Статья "Теория сварки"
статья

Теория сварки.

Сваркой называют процесс соединения металлических деталей в одно неразъемное целое посредством нагрева свариваемых мест; температура нагрева металла в свариваемых местах должна обеспечивать доведение его до пластического (тестообразного) или жидкого состояния. Соединяемые сваркой куски металла могут входить или в непосредственное соприкосновение, или же их соединение осуществляют при помощи промежуточного металла, называемого в сварочной практике присадочным материалом.

В процессе сварки в месте свариваемых кромок или поверхностей образуется единая металлическая масса, прочность которой, определяемая взаимодействием между ионизированными атомами и электронным газом, может быть достигнута везде одинаковой.

Нагревание свариваемого металла до жидкого или тестообразного состояния имеет целью создание условий для возможности тесного и на достаточно большой плоскости сближения элементарных частиц свариваемого металла; в зависимости от формы, назначения и материала свариваемых изделий можно применять различные способы сварки, но все они сводятся к тому, чтобы создать эту близость элементарных частиц свариваемых металлов.

Самым старым способом сварки является кузнечный, относящийся к глубокой древности. В настоящее время его удельное значение весьма мало. Современные способы сварки, главнейшими из которых являются электрический и газовый, возникли в конце XIX в.

Современные способы сварки позволяют во многих случаях заменять ими клепку и литье. В России сварка получила весьма большое распространение; по применению сварочной техники наша страна заняла первое место в мире не только по объему сварочных работ, но и по совершенству технологических процессов. Сварка получила широкое применение на новостройках при изготовлении разного рода стальных конструкций, на машиностроительных заводах, в котло-, судо-, вагоно- и мостостроении.

Россия является родиной теории и практики сварки металлов. В 1802 г. В. В. Петровым была открыта и описана электрическая дуга; это было на 20 лет раньше, чем ее наблюдал английский физик Дэви. В. В. Петров описал ряд свойств электрической дуги и, в частности, ее способность мгновенно расплавлять металлическую проволоку. Опыты Петрова были использованы русским изобретателем Николаем Николаевичем Бенардосом, который в 1882 г. предложил применять электрическую дугу для сварки металлов, пользуясь при подводе тока угольным электродом. Способ Бенардоса был впервые применен в России на Орловско-Витебской, железной дороге при ремонте паровозов; он получил известность и распространение как в России, так и за границей.

В 1888 г. горный инженер Н. Г. Славянов заменил угольный электрод металлическим, что чрезвычайно расширило область применения сварки. Способ Н. Г. Славянова получил всемирную известность и распространение; на его имя были выданы патенты во многих странах; в 1893 г. на Всемирной выставке в Чикаго Н. Г. Славянов был награжден золотой медалью. Н. Г. Славянову принадлежит разработка технологических процессов электросварки; сварка была применена им при самых разнообразных работах, перечень которых составляет более полутора тысяч. Славяновым написано много работ по вопросам электросварки; его работы в переводах имеют широкое распространение за границей. После смерти Славянова (1897 г.) его работы в условиях царской России не получили дальнейшего развития; только после Великой Октябрьской революции вопросам сварки было уделено должное внимание. В первой сталинской пятилетке сварку начали применять в России не только при ремонтных работах, но и при изготовлении новых машин и металлических изделий.

Развитие сварочного дела в России не ограничилось только организацией производства сварочных машин и оборудования; в России имеется ряд научно-исследовательских институтов сварки, а также специальные сварочные учебные заведения.

Применение сварки вместо клепки и литья во многих случаях дает экономию металла от 15 до 50%; кроме того, переход на сварочные работы во всех случаях сопровождается экономией во времени и рабочей силе.

Развитие стахановского движения среди рабочих-сварщиков привело к усовершенствованию технологического процесса сварки и сопровождалось повышением производительности труда.

Большим достижением нашей сварочной техники является также изобретение в 1927 г. лауреатом Сталинской премии инж. Д. А. Дульчевским способа дуговой сварки под слоем флюса и широкое внедрение автоматики в сварочные процессы. Скоростной метод автоматической электросварки под слоем флюса разработан под руководством акад. Е. О. Патона.

Газовая сварка металлов получила распространение с 20-х годов XX столетия; ее развитие связано с усовершенствованием промышленных способов получения ацетилена и кислорода. В то время, когда электросварка еще не была достаточно усовершенствована, газовая сварка являлась более распространенной, чем электросварка. С началом применения высококачественных электродов с толстой обмазкой газовая сварка в ряде случаев вытесняется электросваркой. Автоматизация процессов электросварки и метод электросварки под слоем флюса дали мощный толчок еще более широкому распространению электросварки. Однако в ремонтном деле газовая сварка еще сохраняет в некоторых случаях свои преимущества.

Способы сварки можно классифицировать по различным признакам: 1) по виду энергии, применяемой в процессе сварки; 2) по состоянию металла в свариваемом месте; 3) по характеру технологического процесса.

В зависимости от источника энергии сварка разделяется на химическую и электрическую; к первой относятся кузнечная, газовая и термитная сварка, ко второй — все виды электросварки.

В зависимости от степени нагрева свариваемый металл может быть или в пластическом (тестообразном) или в расплавленном жидком состоянии. В первом случае для осуществления процесса сварки необходимо приложить к свариваемому изделию усилие, под действием которого частицы свариваемого материала приходят в движение, в результате которого увеличивается площадь соприкосновения свариваемых кусков металла; такую сварку называют пластической. Во втором случае расплавленный металл свариваемых предметов и присадочный образуют общую ванну, после остывания которой сварка оказывается осуществленной без применения механического воздействия; такую сварку называют сваркой плавлением.

По характеру технологического процесса сварку можно подразделить на кузнечную, газовую, электрическую, термитную и газо-электрическую.

Рисунок 1.

На рис. 1 приведена схема классификации способов сварки, предложенная Комиссией технической терминологии.

Наиболее близкой к терминологии, принятой в практике сварочного дела, является классификация, составленная в зависимости от характера технологического процесса сварки.