История развития
первые мысль о возможности практического применения «Электрических искр» для плавления металлов высказал в 1753 году академик Российской Академии наук Г.Р. Рихман, выполнивший ряд исследований атмосферного электричества Практической проверке такого мнения способствовало создание итальянским ученым А. Вольта гальванического элемента (вольтова столба).
В 1802 году профессор Санкт-Петербургской военно-хирургической академии В. В. Петров, используя мощный гальванический элемент, открыл явление электрической дуги. Он также указал возможные области ее практического применения Независимо от
В В Петрова, но несколько позже (1809 г.) электрическую дугу получил английский физик Г. Деви.
В 1882 году русский изобретатель Н.Н. Бенардос предложил способ прочного соединения и разъединения металлов непосредственным действием электрического тока. Он практически осуществил способы сварки и резки металлов электрической дугой угольным электродом, ему также принадлежит много других важных изобретений в области сварки (спиральношовные трубы, порошковая проволока и др). Электрическая дуговая сварка получила дальнейшее развитие в работах Н. Г. Славянова,
в способе Н. Г. Славянова (1888 г.) в отличие от способа Н. Н. Бенардоса металлический стержень одновременно является и электродом, и присадочным металлом Н. Г. Славянов разработал технологические и металлургические основы электродуговой сварки.
Он применил флюс для защиты металла сварочной ванны от воздуха, предложил способы наплавки и горячей сварки чугуна, организовал первый в мире электросварочный цех Н. Н. Бенардос и Н. Г. Славянов положили начало автоматизации сварочных процессов, создав первые устройства для механизированной подачи электрода в дугу.
Дальнейшее развитие электрической дуговой сварки несколько замедлилось в связи с конкуренцией газовой сварки кислородно-ацетиленовым пламенем В начале XX века этот способ обеспечивал более высокое качество сварных швов, чем дуговая сварка голым электродом.
Положение изменилось, когда в 1907 году шведский инженер О. Кьельберг применил металлические электроды с нанесенным на их поверхность покрытием. Это покрытие предохраняло металл шва от вредного воздействия воздуха (окисления и азотирования), стабилизировало горение дуги. Применение покрытых электродов обеспечило резкое повышение качества сварных соединений. Ручная электродуговая сварка плавящимся электродом начала широко применяться на заводах США. Англии. Австро-Венгрии и других стран.
Отсталая промышленность дореволюционной России так и не смогла в должном объеме использовать дуговую сварку. Промышленное применение этого вида сварки в нашей стране началось только после победы Великой Октябрьской социалистической революции. Уже в начале 20-х годов под руководством В. П. Вологдина были изготовлены сварные котлы, а несколько позже – суда и другие ответственные конструкции. В конце первой четверти XX века ручная дуговая сварка плавящимся электродом стала основным способом сварки в нашей стране и во всем мире.
Все время развиваясь, совершенствуясь, ручная дуговая сварка не утратила своего ведущего положения и в настоящее время.
Наряду с внедренная и совершенствованием ручной дуговой сварки во многих странах велись работы по изысканию новых способов защиты зоны дуги от окружающего воздуха и по механизации основных сварочных операций. Уже в начале 20-х годов в различных странах были созданы специальные механизмы-автоматы для сварки и наплавки плавящимся электродом с наносимым на их поверхность или вводимыми внутрь стержня специальными веществами, или же с окружающей дугу газовой защитой. Однако эти автоматы не получили промышленного применения, так как обеспечивали лишь небольшое повышение производительности труда по сравнению с ручной сваркой.
Новый этап в развитии механизированной дуговой сварки в нашей стране начался в конце 30-х годов, когда на основе идей, выдвинутых еще Н.Г. Славяновым, коллективом института электросварки Академии наук Украины под руководством академика Евгения Оскаровича Патона был разработан новый способ сварки, получивший название – автоматическая сварка под флюсом.
Сварка под флюсом за счет увеличения мощности сварочной дуги и надежной изоляции плавильного пространства от окружающего воздуха позволяет резко повысить производительность процесса, обеспечивать стабильность качества сварного соединения, улучшить условия труда и получить значительную экономию материалов, электроэнергии и средств.
Способ сварки под флюсом за рубежом впервые появился в США.
Пути развития этого способа в зарубежных странах несколько отличались от отечественных Различие в основном заключалось в конструкциях сварочных установок и применяемых сварочных материалах.
В конце 40-х годов получил промышленное применение способ дуговой сварки в защитных газах. Газ для защиты зоны сварки впервые использовал американский ученый А. Александер еще в 1928 году. Однако в те годы этот способ сварки не нашел серьезного промышленного применения из-за сложности получения защитных газов. Положение изменилось после того, как для защиты были использованы пригодные для массового применения газы (гелий, аргон в США, углекислый газ в СССР) и различные смеси газов.
Сварку неплавящимся (угольным) электродом в углекислом газе впервые осуществил Н.Г. Остапенко Затем усилиями коллективов ЦНИИТМАШа, Института электросварки им Е.О. Патона и ряда промышленных предприятий был разработан способ дуговой сварки в углекислом газе плавящимся электродом.
Использование дешевых защитных газов, улучшение качества сварки и повышение производительности процесса обеспечили широкое применение этого способа главным образом при механизированной сварке различных конструкций. Объем применения механизированной сварки в защитных газах из года в год возрастает. Ее широко используют вместо ручной сварки покрытыми электродами и механизированной сварки под флюсом. Для механизированной сварки находят применение также порошковая и активированная проволоки, не требующие дополнительной защиты.
Интенсивные работы ведутся по исследованию и промышленному применению разновидности дугового процесса – так называемой сварки сжатой (плазменной) дугой.Серьезным достижением отечественной сварочной техники явилась разработка в 1949 году принципиально нового вида сварки плавлением, получившего название электрошлаковой сварки. Электрошлаковая сварка разработана сотрудниками Института электросварки им. Е. О. Патона в содружестве с работниками заводов тяжелого машиностроения. Разработка этого вида сварки позволила успешно решить весьма важные для дальнейшего развития промышленности вопросы качественной и производительной сварки металла практически неограниченной толщины и механизации сварки вертикальных швов.
Развитие сварочной техники неразрывно связано с изысканием новых источников теплоты для плавления металла.
Одним из таких источников является концентрированный поток электронов в вакууме, на основе которого в конце 50-х годов французскими учеными был создан новый вид сварки, получивший название электроннолучевого процесса.
Электроннолучевая сварка находит достаточно широкое практическое применение при соединении тугоплавких химически активных металлов и сплавов и ряда специальных сталей.
В последнее время для сварки начали применять оптические квантовые генераторы – лазеры. В ближайшие годы можно ожидать дальнейших серьезных успехов в развитии и промышленном применении лучевых сварочных процессов.
Электрическая сварка плавлением достигла высокого уровня развития и стала ведущим технологическим процессом, позволяющим создавать рациональные конструкции для всех без исключения отраслей промышленности из любых практически применяющихся металлов и сплавов различной толщины. Технология электрической сварки плавлением строится на серьезной научной основе, использующей и обобщающей огромный опыт ученых, работников производства и научных коллективов – представителен различных стран и различных научных школ и направлений.
СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА СВАРКИ
Сваркой называется процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частицами при их местном (общем) нагреве или пластическом деформировании, или совместным действием того и другого.
Сущность сварки заключается в сближении элементарных частиц свариваемых частей настолько, чтобы между ними начали действовать межатомные связи, которые обеспечивают прочность соединения.
Все технически важные металлы при обычной температуре – это твердые кристаллические тела, при сварке которых возникают некоторые трудности: образование трещин, окисление, деформация металла и коробление изделия, снижение механических свойств металла в зоне сварки. Отрицательное влияние часто оказывают пленки окислов, различных загрязнений на поверхности металлов. Для осуществления сварки необходимо сблизить большое количество атомов поверхностей соединяемых металлов на очень малые расстояния, т.е. привести их в соприкосновение. Такому сближению препятствует высокая прочность и твердость металла: его атомы прочно удерживаются в узлах кристаллической решетки и малоподвижны.
Твердость металла и жесткость кристаллической решетки можно ослабить нагревом. Чем выше температура нагрева, тем мягче металл и подвижнее его атомы. При нагреве до температуры плавления металл становится жидким, атомы в нем легко перемещаются, поэтому для сваривания достаточно расплавить немного металла у соединяемых кромок. Жидкий металл обеих кромок сливается в общую сварочную ванну. Образование общей ванны вследствие подвижности атомов в жидком металле происходит самопроизвольно (спонтанно) и не требует приложения каких-либо усилий. По мере охлаждения расплавленный металл затвердевает и прочно соединяет свариваемые детали.
Известен и другой способ сварки, когда сильно сжатый металл течет подобно жидкости при обычной температуре. В этом состоянии металлы свариваются, срастаясь в монолитное целое, с полным исчезновением границы раздела. Взяв две детали, приведя их в соприкосновение и сдавив с такой силой, чтобы металл обеих деталей в стыке совместно деформировался и тек подобно жидкости, получим сварное соединение деталей. Это будет сварка давлением. Пластическое деформирование металла под давлением называется осадкой.
Сварка давлением значительно облегчается и упрощается подогревом металла, поэтому в большинстве случаев сварка давлением используется с одновременным подогревом металла ниже точки его плавления.
Следовательно, различают сварку плавлением (металл нагревается до плавления, при этом осадка, как правило, не требуется) и многочисленными способами, в которых используется давление и производится осадка, для облегчения которой металл подогревается. На использовании этих двух основных факторов (нагрев металла и его осадка), которые применяются в различных комбинациях и соотношениях, базируются многочисленные способы сварки, используемые в современном производстве.