История развития сварки далеко до нашей эры. С тех пор, как люди научились добывать металл, они стремились создавать из него что-то полезное. Самый надежный способ соединения – горячим методом. Сейчас трудно представить, что два века назад русские ученые стояли у истоков современных сварочных аппаратов.
С тех пор началась новая страница жизни человечества. Сейчас существует несколько и видов сварочных технологий, применяемых на производстве и в быту. Современная история сварки – это изобретение новых агрегатов, методов соединения металлов, индивидуальных средств защиты нового поколения. Но по-прежнему популярной остается традиционная дуговая с помощью расплавляемых и тугоплавких электродов. Сварщики создают огромные металлоконструкции и миниатюрные произведения искусства.
Роль сварки в современном мире
В настоящее время развиваются методы лазерной сварки. Разработана технология высокоточного соединения металлов. Появляются новые композитные материалы, распространено использование алюминия, нержавеющих сталей, цветных металлов. Широкое распространение получили следующие виды высокотемпературного соединения металлов:
- аргонодуговая технология позволяет получать все виды соединений: стыковые, угловые, тавровые, внахлест;
- газовая, с помощью нее создаются магистральные трубопроводы, пролегающие далеко от источников тока;
- полуавтоматическая позволяет ускорить процесс соединения элементов, обладает высокой точностью, снижает риск образования некачественного шва;
- всегда остается востребованной традиционная ручная электродуговая.
Меняются источники питания, усовершенствуются держатели, но принцип горячего соединения металлов не претерпевает изменений. Сварочный метод предпочтительнее других видов соединений из-за ряда преимуществ:
- из-за экономии металла;
- износостойкое оборудование имеет большой запас прочности, его применяют в любых условиях;
- образуются соединения на молекулярном уровне, обладающие высокой прочностью.
Первые упоминания сварки
Задолго до появления сварочных агрегатов существовали другие способы соединения металла. Найдены образцы соединений, созданных в VIII – VII веках до нашей эры. Самородное золото, кусочки меди и метеоритные сплавы использовали для бытовых целей, оружия. Их скрепляли при нагреве методом, сравнимым с ковкой.
Этап возникновения литья – следующая страница история сварочной технологии. Зазоры между частями металла заливали расплавами, получалось подобие швов. Когда были открыты легкоплавкие металлы, для соединяя металлов стали применять их, возникла пайка. Технологии пайки и ковки использовались до открытия метода электрической дуги, до конца XIX века.
Открытие электрической дуги
Физик и электротехник, академик Василий Петров открыл эффект электродуги в 1802 году. Во время опытов он пропускал электроток через металлический и угольный стержень и заметил, что возникает яркая вспышка – высокотемпературная дуга. В его трудах есть описание этого явления. Но до открытия сварочного аппарата были годы, пока развивалась электротехника. Для дуговой технологии нужны были мощные источники тока.
Русский изобретатель Николай Бенардос разработал электродуговую сварку только через 80 лет после открытия дуги. Начался новый этап истории развития сварки. Николай Николаевич применил дугу для резки и соединения металлических элементов. Через несколько лет Славянов Николай Гаврилович создал первый сварочный аппарат и электроды. Он официальный автор, признанный во всем мире. Впервые именно он, русский инженер изобрел сварку, запатентовал ее, только потом стали развиваться технологии в других странах. Славянов активно пропагандировал свой метод:
- исправлял брак, возникший при литье деталей;
- восстанавливал части паровых турбин;
- заваривал изношенные детали.
Изобретение дуговой сварки
И все же основателем метода дуговой сварки по праву считается Николай Николаевич Бенардос. Русский изобретатель первым выдвинул идею, которая впоследствии была положена в основу данного способа обработки металлов. В 1882 году Бенардос сконструировал и построил устройство, при помощи которого можно было качественно сваривать детали в переменном поле и в газовой струе. Для сварки дугой он использовал угольные электроды.
Бенардосу же принадлежит открытие способа магнитного управления электрической дугой. Попутно изобретатель разрабатывал приемы эффективного использования флюса и автоматизации процесса сварки. Им был также опробован способ контактной точечной сварки. Целый ряд конструктивных решений Бенардоса был запатентован им как в России, так и за рубежом.
Другой русский инженер, Николай Гаврилович Славянов, усовершенствовал уже разработанный ранее способ дуговой сварки. Фактически он сделал самостоятельное изобретение, предложив использовать не угольные, а металлические электроды. Славянов построил также сварочный генератор и систему, которая позволяла регулировать длину дуги. Инженерные решения, осуществленные на практике русскими изобретателями, легли в основу нового метода сварки, не утратившего своего значения и в современном производстве.
Развитие технологий в новое время
Следующий этап истории связан с фамилией Патон. Отец организовал первый институт сварки в 1929 году, под его руководством развивалась технология сварочных процессов. Во время Великой Отечественной войны новые методы применялись в оборонной промышленности. Разрабатывались новые виды флюсов, электроды для толстостенных изделий. Они применялись при производстве военной техники: танков, орудий, бомбардировщиков и их оснащения.
В киевском институте разработан метод порошковой, контактной и шлаковой сварки в жидкой и разряженной среде, для защиты шва стали применять инертные газы. Дело Евгения Патона продолжил его сын, Борис. Он возглавил институт сварки после ухода отца. Технологии космической лазерной сварки разработаны под его руководством. Стали шире применяться методы соединения металлов под водой. Эта технология используется в судоремонтных доках. Метод снижает сроки ремонта судов в 1,5 раза.
История сварки
Истоки . .
Историческое развитие сварки можно проследить с древнейших времен. Самые ранние артефакты относятся к бронзовой эпохе. Небольшие золотые короба, хранящиеся в Ирландском национальном музее, были получены фактически сваркой давлением, которая, как известно, не требует нагрева, и производится путем пластичной деформации при комнатной температуре. Предполагается, что эти короба были изготовлены более 2 тыс. лет назад.
В железном веке египтяне и жители восточной части Средиземноморья научились сваривать куски железа вместе. Многие инструменты, которые были найдены, сделаны в период около 1000 г. до н.э.
В средние века своего рассвета достигло кузнечное искусство и многие изделия, которые появились в ту пору, были сварены ковкой, пока в 19-ом веке не изобрели сварку, какой мы ее знаем сегодня.
1800 г
Считается, что ацетилен был открыт англичанином Эдмундом Дэвисом. А вот первым получить дуговой разряд удалось другому английскому химику, одному из основателей электрохимии, почетному члену множества научных организаций, в том числе Петербургской Академии наук, сэру Гемфри Дэви. Дуговой электроразряд был получен им между двумя графитовыми стержнями, которые были подключены к полюсам электрической батареи, составленной из 2 тыс. гальванических элементов.
Начиная с середины 19 века изобретен электрогенератор, и набирает популярность освещение при помощи дугового разряда. А уже к концу 19 века появилась газовая сварка и резка, дуговая сварка угольным и стальным стержнем, сварка электросопротивлением.
1880 г
Огюст де Меритан, проводя в 1881 г исследования в лаборатории Кебот во Франции, применил тепло электродуги для сплавления свинцовых пластин аккумуляторных батарей . В то время его учеником был молодой русский ученый Николай Николаевич Бенардос, который работал с де Меританом в лаборатории во Франции и стал фактически отцом сварки. Патент на способ дуговой электросварки «Электрогефест» присвоен Николаю Бенардосу и Станиславу Ольшевскому. Британский патент выдан в 1885 г и американский – в 1887г. Также Бернадосом разработан первый электрододержатель и прочее. И хотя сварка графитовым стержнем была ограничена в возможностях, ею уже в те времена можно было варить железо и свинец. Способ стал широко внедряться в конце 1890 г – начале 1900г.
1890 г
Н.Г. Славянов представил свой вариант идеи металлопереноса через дугу (через стальной стержень), а также приспособил данный метод для литья в литейную форму и получил Российский патент на способ электрической отливки стали.
В то же время в 1890 году основатель Ч.А. Коффин из Детройта запатентовал в США точно такой же процесс электродуговой сварки стальным стержнем, который плавился под силой дуги, с последующим металлопереносом в сварочную ванну и кристаллизацией сварного шва.
1900 г
Приблизительно в 1900 г А.П. Штроменгер (Strohmenger), имя которого не известно на постсоветском пространстве, представил в Великобритании первый стальной электрод с тонким покрытием из глины или извести, которое стабилизировало дугу.
А вот электрод с флюсующей обмазкой изобрел швед Оскар Челльберг, стоявший у истоков компании ЕСАБ. Работы над созданием обмазки велись с 1907-1914 г.г. Штучные электроды были изготовлены протяжкой и порезкой цельнометаллической проволоки на прутки с последующим погружением в растворы карбонатов и силикатов. После высыхания они были готовы к реализации.
В то же время британский инженер Элиу Томсон придумал контактную сварку.
В 1903 году немец Гольдшмидт (буквально «золотых дел мастер») изобрел термитную сварку, с помощью которой соединили железнодорожные рельсы.
В течение этого времени также развивалась газовая сварка и резка. Производство кислорода, а позже и сжижение воздуха, наряду с изобретением газовой горелки этому способствовало . До 1900 года предпринимались попытки сварки в кислородно-водородном пламени, причем смесь находилась в одном баллоне. Обратный удар мог привести к мощному взрыву, поэтому химик Сент-Клер Девилем решил разделить газы и смешивать их в горелке. Процесс стал безопасней, но на выходе Сент-Клер получил низкотемпературный факел 2200 градусов. И только в 1901 г. французы Эдмон Фуше и Шарль Пикар изобрели ацетилено-кислородную горелку, чертежи и характеристики которой существенно не поменялась и до сегодня.
Первая мировая война спровоцировала милитаризацию заводов и для сварки наступил «золотой век». Начали массово выпускаться сварочные машины и электроды к ним.
1920 г- настоящее время
В 20-е годы разработаны разные виды сварочных электродов, составлены рецепты новых флюсующих обмазок, ведутся дискуссии по методологии их производства. Введение маркировки металлов требовало создания классификации обмазок и используемых стальных стержней электродов. Требовалось создавать более надежные сварочные швы.
В 20-е годы было основательно исследовано влияние защитных газов на сварочный процесс, так как О2 и N2 воздуха при контакте с жидким металлом сварного шва вызывала пористость и горячеломкость. В зону сварки подавались различные газы, затем вся тщательно анализировалось.
Американский химик Ирвинг Ленгмюр провел опытную работу с водородом в качестве защитной сварочной атмосферы. Он поставил два электрода рядом с друг другом, сначала из графита, позже из вольфрама. Между ними поджигалась вольтовая дуга в атмосфере водорода и наблюдалось активное расщепление молекул водорода на атомы. Температура диссоциированного пламени составляла ~ 3700° С, что достаточно для сварки, а высокая активность водорода обеспечивала прекрасную защиту металла шва от вреда, причиняемого О2 и N2 воздуха. Процесс получил название атомно-водородной сварки, но большого распространения не получил и применяется преимущественно для инструментальных сталей.
Подобную работу провели также американцы H.M. Hobart и P.K. Devers, только они работали с аргоном и гелием. Итогом эмпирических изысканий данных господ стал патент на электродуговую сварку в среде газа, которую можно считать первым шагом в деле создания современного инверторного аппарата аргонодуговой сварки, появившегося, правда, гораздо позднее. Запатентованый процесс идеально подходил для сварки Мg, Al, а также стали, легированной Cr и был доведен до совершенства в 1941 году, Технология получила название дуговой сварки неплавящимся вольфрамовым электродом в среде инертных газов. Сегодня она применяется, как на производстве, так и в быту. Чаще всего используются аппараты АрДС. Было в том числе разработано оборудование для работы в среде инертных/активных газов плавящимся электродом, который представляет собой сварочную проволоку, проходящую через подающее устройство к соплу горелки по гибкому шлангу.
1928 г
В 1928 году в Советском Союзе Д.А. Дульчевским изобретена автоматическая сварка под флюсом. Развитие же процесса началось в конце 30-х годов благодаря усилиям научных работников института электросварки АН УССР под началом академика Е.О. Патона, что сыграло большую роль в деле танкостроения, выпуска орудий и авиационных бомб в годы ВОВ. Сварка под флюсом нашла широкое применение во всех отраслях народного хозяйства. Это эффективный способ получения прочных швов при хорошем КПД.
В США процесс автоматической сварки получил название «сварки погруженной дугой в порошке». Его запатентовал в 1930 г. некто Robinoff, а затем продал его Linde Air Products Company. В 1938 году сварка под флюсом активно использовалась на верфях и артиллерийских заводах.
В 1930 г. был разработан любопытный процесс Stud сварки для Нью-йоркской военно-морской верфи. С помощью Stud осуществлялось крепление деревянных настилов над металлической поверхностью. Stud сварка стала востребована в судостроительной и строительной отраслях.
В 1949 году в институте им.Патона в Киеве появилась на свет электрошлаковая сварка, которая сняла ограничения со сварки крупногабаритных изделий. Теперь можно варить любые толщины! Процесс был представлен мировой общественности на Брюссельской Всемирной выставке в Бельгии в 1958 году
В 1953 г. К. В. Любавский и Н. М. Новожилов изобрели весьма экономичный способ сварки плавяшимся электродом в среде СО2. Новый способ получил мировое признание, так как он позволял работать на обычном оборудование для сварки в инертном газе.
В 1957 г. комиссариатом по атомной энергии Франции был раскрыт процесс электронно-лучевой сварки, который нашел применение в автомобилестроительной и авиационной отраслях.
В 1957 году Роберт Ф. Гейдж изобрел процесс плазменной дуговой сварки. Температура в плазмы около 30 000°С, в отличие от электрической дуги, температура которой не более 5000–7000°С.
1960 г
Начинается использование газовых смесей, заключающееся в добавлении к инертному газу небольшого количества кислорода. В целом, использование смесей для различных сталей дает положительный результат. Внедряется сварка в режиме импульсного тока.
Вскоре после изобретения советскими учеными популярного способа полуавтоматической сварки в углекислоте (СО2) было придумано взять плавящийся электрод-проволоку с флюсовым сердечником. Флюсующий порошок при плавлении давал дополнительную газовую защиту изнутри , снаружи применялась защита углекислотой. В 1959 году была придумана проволока-электрод, которая не требовала внешней газовой защиты. Сейчас она известна под названием «самозащитная флюсовая проволока», приобретается она чаще всего для случаев, когда невозможно использовать газ. С этой проволокой нет необходимости таскать туда-сюда баллон с газом.
И на закуску…
Сварка трением придумана в Советском Союзе. Здесь работает принцип превращения механической энергии в тепловую за счет сил трения, возникающих при соединении с определенным усилием сжатия двух деталей.
Лазерная сварка – инновационный сварочный процесс. Лазер был первоначально разработан в Bell Telephone Laboratories в качестве устройства связи. Но благодаря способности концентрировать огромное количество энергии в небольшом объеме, он оказался еще и мощным источником тепла, что используется сегодня для высокоэффективной сварки и резки металла.
svarka-master.ru
