Як працює зварювання?
Хмарочоси, екзотичні автомобілі, запуски ракет – деякі речі просто привертають вашу увагу. Зварювання , мабуть, не з них. Можливо, ви провели все життя, не замислюючись над цією темою. Вас напевно здивує той факт, що, за деякими оцінками, зварювання впливає на 50 відсотків валового національного продукту Сполучених Штатів Америки. Без зварювання не існувало б жодного з цих дивовижних хмарочосів, автомобілів чи ракет.
Зварювання це за своєю суттю просто метод з’єднання двох частин металу. Хоча існують інші способи з’єднання металів (клепка, пайка...), зварювання стало першим вибором через його міцність, ефективність і універсальність .
Існує багато різних методів зварювання , і відкриваються нові. У деяких процесах використовується тепло, щоб, по суті, розплавити два шматки металу разом, часто додаючи «наповнювач» у з’єднання, щоб діяти як сполучний агент. Інші методи покладаються на тиск, щоб з’єднати метал, а деякі використовують поєднання тепла та тиску. На відміну від пайки, коли металеві частини, що з’єднуються, залишаються незмінними, процес зварювання завжди змінює матеріал, що з’єднується.
Це може здатися дещо неважливим, але це вкрай важливо для розуміння чому зварювання утворює такі міцні з’єднання. У процесах пайки та твердої пайки два шматки металу з’єднуються шляхом введення в суміш третього матеріалу (з нижчою температурою плавлення). Додавання цього третього матеріалу між поверхнями оригінальних частин зв’язує частини разом. Однак з’єднання настільки міцне, наскільки міцний з’єднувальний матеріал. З іншого боку, зварювання усуває посередника та з’єднує оригінальні частини безпосередньо одна з одною. У результаті виходить міцне цілісне з’єднання, яке часто таке ж міцне, як і сам матеріал.
У цій статті ми докладніше розглянемо як саме працює зварювання . Ми також розглянемо деякі з багатьох ситуацій, коли використовується зварювання,з досвідом і обладнанням, необхідним для здійснення всього цього. Але перш ніж ми це зробимо, давайте подивимося, з чого все почалося.
Ви можете вважати зварювання відносно новим процесом, оскільки в процесі зварювання використовуються всі машини. Насправді зварювання існує вже тисячі років. Ранні зразки зварювання були знайдені в різних місцях від Ірландії до Індії, причому деякі датуються бронзовим віком. Звичайно, ці цивілізації не мали величезної кількості інструментів і механізмів, до яких зараз мають доступ зварювальники. Як їм вдалося зварити?
Процес, який вони використовували, відомий як кування. Щоб розпочати процес, ковалі нагрівали метал до яскраво-червоного кольору (але все ще не рідкого). Потім ковалі клали дві частини, злегка накладаючи один на одного, на ковадло та склепували їх разом. Клепка має кілька обмежень. Приклепувати один до одного можна тільки відносно м'які метали, і цей процес дуже трудомісткий. Однак у місцях без електрики цю процедуру все одно використовують.
Кування було єдиною можливістю до 19 століття. Проте з початком промислової революції численні відкриття підштовхнули розвиток зварювання. Дослідження електрики принесли електроди та електричні дуги. Рудиментарні факели були розроблені до середини століття. Обидва відкриття суттєво вплинуть на методи зварювання наступного століття.
Наприкінці 1800-х років зварювання стало рушійною силою у виробництві. Однак методи цієї епохи не були досконалими. Під час зварювання відбувалося окислення (процес зв’язування металу в частинках кисню в атмосфері), і зварні з’єднання були пористими та крихкими. Такі зварні шви становлять серйозну небезпеку для працівників. Наприклад, у період з 1895 по 1905 рік щодня вибухали погано сконструйовані котли, що спричиняло тисячі смертей. Очевидно, була нагальна потреба в кращих методах зварювання. Нижче ми дізнаємося більше про нові та вдосконалені методи, починаючи з більш детального розгляду специфіки ремесла.
Зварювання на морі та в космосі
Водолази-зварювальники регулярно ремонтують кораблі та нафтові вишки, зазвичай використовуючи електродугове зварювання (заперечуючи використання полум’я). Зварювання в космосі знаходиться на іншому кінці спектру. Вакуум у просторі створює ідеальне середовище для зварювання, оскільки немає газів, які б взаємодіяли з точкою зварювання.
Зварювання за межами земної атмосфери уможливило створення Міжнародної космічної станції.
Особливості зварювання 
Як і шахи , зварювання легко навчитися, але важко освоїти. Професійні зварювальники мають велику кількість різних змінних, які слід враховувати під час виконання роботи. Якою б складною не була робота, для її виконання потрібні лише три речі: зварювальне обладнання , зварювальний матеріал і техніка безпеки . Найпростіше зварювальне обладнання для випадкового використання в домашній майстерні можна знайти менш ніж за 100 євро. Як правило, ці апарати призначені для електродугового зварювання (ДУЗ) або електродного зварювання. Багато пристроїв мають лише перемикач увімкнення/вимкнення з точки зору керування, що полегшує керування ними. Однак деякі пристрої (наприклад, ті, що використовуються для лазерного зварювання) настільки дорогі та складні, що їх використовують лише у великих промислових підприємствах. Що стосується матеріалів, то деякі легше зварювати, ніж інші. Сталь може бути відмінним вибором завдяки своїй міцності, доступності та зварюваності. Як правило, чим міцніше сталь, тим складніше її зварювати. Відповідно, кілька сталевих сплавів були розроблені зварюванням. Звичайно, можна зварювати майже будь-який метал, включаючи чавун, бронзу, алюміній і навіть титан, хоча для останнього потрібна високозахищена атмосфера, оскільки метал має високу реакційну здатність. Що б ви не зварювали, пам’ятайте:
безпека перш за все . Якщо ви коли-небудь бачили зварювання особисто, ви можете побачити сліпуче світло, яке створює процес. Прямий погляд на місце зварювання без захисту може спричинити хворобливе запалення рогівки з відчуттям піску в оці. Не дивно, що хороша маска для зварювання є обов'язковою умовою будь-якого захисного спорядження. Зварювальні маски бувають різних стилів. Найпростішими є ті, що мають затемнену панель, через яку дивиться зварювальник під час зварювання.Досконаліші маски автоматично темніють, коли пляма зварювання стає яскравішою. Крім сліпучої яскравості, зварювання може генерувати температуру до 5500 градусів за Цельсієм і численні іскри, що вимагає рукавичок і довгих рукавів.
І нарешті, належна вентиляція має вирішальне значення, залежно від методу зварювання. Зварювальники можуть піддаватися впливу шкідливих речовин, таких як свинець, ртуть і чадний газ. Вентиляційні клапани можуть запобігти накопиченню диму в робочій зоні.
Як працює зварювання
Ми готові почати зварювання. Більшість зварних з’єднань сьогодні можна віднести до однієї з двох категорій: дугове зварювання та газове зварювання.
Дугове зварювання використовує електричну дугу для плавлення робочих матеріалів, а також наповнювача для зварних з’єднань. Дугове зварювання передбачає приєднання заземлюючого дроту до зварювального матеріалу або іншої металевої поверхні. Другий дріт укладається на зварюваний матеріал. Після того, як дріт трохи відокремиться від матеріалу, утворюється електрична дуга. Виглядає так, коли ви витягуєте кабелі запалювання від акумулятора. Потім дужка з’єднує деталі разом за допомогою наповнювача, який допомагає утримувати деталі разом.
Для внесення шпаклівки в шви потрібна тверда рука та уважність до деталей. У міру того як стрижень плавиться, зварювальник повинен безперервно подавати додатковий матеріал у з’єднання невеликими впевненими рухами. Саме ці рухи надають зварним швам особливого вигляду. Занадто швидкий чи надто повільний рух або тримання дуги надто близько чи надто далеко від матеріалу може призвести до поганого зварювання.
Зварювання REL, зварювання інертним газом (широко відоме як зварювання металу в інертному газі або MIG) і дугове газове зварювання вольфрамом (часто називають зварюванням інертним газом вольфраму або TIG) є дуговим зварюванням.
Ці три поширені методи мають свої переваги та недоліки. Зварювання електродом, наприклад, є дешевим і легким у навчанні. Він також повільніший і менш універсальний, ніж деякі інші методи. Навпаки, зварюванню TIG важко навчитися і вимагає спеціального зварювального обладнання. Однак зварювання TIG дає високоякісні зварні шви та може зварювати матеріали, які не піддаються іншим методам.
Ще одним популярним способом зварювання є газове зварювання. У цьому процесі зазвичай використовується ацетиленовий/кисневий пальник для розплавлення робочого матеріалу та зварювального стрижня. Зварювальник керує пальником і стрижнем одночасно, таким чином створюючи повний контроль над зварним швом. Хоча газове зварювання менш поширене в промисловості, воно все ще часто використовується для обслуговування та ремонту, а також для скульптур (докладніше про це пізніше).
„ Екстремальне зварювання“
Розжарені електричні дуги та пальники – це не дитяча гра, але існують більш екстремальні способи зварювання. Зварювання вибухом використовує тиск, який створюється потужним вибухом, щоб з’єднати метали. Лазерне зварювання покладається на потужні лазери для сплавлення металів. Ультразвукове зварювання використовує високочастотні вібрації, які викликають резонанс між молекулами металу та їх з’єднання.
Важко знайти хороший зварний шов
Ми можемо згадати історію зварювання та те, що крихкі, пористі зварні шви спричинили серйозні проблеми з безпекою в промисловому застосуванні. Значна частина проблем із цими першими зварювальними швами пов’язана з окисленням. У міру розвитку науки про зварювання розвивалися й методи захисту місця зварювання від кисню. При зварюванні електродом, наприклад, електрод покривають захисним покриттям. Цей захист має кілька різних цілей, одна з яких полягає у створенні газового захисту для точки зварювання. Зварювання MIG і TIG ведеться до використання газових резервуарів, які постійно огортають місце зварювання інертними газами. Захист місця зварювання від окислення важливий для утворення міцного шва.
Сам процес підготовки, можливо, не менш важливий для отримання міцних зварних швів. Переконайтеся, що робочі матеріали очищені від жиру, бруду та пилу – це лише перший крок у належній підготовці зварного з’єднання. Вибір правильного типу з’єднання має вирішальне значення для якісного зварювання.
Після зварювання ви можете перевірити якість зварного шва кількома способами. Візуальний огляд може показати, що зварювальник працював на неправильній швидкості або силі струму, утворюючи тріщини та довгі нерівності. Зварювальники також можуть контролювати свою роботу за допомогою магнітопорошкового випробування, проникнення рідини, ультразвукового контролю, рентгенівського контролю, випробування тиском або інших методів руйнування, які руйнують зварний шов у процесі контролю, також часто використовується для визначення якості зварювання.Незалежно від того, яке випробування використовується, переконатися, що зварний шов є міцним і надійним, є важливим кроком у процесі.
Зварювання в промисловості та мистецтві
Більшість зварювальних робіт пов’язані з виробництвом у промисловості. Автомобільна промисловість, суднобудування, комерційне будівництво, будівництво мостів – перелік зварювальних робіт можна продовжувати нескінченно.
Хоча більшість зварників — чоловіки, тисячі жінок заробляють на життя зварюванням. Жінки-зварювальниці відігравали ключову роль у кораблебудуванні під час Другої світової війни.
Одне з найцікавіших застосувань зварювання походить від мистецької спільноти. Одними з перших прикладів зварювання були витвори мистецтва, такі як залізна колона в Делі, Індія, а також золоті чаші та ковпаки, яким понад 1000 років. Такі споруди, як арки св. Луїс Гейтвей (192 метри заввишки та побудований на 1000 років) і брюссельський Атоміум ілюструють, наскільки далеко зайшло мистецтво зварювання.
Традиція художнього зварювання залишається сильною, оскільки зварювання створює масивні скульптури, які важать кілька тонн. Хоча художники складають лише невеликий сегмент зварювальної промисловості, вони можуть показати потенціал зварювання мільйонам інших.
