Ничего не куплено!
Истоки сварки
«Предмет изобретения составляет метод соединения, а так же разъединения металлов действием электрического тока… учрежденный на непосредственном образовании вольтовой дуги между местом обработки металла, составляющим один электрод, и подводимой к данному месту рукояткою, содержащею иной электрод, и объединенной с соответственным полюсом электрического тока. При помощи этого метода могут быть исполнены следующие работы: соединение частей между собой, разъединение или же разрезывание металлов на части, сверление, а так же производство отверстий и полостей, наплавление слоями.»
Вот такое было описание первого патента, «привилегии» на сварочный агрегат . В Департамент торговли и мануфактур обратился ещё немного известный инженер Н.Н. Бенардос. Был 1886 год.
Люди знакомы с металлами уже несколько тысячелетий - оружие, украшения, домашняя утварь, предметы обихода. Мы плавили, ковали, и даже обучились штамповать, однако строить из него мы начали намного позже, когда на смену чугуну пришла сталь. Элементы домов, мосты, котлы, корабли, паровые машины… трубопроводы, автомобили - сегодня сталь составляет около 90% всего потребляемого металла. Чёрная металлургия во второй половине XIX столетия выдала первые удачные плавки высококачественного конструкционного материала. Тогда необходимо было обучиться соединять большие детали максимально надёжно, заклёпки и болты уже не справлялись с поставленной перед ними задачей. Николай Николаевич Бенардос в 1882 году изобрёл «Электрогефест» - дуговую электрическую сварку металлов угольным электродом. В 1886 году им была получена «привилегия» на сварочную спецтехнологию.
В 1888 году Николай Гаврилович Славянов публично продемонстрировал дуговую сварку плавящимся электродом со слоем флюса, так называемую «электрическую отливку металлов». Инженер подтвердил, что, помимо всего прочего, дуговая спецтехнология позволяет выполнять работу не только с чёрным металлом, но и с самыми различными цветными металлами и сплавами. В 1905 году сварку подключили к трёхфазному току - во всём мире начали варить в индустриальных масштабах.
Как работает сварка?
Дуговая сварка получила широчайшее использование, поскольку данная технология позволила осуществлять неразъёмное соединение металлов, причём шов по прочности не уступает массиву материала. Это обстоятельство объясняется непрерывностью образованных конструкций и наличием молекулярных сцеплений между деталями.
В основе процесса лежит влияние высокой температуры. Теоретически, подобные межатомные соединения материалов можно получить приложением высочайшего давления (механический способ). Однако данный финт годится только для мягких металлов, типа свинца, а в случае с твёрдой сталью требуется плавление.
Электрическая дуга
Наиболее подходящий температурный режим в несколько тысяч градусов может обеспечить электрическая дуга. По сути, это короткое замыкание между двумя весьма приближенными друг к другу электродами. Напряжение, подаваемое на электроды, увеличивают, пока не произойдёт пробой воздуха, который является своеобразным изолятором. Пробой является эмиссией электронов одного из них (катода), которые, разогреваемые током, выходят, а так же движутся к ионизированным атомам второго (анода). Дальше всё происходит весьма стремительно: возникает искрение (разряд) - электрическая цепь импульсно замыкается - воздух зазора ионизируется - образовывается плазма (специальное состояние газа) - сопротивление воздушной прослойки падает - ток усиливается ещё больше - дуга разогревается, становится проводником и замыкает цепь. Данный процесс именуется «розжигом» дуги. Теперь остаётся её стабилизировать, это делается установлением нужного расстояния между электродами и поддержанием заданных показателей энергоснабжения.
Процесс сваривания металлов
Электрическая дуга при металлообработке может действовать «косвенно» - в том случае, если она организовывается между независимыми от основного металла электродами. Однако чаще, дуга разжигается «прямо» - между деталью, которая представляет собой - некую часть электрической цепи и электродом (для этого сварщик «крокодилом» подключает «массу»). Итак, от сварочного агрегата ток (переменный или же постоянный) подводится к заготовке, дуга разгорается и своим теплом оплавляет кромки свариваемых деталей. Образуется так называемая «сварочная ванна», где металл некоторое время находится в жидком состоянии. Сюда же попадает расплав, капающий с торца стержня электрода, а его горящее покрытие обеспечивает газовую защиту вокруг дуги (о ней будет далее) и текучую шлаковую ванну. По мере удаления дуги от рабочей зоны, металл отвердевает, и формируется шов, а на его поверхности образуется панцирь, корка из всплывшего шлака.
Сварочные проблемы и их решение
Это мы упрощённо рассмотрели распространённую спецтехнологию, при которой используется плавящийся стержень-электрод или же проволока-присадка, однако бывают варианты и с неплавящимся электродом (угольный, графитовый, вольфрамовый) - к примеру, при аргоновой сварке, где шов заполняют отрезками плавящейся проволоки. Вообще, выбор правильного электрода, как и метода сварки - дело весьма важное, от которого зависит, будет ли шов достаточно надёжным, будет ли он по своим механическим свойствам полностью соответствовать основному металлу. Речь идёт не о диаметре, хотя и здесь необходимо думать, поскольку не всё зависит от толщины (ещё важна особенность материала, форма кромок деталей, характер энергии, пространственного положения сваривания). Электроды и проволока самых разнообразных марок могут в той или же другой степени лучше подходить для работ с самой различной «длиной» дуги, «глубиной» проплавления. Их обмазка/шихта может не только кардинально влиять на процесс сварки, но и менять свойства шва, его химический состав.
В процессе сварочная ванна должна быть защищена от воздействия воздуха, для того чтобы исключить окисление металла. Для этого в рабочей зоне создают специальную среду. Есть два варианта действия. Первое - спецтехнология MIG-MAG, когда из особого баллона подаётся газ (аргон, гелий, CO2). Второе - сжиганием обмазки электрода, при которой образуется защитный шлаковый или же шлакогазовый «купол». Электродные покрытия при горении связывают кислород и выводят его из шва. Помимо этого, содержащиеся в них вещества помогают ионизировать дугу (стабилизируют, упрощают розжиг), легируют, а так же рафинируют металл шва, вносимыми веществами улучшая его физические свойства.
Сварка представляет собой - достаточно своенравный процесс с точки зрения стабильности электроснабжения, потому как требуемый температурный режим напрямую зависит от параметров тока. Для приобретения высококачественного результата здесь необходимо обеспечить стабильность электрической дуги. Только стабильная дуга позволит избежать появления дефектов шва, особенно в начале и конце сваривания (соответственно - розжиг и затухание). Выходит, что наиважнейший момент - характеристики тока, подаваемого от источника. Чем массивнее свариваемые детали, тем глубже должно быть плавление, тем большего диаметра используют электрод, и больше мощности и силы необходимо для работы. Выбор силы тока неизменно актуален для оператора (нередко её удаётся определить лишь опытным путём), изредка она регулируется в процессе, в некоторых случаях - жёстко фиксируется. Есть одна специфика: дуга, получаемая от источника постоянного тока, горит стабильнее, без прерываний. От «постоянной» энергии нет смены полярности, образуется менее брызг металла, шов получается во всех отношениях добротнее. А вот сварка переменным током является несколько сложнее, поскольку необходимо иметь серьёзные навыки в поддержании оптимальной дуги, добиться наивысшего качества в этом случае - весьма сложно. Впрочем, в отличие от других материалов, алюминий и его сплавы «любят», когда их варят переменным током.
Подметим, что человеческий фактор в процессе сваривания металлов стоит на первом месте. Помимо выбора режима работы, а так же типа присадки, мастеру следует зажечь и поддержать дугу, выбирая её длину, он должен грамотно перемещать электрод (и дугу) по линии наложения шва, плавно расплавляя кромки деталей. Во многом именно от твёрдой руки сварщика зависит, насколько чётко будет распределён расплав, насколько прекрасным, однородным, а так же долговечным будет шов.
