защитную прослойку в области сварной ванны и в зоне остывающего шва. Из порошковых частиц выделяется защитный газ, обеспечивающий стабильное состояние дуги и высокое качество сварочного соединения. Чтобы в области стыка металл приобрел необходимые свойства, при сварке применяют разные виды флюса.
Газоплазменная
При применении этого вида сварки расплавление металла производится при воздействии пламени, появляющегося в результате горения смеси газов. Используются следующие вещества: ацетилен, бутан, пропан, керосин, бензин, водород. Часто применяется МАФ, или метилацетиленовая фракция. Ее широкое использование обусловлено тем, что при высокой температуре горения, равной 2927 градусам Цельсия, производится высокая теплоотдача. Само соединение нельзя назвать токсичным в отличие от дициана, который горит при 4500 градусах. Кроме того, метилацетиленовая фракция не является взрывоопасной, как, например, ацетилендинитрил (5000 градусов).
Так как при сварке используется газовое пламя, то технология не связна с наличием электропитания. Газоплазменную сварку часто применяют в полевых условиях. А вот для автоматизированной промышленной эксплуатации этот метод не подойдет, он не может похвастаться высокими параметрами производительности.
Для газоплазменной сварки характерен еще один важный плюс — при ней нагрев металла производится постепенно и его можно регулировать. Это особенно удобно при работе с листами металла. Выполнять газоплазменную сварку могут только операторы, имеющие необходимый большой опыт.
Электрошлаковая
При использовании этого метода кромки металлов расплавляются за счет нагрева шлака. Для этого используется расплавленный электротоком флюс. Его засыпают в зазор между элементами. При электрошлаковой сварке используют проволоку или присадочный прут. Описываемая технология подходит для сварки чугуна, стали, цветных металлов.
Читайте также: «Длина сварного шва»
Электрошлаковая сварка часто используется в промышленных масштабах. Ее применяют для соединения огромных деталей с толщиной стенок 40-500 мм и выше, например опор, паровых котлов, различных типов валов. Кроме того, этот метод экономичен, и выгода возрастает прямо пропорционально площади свариваемых поверхностей.
Плазменная
Для этого метода применяют струю плазмы, которая появляется в специальном устройстве, плазматроне, или между свариваемой поверхностью и электродом. Посредством плазменной сварки можно получить тонкий точный шов, а также большую глубину проплавления. Плазменную сварку часто используют, чтобы приварить тонкостенные и мелкие детали. Описываемый метод нашел широкое применение в электротехнической сфере, тяжелой промышленности, в строительном направлении и при монтажных работах. Под высокотемпературной струей расплавляются различные металлы.
Кроме описываемых методов, существуют еще такие:
- лазерный, при котором используется лазерный луч;
- элетронно-лучевой с применением электронно-лучевой пушки в условиях вакуума;
- с закладными нагревателями — используется для сварки труб из полиэтилена;
- контактный стыковой метод с оплавлением — в нем источником тепла служит нагревательный элемент с фторопластовым покрытием.
Перспективы развития сварки
В современном обществе огромное внимание уделяется повышению качества труда и производительности. Сварочное производство помогает улучшить эти показатели, так как в нем применяются особые направления:
- Автоматизация и механизация сварочных процессов, в которые входят заготовительные работы и неразрушаемый контроль сварных соединений.
- Применяется высокопрочная конструкционная сталь, что позволяет делать формы более совершенными и снижает металлоемкость.
- Существующие методы сварки совершенствуются и появляются новые. Основными приоритетами в развитии дуговой сварки являются уменьшение площади поперечного сечения сварного шва. Для этого используется сварка в узкую разделку, что положительно влияет на увеличение производительности труда и самих свойств соединения.
- Применяются новые типы сварочных соединений, позволяющих экономно расходовать сварочный материал и электроэнергию.
- Разрабатываются новые типы сварки, благодаря которым возможно более рациональное использование тепла дуги.
- Продолжают совершенствоваться способы дуговой сварки, их применение стало возможным в разнообразных пространственных положениях.
- Появляются новые сферы применения механизированной сварки, она постепенно вытесняет ручной метод.
Главным для будущего развития дугового типа сварки является наиболее полное использование механизированного метода под слоем флюса с применением порошковой проволоки и защитных газов.
Одним из самых универсальных методов считается ручная дуговая сварка с применением штучных электродов. Этот способ считается отличным по маневренности, для него необходимо простое оборудование, поэтому часто используется при проведении монтажных и строительных работ. Хотя изобрели этот метод сварки давно, он еще долгое время будет считаться основным.
Читайте также: «Способ сварки швов»
В перспективе ручная дуговая сварка с применением штучных электродов высокой производительности будет широко использоваться для выполнения сварочных работ в строительной и монтажной отраслях, при работе в труднодоступных местах, в ремонтной сфере и в небольшом производстве. В таких условиях ручная сварка показывает себя особо хорошо и запросто сможет составить конкуренцию механизированным методам.
Также широкое применение получают ВП-электроды, в состав которых входит железный порошок, рутиловое и основное покрытие. При использовании электродов такого типа в 1,5 раза увеличивается производительность ручной сварки и также качество соединения.
Выбор подходящего сварочного аппарата связан с особенностями этого процесса. При этом специалист также будет учитывать технические показатели оборудования. Практически все сварочные процессы подлежат автоматизации. Современные технологии позволяют сделать ровный красивый шов, который будет еще и прочным. Все это при небольшой себестоимости и малых временных затратах.
