Как работает сварка?
Небоскребы, экзотические автомобили, запуски ракет – некоторые вещи просто привлекают ваше внимание. Сварка , судя по всему, не входит в их число. Возможно, вы прожили всю свою жизнь, даже не задумываясь об этой теме. Вы наверняка будете удивлены тем фактом, что, по некоторым оценкам, сварка составляет до 50 процентов валового национального продукта Соединенных Штатов Америки. Без сварки не существовало бы ни одного из этих удивительных небоскребов, автомобилей или ракет.
Сварка по своей сути представляет собой просто метод соединения двух частей металла вместе. Хотя существуют и другие способы соединения металлов (клепка, пайка...), сварка стала предпочтительным выбором из-за ее прочности, эффективности и универсальности .
Существует множество различных методов сварки , и постоянно открываются новые. В некоторых процессах используется тепло, чтобы расплавить два куска металла вместе, часто добавляя в соединение «наполнитель», который действует как связующий агент. Другие методы основаны на давлении для соединения металла, а некоторые используют комбинацию тепла и давления. В отличие от пайки, при которой соединяемые металлические детали остаются неизменными, в процессе сварки всегда изменяется соединяемый материал.
Это может показаться несколько неважным, но это важно для понимания почему сварка даёт такие прочные соединения. При пайке и пайке два куска металла соединяются путем введения в смесь третьего материала (с более низкой температурой плавления). Добавление этого третьего материала между поверхностями исходных деталей связывает детали вместе. Однако прочность связи зависит от прочности связующего материала. С другой стороны, сварка исключает посредников и соединяет исходные детали непосредственно друг с другом. В результате получается прочная, когезионная связь, которая часто столь же прочна, как и сам материал.
В этой статье мы подробнее рассмотрим, как именно работает сварка . Мы также рассмотрим некоторые из многих ситуаций, когда используется сварка.с опытом и оборудованием, необходимыми для того, чтобы все это произошло. Но прежде чем мы это сделаем, давайте посмотрим, с чего все началось.
С учетом всего оборудования, используемого в сварочных процессах, сварку можно считать относительно новым процессом. На самом деле сварка существует уже тысячи лет. Ранние примеры сварки были найдены в разных местах от Ирландии до Индии, причем некоторые из них относятся к бронзовому веку. Конечно, у этих цивилизаций не было того огромного количества инструментов и оборудования, к которым сейчас имеют доступ сварщики. Как им удалось сварить?
Процесс, который они использовали, известен как ковка. Чтобы начать процесс, кузнецы нагревали металл до тех пор, пока он не становился ярко-красным (но все еще не жидким). Затем кузнецы клали две части на наковальню, слегка перекрывая друг друга, и скрепляли их вместе. Клепка имеет несколько ограничений. Склепать друг с другом можно только относительно мягкие металлы и процесс очень трудоемкий. Однако в местах, где нет электричества, эту процедуру все еще используют.
Ковка была единственной возможностью до 19 века. Однако с наступлением промышленной революции многочисленные открытия подтолкнули развитие сварки. Исследования в области электричества привели к появлению электродов и электрических дуг. К середине века были разработаны элементарные факелы. Оба открытия существенно повлияют на методы сварки следующего столетия.
К концу 1800-х годов сварка стала движущей силой производства. Однако методы той эпохи не были совершенны. В процессе сварки происходило окисление (процесс связывания металла в частицах кислорода атмосферы), и сварные соединения становились пористыми и хрупкими. Такие сварные швы представляют серьезную опасность для рабочих. Например, в период с 1895 по 1905 год плохо сконструированные котлы ежедневно взрывались, вызывая тысячи смертей. Очевидно, существовала острая потребность в улучшенных методах сварки. Ниже мы узнаем больше о новых и улучшенных методах, начав с более детального рассмотрения специфики ремесла.
Сварка на море и в космосе
Водолазы-сварщики обычно ремонтируют корабли и нефтяные вышки, обычно используя электродуговую сварку (без использования пламени). Сварка в космосе находится на другом конце спектра. Вакуум пространства создает идеальную среду для сварки, поскольку нет газов, которые могли бы взаимодействовать с точкой сварки.
Сварка за пределами земной атмосферы сделала возможной Международную космическую станцию.
Особенности сварки 
Как и шахматы, сварке легко научиться, но трудно освоить. Профессиональным сварщикам приходится учитывать большое количество различных переменных при выполнении работы. Какой бы сложной ни была работа, для ее выполнения нужны всего три вещи: сварочное оборудование , сварочный материал и средства обеспечения безопасности . Самое простое сварочное оборудование для периодического использования в домашней мастерской можно найти менее чем за 100 евро. Обычно эти устройства предназначены для электродуговой сварки (РЭЛ) или электродной сварки. Многие устройства имеют только переключатель включения/выключения, что упрощает эксплуатацию. Однако некоторые устройства (например, используемые при лазерной сварке) настолько дороги и сложны, что используются только на крупных производствах. Что касается материалов, некоторые из них сваривать легче, чем другие. Сталь может быть отличным выбором благодаря ее прочности, доступности и свариваемости. Как правило, чем прочнее сталь, тем сложнее ее сваривать. Соответственно, методом сварки было разработано несколько стальных сплавов. Конечно, сваривать можно практически любой металл, включая чугун, бронзу, алюминий и даже титан, хотя последний требует высокозащищенной атмосферы, поскольку металл обладает высокой реакционной способностью. Что бы вы ни сваривали, помните:
безопасность прежде всего . Если вы когда-либо видели сварку лично, вы можете стать свидетелем ослепительного света, который создает этот процесс. Если смотреть прямо на место сварки без защиты, это может вызвать болезненное воспаление роговицы с ощущением песка в глазах. Неудивительно, что хорошая сварочная маска является обязательным условием любого защитного средства. Сварочные маски бывают разных стилей. Самые простые – те, которые имеют затемненную панель, через которую смотрит сварщик во время сварки.Более продвинутые маски автоматически затемняются по мере того, как место сварки становится ярче. Помимо ослепляющей яркости, сварка может генерировать температуру до 5500 градусов по Цельсию и многочисленные искры, что требует использования перчаток и длинных рукавов.
Наконец, правильная вентиляция имеет решающее значение, в зависимости от метода сварки. Сварщики могут подвергаться воздействию вредных веществ, таких как свинец, ртуть и окись углерода. Выпускные клапаны могут предотвратить накопление паров в рабочей зоне.
Как работает сварка
Мы готовы приступить к сварке. Большинство сварных соединений сегодня относятся к одной из двух категорий: дуговая сварка и газовая сварка.
Дуговая сварка использует электрическую дугу для плавления обрабатываемых материалов, а также присадочного материала для сварных соединений. Дуговая сварка предполагает прикрепление заземляющего провода к свариваемому материалу или другой металлической поверхности. Вторая проволока размещается на свариваемом материале. После того как проволока немного отделяется от материала, создается электрическая дуга. Так выглядит, когда выдергиваешь провода зажигания из аккумулятора. Затем лук соединяет детали вместе с помощью наполнителя, который помогает удерживать детали вместе.
Для внесения наполнителя в шов требуется твердая рука и внимание к деталям. По мере плавления стержня сварщик должен постоянно подавать дополнительный материал в соединение небольшими уверенными движениями. Именно эти движения придают сварным швам особый вид. Слишком быстрое или слишком медленное движение, а также удержание дуги слишком близко или слишком далеко от материала может привести к плохим сварным швам.
Сварка REL, сварка в инертном газе (широко известная как сварка металла в инертном газе или MIG) и сварка вольфрамовой дугой (часто называемая сваркой вольфрамовым инертным газом или TIG) представляют собой дуговую сварку.
Эти три распространенных метода имеют свои преимущества и недостатки. Например, электродная сварка дешева и проста в освоении. Кроме того, он медленнее и менее универсален, чем некоторые другие методы. Напротив, сварка TIG сложна в освоении и требует специального сварочного оборудования. Однако сварка TIG обеспечивает высококачественные сварные швы и позволяет сваривать материалы, которые не могут быть выполнены другими методами.
Газовая сварка – еще один популярный метод сварки. В этом процессе обычно используется ацетилен/кислородная горелка для плавления рабочего материала и сварочного стержня. Сварщик одновременно управляет горелкой и стержнем, обеспечивая тем самым полный контроль над сварным швом. Хотя газовая сварка менее распространена в промышленности, ее все же часто применяют при обслуживании и ремонте, а также при изготовлении скульптур (подробнее об этом позже).
„ Экстремальная сварка“
Раскаленные электрические дуги и горелки – это не детская игра, но существуют и более экстремальные способы сварки. Сварка взрывом использует давление, создаваемое мощным взрывом, для соединения металлов. Лазерная сварка основана на использовании мощных лазеров для соединения металлов. Ультразвуковая сварка использует высокочастотные вибрации, которые заставляют молекулы металла резонировать и, таким образом, соединяться.
Хороший сварной шов найти трудно
Мы можем вспомнить историю сварки и убедиться, что хрупкие и пористые сварные швы вызывали серьезные проблемы с безопасностью в промышленности. Большая часть проблем с этими первыми сварными швами связана с окислением. По мере развития науки о сварке развивались и методы защиты места сварки от кислорода. Например, при электродной сварке электрод покрывается защитным покрытием. Эта защита имеет несколько различных целей, одно из которых – создание газовой защиты места сварки. Сварка MIG и TIG доходит до того, что используются газовые баллоны, которые постоянно окутывают место сварки инертными газами. Защита места сварки от окисления необходима для формирования прочного сварного шва.
Сам процесс подготовки, возможно, не менее важен для получения прочных сварных швов. Очистка рабочих материалов от жира, грязи и пыли – это только первый шаг к правильной подготовке сварного соединения. Выбор правильного типа соединения имеет решающее значение для качественного сварного шва.
После сварки проверить качество сварного шва можно несколькими способами. Визуальный осмотр может показать, что сварщик работал с неправильной скоростью или силой тока, создавая трещины и длинные неровности. Сварщики также могут контролировать свою работу с помощью магнитопорошкового контроля, проникновения жидкости, ультразвукового контроля, рентгеновского контроля, испытания под давлением или других методов. Разрушающий контроль, который разрушает сварной шов в процессе контроля, также часто используется для определения качества сварного шва.Независимо от того, какое испытание используется, важным этапом процесса является обеспечение прочности и надежности сварного шва.
Сварка в промышленности и искусстве
Большинство сварочных работ связаны с производством в промышленности. Автомобильная промышленность, судостроение, коммерческое строительство, мостостроение – список сварочных работ можно продолжать и продолжать.
Хотя большинство сварщиков — мужчины, тысячи женщин зарабатывают на жизнь сваркой. Женщины-сварщики сыграли ключевую роль в судостроении во время Второй мировой войны.
Одно из наиболее интересных применений сварки пришло из творческого сообщества. Одними из первых примеров сварки были произведения искусства, такие как железный столб в Дели, Индия, а также золотые чаши и колпаки, построенные более 1000 лет назад. Такие конструкции, как арки Св. Louis Gateway (высота 192 метра, построенная на 1000 лет) и брюссельский Атомиум иллюстрируют, как далеко продвинулось искусство сварки.
Традиция художественной сварки остается сильной, поскольку сварка создает массивные скульптуры, которые весят несколько тонн. Хотя художники составляют лишь небольшой сегмент сварочной отрасли, они могут продемонстрировать потенциал сварки миллионам других людей.
