Передумови зварювання
Історію появи якої-небудь сучасної технології не можна розглядати в розриві із загальновідомими історичними процесами, загальновизнаними назвами історичних періодів. Будь-яка технологія спочатку має передумови виникнення, процес розвитку крізь призму історії, кульмінаційні, значимі імена учених, підсумок в сучасності і перспективи подальшого розвитку.
Зварювальний процес, яким би сучасним він не здавався на перший погляд, з’явився ще приблизно VIII-VII в до н. е. Для створення усе більш досконалих знарядь праці люди почали змінювати форму металу, який існував сам по собі в природі, а також намагатися сполучати невеликі його шматочки. До таких металів відносилися мідь або золото. Робили це тільки за допомогою каменів і фізичної сили. Цей процес був першим різновидом холодного зварювання.
Трохи пізніше, людина навчилася самостійно добувати інші види металів (мідь, свинець, бронзу), а також за допомогою термічної обробки-підігрівання окремих елементів-виготовляти більше великі вироби. Литво використовувалося вже для виготовлення практично здійснених виробів.
Епоха залізного століття тим і характерна, що люди навчилися добувати залізо. На лінійці часу ця відмітка з’явилася приблизно три тисячі років назад. Процес здобичі заліза зараз виглядає дуже просто: з природних залізних руд шляхом плавки відділяється залізо. Але в давнину це виглядало інакше, оскільки плавити ніхто не умів. Із залізної руди отримували деяку суміш тільки з частками заліза. Окрім нього ця суміш містила домішки неметалічного змісту : вугілля, шлаки і ін. Тільки через значну кількість часу, за допомогою кування нагрітої суміші виходило відокремити залізо від усього іншого. В результаті виходили залізні заготівлі, які згодом ковальського зварювання перетворювалися на приголомшливі вироби : знаряддя праці і зброя.
Самі передові технології зварювального процесу аж до промислової революції складали тільки ковальське зварювання і пайка. Остання широко застосовувалася в області ювелірного виробництва.
Засадничі відкриття
Прорив в технології зварювального виробництва був здійснений в період промислового перевороту або промислової революції. Відкриття в області електрики здійснювалися упродовж віків, що привело у результаті до наступного.
У1802 році український фізик Василь Володимирович Петров відкрив і, будучи фізиком-експериментатором, довів можливість застосовувати на практиці електричну дугу. Це відкриття вважається найвидатнішим успіхом ученого. Воно є головним прототипом сучасних зварювальних пристроїв. Усі виводи свого відкриття він виклав в книзі “Вісті про досліди гальвани-вольтовых”, опублікованій в1803 році. Проте, на момент самого відкриття, ним особливо ніхто не зацікавився.
В. В. Петров. український фізик-експериментатор, академік Петербурзької академії наук, винахідник електричної дуги
Сер Гемфрі Деві в1821 році проводив дослідження з електричною дугою. Його учень, Майкл Фарадей присвятив багато часу вивченню зв’язку електрики і магнетизму. У1830-х роках він відкрив електромагнітну індукцію.
Трохи пізніше електрична дуга вже почала служити на благо суспільства, коли з’явилася в побутових лампах для освітлення.
Тільки у1881 році Микола Миколайович Бенардос, український інженер і винахідник, придумав безпосередньо дугове електрозварювання “Электрогефест”. Після декількох років вдосконалення винаходу, в1887 році, воно було запатентоване, а вже через декілька років поширилося не лише по усій України, але і по всьому світу.
Поштова марка із зображенням Н. Н. Бенардоса на честь100-річчя винаходу електрозварювання
У1885 році Бернадос відкрив товариство “Электрогефест”, що мало першу майстерню по зварювальних роботах. Бенардос уперше отримав патент на свій винахід. На отримання цього патенту в України учений витратив останні заощадження, європейські країни видали патент за допомогою притягнених засобів від купця Ольшевского.
Після всесвітнього поширення способу зварювання електродуги і світового визнання Бенардос розробив зварювання електродуги з
вугільними і металевими електродами. Він став основоположником ідеї зварювального процесу електродуги з металевим електродом при змінному струмі; зварювання похилим електродом; технізації зварювального процесу.
Таким чином, усіх вищезгаданих учених і винахідників вважають основоположниками зварювання, тими, хто її винайшов.
Незважаючи на такі ключові відкриття в області електрозварювання, XIV століття не славиться її великим і повсюдним використанням, оскільки електроенергія була в дефіциті. Застосовувати усі нові відкриття було проблематично, але ніхто не збирався відмовлятися від їх застосування. Перетворення зварювального устаткування і зварювальних апаратів тривало.
1904 рік ознаменований появою різаків.1908-1909 року характеризуються появою технології підводного різання металів. Застосовувати її почали у Франції і Німеччині. Газове зварювання займало лідируючі позиції в зварювальному виробництві аж до30-х років, посилено застосовувалася в роки Першої світової війни. Магістральні трубопроводи “Баку-Батумі” і “Грозный-Туапсе” побудовані за допомогою застосування газового зварювання. Будівництво трубопроводів здійснювалося тільки за допомогою газового і газопресового зварювального процесу.
Будівництво нафтопроводу “Баку-Батумі”
Дугове електрозварювання в ці роки не було таким поширеним з огляду на те, що її джерело живлення вимагало вдосконалення (довжина дуги була невелика, вона горіла нестійкий). Цю проблему в період з1914 по1917 рр. дозволяли такі учені як Строменгер, С. Джонс, Андрус і Стресау, кожен з яких здійснив свій вклад в створення покриття для зварювального електроду, щоб легше було підтримувати горіння дуги.
Сучасність
Коротко викладемо види сучасного зварювального процесу.
Електричне дугове зварювання.
На даний момент займає лідируючу позицію серед інших видів. Сьогодні вона найпоширеніша, доступніша і дешевша.
Електрошлакове зварювання.
Самий новітній процес в області зварювання великогабаритних деталей, наприклад, будівництва судів, несних конструкцій, котлів, рейок і ін. Засадничий принцип цього виду зварювання-електричний струм пропускається через шлак. Шлак утворюється при розплавленні флюсу, і він же є провідником електричного струму. Внаслідок пропускання електричного струму через шлак виділяється теплота.
Існують наступні види електрошлакового зварювання :
- трьома електродними дротами;
- електродами великого перерізу.
Суть електрошлакового зварювання
Контактне і пресове зварювання.
Контактне зварювання є найбільш старим. Засновник-Уільям Томпсон. Спочатку вона була поширена в США, після чого стала використовуватися і в України. Це супроводжувалося збільшенням об’єму науково-дослідної діяльності в цій області в України: відкривалися заводи і комбінати “Оргаметалл” (ЦНИИТМАШ), “Електрик”, “Інститут електрозварювання ім. Е. О. Патона”, МВТУ ім. Баумана, ВНИИЭСО і інших.
Контактне зварювання підрозділяється на:
- Стикову (з’єднання деталей по усій площині їх торкання шляхом нагріву);
- Точкову (деталі з’єднуються в одній або в декількох точках одночасно);
- Рельєфну (елементи з’єднуються в одній/декількох точках із спеціальними виступами-рельєфами);
- Шовну (з’єднання елементів швом).
Контактне зварювання
Пресове зварювання або зварювання тиском є з’єднанням металів без їх розплавлення (тверді поверхні), тільки з деформацією застосуванням сили. Цей вид зварювання прийшов до нас прямо із старовини з її холодним зварюванням.
Газове зварювання і різання.
Газове зварювання є процесом розплавлення металу за допомогою спеціальних пальників, в яких спалюються горючі гази. Перший газовий пальник винайдений у Франції в кінці19 століття. Працювала на суміші кисню і водню.
При різанні металу відбувається шляхом “згорання” металу в струмені кисню.
Променеві види зварювання.
Сучасні дослідження учених в області оптики, квантової механіки дозволяють виділити абсолютно новітні види променевого зварювання, заснованого на енергії іонних і фотонних
променів. Виділяються наступні види променевого зварювання :
- Електронно-променева (джерело теплоти-електронний промінь; процес зварювання відбувається в спеціальній установці: у вакуумних камерах);
- Лазерна (джерело теплоти-лазерний промінь). Цей вид відмітний такими рисами: екологічна безпека, відсутність механічної обробки, висока швидкість зварювання, значною вартістю лазерних установок.
Зварювання лазером
- Плазмове зварювання (джерело теплоти-струмінь з плазми, тобто дуга, що отримується за допомогою плазмотрона) . Плазмотрон може бути прямої і непрямої дії.
Перспективи розвитку зварювального процесу
Перспективи розвитку зварювального виробництва витікають з існуючих на сьогодні мінусів або проблем вигляду зварювання, що вже мається і вживаних. Над будь-яким недоліком сьогодні у поті чола працюють найдосвідченіші учені і розробники устаткування, щоб зробити людське життя і виробництво ще простіше.
Перше, на що спрямовано вдосконалення-створення зварювальних апаратів автоматичними в повній або неповній мірі. У перспективі такий хід збільшить ККД зварювального процесу, збільшить коефіцієнт потужності.
Друге-можливість дистанційно управляти і регулювати процес зварювання великогабаритних і складних елементів єдиної споруди (магістралі, об’єкти промисловості і ін.)
Третє-пошук способу здешевлення лазерного зварювання, як колись це було зроблено з дуговим електрозварюванням.
Проблемою є також факт створення високоякісних і довговічних зварних конструкцій, які здатні функціонувати не лише в звичних умовах, а також і в умовах різкого перепаду температур, під водою і навіть в космічному просторі, що дуже актуально сьогодні.
Зараз відбувається комп’ютеризація зварювального процесу в цілому. Під комп’ютеризацією розуміється впровадження можливостей комп’ютерних технологій в основні напрями інженерної діяльності в області зварювання : наукові дослідження, попереднє проектування, управління і контроль технологічних процесів.
Важливо не упускати значущість інформації в зварювальній справі. Маючи необхідну інформацію, в потрібний час і в потрібному місці, можливість вчинити дійсно важливі відкриття тільки підвищується. Інформація має бути доступною, відкритою і зрозумілою. Для цього потрібні єдині системи і бази даних з необхідною довідковою, бібліографічною інформацією для усіх зацікавлених осіб.
Очевидне те, що зварювання-унікальний процес, що не має аналогів. Початок розвитку відбувався ще до нашої ери, і цей процес не припиняється досі. Враховуючи необхідність в цій унікальній технології проводиться ряд наукових досліджень. З точністю можна стверджувати, що процес розвитку нових видів зварювання не змусить себе чекати, оскільки технології у наш час удосконалюються з неймовірною швидкістю.