Drapacze chmur, egzotyczne samochody, starty rakiet  - pewne rzeczy po prostu przyciągają twoją uwagę.  Spawanie najwyraźniej nie jest jednym z nich. Być może spędziłeś całe życie, nie myśląc o tym temacie. Z pewnością zdziwi Cię fakt, że według niektórych szacunków spawanie generuje aż 50 procent produktu krajowego brutto Stanów Zjednoczonych Ameryki. Bez spawania nie byłoby żadnego z tych niesamowitych drapaczy chmur, samochodów czy rakiet.

Spawanie  jest po prostu metodą łączenia ze sobą dwóch kawałków metalu.  Chociaż istnieją inne sposoby łączenia metali (nitowanie, lutowanie...), spawanie stało się pierwszym wyborem ze względu na jego  wytrzymałość, wydajność i wszechstronność .

Istnieje wiele różnych metod spawania i wciąż odkrywane są nowe. W niektórych procesach ciepło zasadniczo stopiło ze sobą dwa kawałki metalu, często dodając „wypełniacz” do złącza, który działa jako środek wiążący. Inne metody opierają się na ciśnieniu w celu związania metalu, a niektóre wykorzystują kombinację ciepła i ciśnienia. W przeciwieństwie do lutowania, gdzie łączone części metalowe pozostają niezmienione, proces spawania zawsze zmienia łączony materiał.

Może się to wydawać nieistotne, ale ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia  dlaczego spawanie  daje tak mocne połączenia. W procesach lutowania i lutowania twardego dwa kawałki metalu są łączone poprzez wprowadzenie do mieszaniny trzeciego materiału (o niższej temperaturze topnienia). Dodanie trzeciego materiału pomiędzy powierzchnie oryginalnych elementów łączy je ze sobą. Jednakże wiązanie jest tak mocne, jak materiał wiążący. Spawanie natomiast eliminuje pośredników i łączy oryginalne elementy bezpośrednio ze sobą. Rezultatem jest mocne, spójne wiązanie, często tak mocne, jak sam materiał.

W tym artykule przyjrzymy się bliżej dokładnemu działaniu spawania . Przeanalizujemy także niektóre z wielu sytuacji, w których stosowane jest spawanie,z wiedzą i sprzętem niezbędnym do realizacji tego wszystkiego. Ale zanim to zrobimy, przyjrzyjmy się, od czego wszystko się zaczęło.

Biorąc pod uwagę wszystkie maszyny wykorzystywane w procesach spawania, spawanie może być postrzegane jako stosunkowo nowy proces. W rzeczywistości spawanie znane jest od tysięcy lat. Wczesne przykłady spawania znaleziono w różnych miejscach, od Irlandii po Indie, a niektóre z nich datowano na epokę brązu. Oczywiście cywilizacje te nie posiadały tak ogromnej liczby narzędzi i maszyn, do jakich mają obecnie dostęp spawacze. Jak udało im się zespawać?

Zastosowany przez nich proces nazywany jest kuciem. Aby rozpocząć proces, kowale podgrzewali metal, aż nabrał jasnoczerwonego koloru (ale nadal nie był płynny). Następnie kowale umieszczali te dwa elementy, lekko nakładając się, na kowadle i nitowali je razem. Nitowanie ma kilka ograniczeń. Nitowane mogą być tylko stosunkowo miękkie metale, a proces ten jest bardzo pracochłonny. W miejscach pozbawionych prądu zabieg ten jest jednak nadal stosowany.

Kucie było jedyną możliwością aż do XIX wieku. Jednak wraz z nadejściem rewolucji przemysłowej liczne odkrycia popchnęły rozwój spawania. Badania nad elektrycznością przyniosły elektrody i łuki elektryczne. W połowie stulecia opracowano podstawowe pochodnie. Obydwa odkrycia w znaczący sposób wpłyną na metody spawania następnego stulecia.

Pod koniec XIX wieku spawanie stało się siłą napędową produkcji. Jednak metody stosowane w tej epoce nie były doskonałe. Utlenianie (proces wiązania metalu w cząsteczkach tlenu w atmosferze) zachodziło podczas procesu spawania, a złącza spawane były porowate i kruche. Takie spoiny stanowią poważne zagrożenie dla pracowników. Na przykład w latach 1895–1905 codziennie eksplodowały źle skonstruowane kotły, powodując tysiące zgonów. Wyraźnie istniała pilna potrzeba opracowania lepszych metod spawania. Poniżej dowiemy się więcej o nowych i ulepszonych metodach, zaczynając od bliższego przyjrzenia się specyfice rzemiosła.

Spawanie na morzu i w kosmosie
Spawacze-nurkowie rutynowo naprawiają statki i platformy wiertnicze, zwykle stosując spawanie łukiem elektrycznym (eliminując użycie płomienia). Spawanie w przestrzeni kosmicznej znajduje się na drugim końcu spektrum. Próżnia panująca w pomieszczeniu tworzy idealne środowisko spawania, ponieważ nie ma gazów, które mogłyby oddziaływać z miejscem spawania. 
Spawanie poza atmosferą ziemską umożliwiło powstanie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

Specyfika spawania

Jak działa spawanie
Jesteśmy gotowi do rozpoczęcia spawania. Większość współczesnych połączeń spawanych należy do jednej z dwóch kategorii: spawanie łukowe i spawanie gazowe.

Spawanie łukowe  wykorzystuje łuk elektryczny do topienia materiałów roboczych oraz materiału wypełniającego w złączach spawanych. Spawanie łukowe polega na przymocowaniu drutu uziemiającego do materiału spawalniczego lub innej metalowej powierzchni. Drugi drut kładzie się na spawanym materiale. Po lekkim oddzieleniu drutu od materiału powstaje łuk elektryczny. Wygląda to tak jak po wyciągnięciu przewodów zapłonowych z akumulatora. Następnie łuk łączy obrabiane elementy ze sobą za pomocą materiału wypełniającego, który pomaga utrzymać elementy razem.

Wprowadzenie masy szpachlowej do złącza wymaga pewnej ręki i dbałości o szczegóły. Gdy pręt się topi, spawacz musi w sposób ciągły wprowadzać dodatkowy materiał do złącza małymi, pewnymi ruchami. Ruchy te nadają spoinom ich szczególny wygląd. Zbyt szybkie lub zbyt wolne poruszanie się lub trzymanie łuku zbyt blisko lub zbyt daleko od materiału może powodować złe spoiny.

Spawanie metodą REL, spawanie w gazie obojętnym (powszechnie znane jako spawanie w gazie obojętnym metalu lub MIG) i spawanie łukiem wolframowym (często nazywane spawaniem w gazie obojętnym wolframowym lub TIG) to spawanie łukowe.

Te trzy popularne metody mają swoje zalety i wady. Na przykład spawanie elektrodowe jest tanie i łatwe do nauczenia. Jest także wolniejsza i mniej wszechstronna niż niektóre inne metody. Natomiast spawanie TIG jest trudne do nauczenia i wymaga specjalnego sprzętu spawalniczego. Jednakże spawanie TIG zapewnia wysokiej jakości spoiny i pozwala na spawanie materiałów, których nie da się osiągnąć innymi metodami.

Spawanie gazowe to kolejna popularna metoda spawania. W procesie tym zazwyczaj wykorzystuje się palnik acetylenowo-tlenowy do topienia materiału roboczego i pręta spawalniczego. Spawacz steruje jednocześnie palnikiem i prętem, zapewniając w ten sposób pełną kontrolę nad spoiną. Choć spawanie gazowe jest mniej powszechne w przemyśle, nadal często wykorzystuje się je do konserwacji i napraw, a także przy rzeźbach (więcej o tym później).

„ Ekstremalne spawanie”
Rozżarzone do czerwoności łuki elektryczne i palniki to nie zabawa dla dzieci, ale istnieją bardziej ekstremalne sposoby spawania. Spawanie wybuchowe wykorzystuje ciśnienie wytworzone przez potężną eksplozję do łączenia metali. Spawanie wiązką lasera wykorzystuje mocne lasery do łączenia metali. Spawanie ultradźwiękowe wykorzystuje wibracje o wysokiej częstotliwości, które powodują rezonację cząsteczek metalu, a tym samym ich łączenie.

Trudno znaleźć dobrą spoinę
Pamiętamy historię spawania i wiemy, że kruche, porowate spoiny powodowały poważne problemy z bezpieczeństwem w zastosowaniach przemysłowych. Większość problemów związanych z pierwszymi spoinami wynika z utleniania. Wraz z rozwojem nauki o spawaniu rozwijają się także metody ochrony miejsca spawania przed tlenem. Na przykład podczas spawania elektrodowego elektroda jest pokryta powłoką ochronną. Ochrona ta ma kilka różnych celów, a jednym z nich jest utworzenie osłony gazowej miejsca spawania. Spawanie MIG i TIG wykorzystuje nawet zbiorniki gazu, które w sposób ciągły otaczają miejsce spawania gazami obojętnymi. Ochrona punktu spawania przed utlenianiem jest niezbędna do utworzenia mocnej spoiny.

Sam proces przygotowania jest być może równie ważny dla uzyskania mocnych spoin. Zapewnienie, że materiały robocze są wolne od tłuszczu, brudu i kurzu, to tylko pierwszy krok w prawidłowym przygotowaniu złącza spawanego. Wybór odpowiedniego rodzaju złącza ma kluczowe znaczenie dla jakości spoiny.

Po spawaniu jakość spoiny można sprawdzić na kilka sposobów. Kontrola wzrokowa może wykazać, że spawacz pracował z niewłaściwą prędkością lub natężeniem prądu, powodując pęknięcia i długie nieregularności. Spawacze mogą również kontrolować swoją pracę za pomocą badań cząstek magnetycznych, penetracji cieczy, badań ultradźwiękowych, kontroli rentgenowskiej, prób ciśnieniowych lub innych metod. Do określenia jakości spoiny często stosuje się również badania niszczące, które niszczą spoinę w procesie kontrolnym.Niezależnie od tego, który test zostanie zastosowany, ważnym krokiem w tym procesie jest zapewnienie mocnej i bezpiecznej spoiny.

Spawanie w przemyśle i sztuce
Większość zawodów spawalniczych związana jest z produkcją w gałęziach przemysłu. Przemysł motoryzacyjny, przemysł stoczniowy, budownictwo komercyjne, budowa mostów – lista zawodów spawalniczych jest długa.

Chociaż większość spawaczy to mężczyźni, tysiące kobiet utrzymuje się ze spawania. Spawaczki odegrały kluczową rolę w budowie statków podczas II wojny światowej.

Jedno z ciekawszych zastosowań spawania pochodzi od środowiska artystycznego. Jednymi z pierwszych przykładów spawania były dzieła sztuki, takie jak żelazny filar w Delhi w Indiach oraz złote misy i czapki sprzed ponad 1000 lat. Konstrukcje takie jak łuki Bazyliki Św. Louis Gateway (wysokość 192 metrów i zbudowana tak, aby przetrwać 1000 lat) oraz Atomium w Brukseli ilustrują, jak daleko zaszła sztuka spawania.

Tradycja spawania artystycznego pozostaje silna, ponieważ podczas spawania powstają masywne rzeźby o wadze kilka ton. Chociaż artyści stanowią tylko niewielką część branży spawalniczej, mogą pokazać potencjał spawania milionom innych osób.