Сварка в 21 веке

Сварка в XXI веке

Овсеенко Вадим, ГОБУ СПО ВО «ЛАТТ», г. Лиски

Елисеева Н.В., научный руководитель

        Сварочная техника и технологии занимают одно из ведущих мест в современном производстве. Развитие техники представляет все новые требования к способам производства и в частности, к технологии сварки. В последние годы патентные ведомства промышленно – развитых стран мира ежемесячно регистрируют более 200 изобретений в области сварочной техники и технологии – таковы темпы развития сварочного производства. И сегодня каждому интересно узнать о будущем своей профессии. Историки говорят: лучший ключ к тайнам будущего – в знании прошлого. Поэтому представления о перспективах сварки должны опираться на её историю. Из истории развития сварки известно, что основоположниками дуговой сварки являются российские учёные и инженеры – В.В Петров (1761-1834гг), Н.Н. Бенардос  (1842-1905гг), Н.Г Славянов (1854-1897гг).

       Сварка принадлежит к числу великих русских изобретений. Она преобразила многие технологические процессы производства машин и механизмов, строительства судов и сооружений, оказывает большую помощь в освоении космоса.

       В настоящее время сварка является крупным самостоятельным видом производства и применяется для создания и возведения принципиально новых конструкций и сооружений, для ремонта машин и аппаратов, получение изделий со специальными свойствами. Сварные конструкции работают при сверх высоких и сверхнизких температурах, при давлениях, значительно превосходящих атмосферное, и в условиях космического вакуума. Современные достижения в области сварки позволяют соединять не только металлы, но и пластмассы, стекло, керамику и другие материалы. При этом свариваемые элементы могут иметь размеры от нескольких микрон в производстве изделий электронной техники до десятков метров в машиностроении и строительстве. В последнее время сварку применяют для соединения мягких живых тканей. Сварку используют и для создания скульптур в монументальном искусстве. В зависимости от потребностей современные технологии позволяют выполнять сварку различных материалов и реализуются практически при любых условиях, в частности в водной среде или в вакууме.

Летчики-космонавты Г. Шонин и В. Кубасов на борту космического корабля «Союз-6» впервые в мире осуществили сварку в условиях космического вакуума и невесомости. Космонавтами В. Джанибековым и С. Савицкой во время полёта станции «Союз-7» в открытом космосе в течении 3 ч производилась сварка, резка и пайка металлов, что  доказало возможность выполнения различных ремонтных работ космических аппаратов.

К области сварочных технологий относят так же резку металлов , наплавку одного металла на другой, напыление и металлизацию. Пайку , которая по своей природе отличается от сварки, также традиционно относят к сварочным технологиям. Практически любое современное производство сложно представить без использования технологий сварки.

Однако используются всё больше способов , при которых применяется мало присадочных материалов или они не используются вообще. Широко применяются такие процессы дуговой сварки металлическим электродом, как дуговая сварка плавящимся электродом в защитных газах, дуговая сварка под флюсом, дуговая сварка вольфрамовым электродом в инертных газах и плазменная сварка. В последнее время внимание специалистов привлекли разработки, связанные с контролируемым  энерговложением,- «холодная дуговая» или перенос холодного металла. Эти процессы  обеспечивают контроль за переносом металла  при сварке короткой дугой за счёт снижения тока на этапе короткого замыкания или путём отведения проволоки во время переноса металла или сразу после него, что позволяет выполнять не только сварку с очень низким разбрызгиванием, и сварку материалов, чувствительных к перегреву, - высокопрочных сталей или сталей с поверхностными покрытиями. Защитные газы для дуговой сварки постоянно рафинируется с целью снижения разбрызгивания, расходов , а также уменьшения загрязнения окружающей среды.

За последние 10 лет лазерная и электронно-лучевая сварка получили сильное развитие и используются во многих областях машиностроения в условиях полной механизации или автоматизации.

  Электронно-лучевая сварка как наиболее освоенный из этих двух процессов находит всё более широкое применение благодаря прежде всего усовершенствованию технологии приборостроения. К её преимуществам относятся очень высокая плотность энергии и соответственно низкое тепловложение  даже в случаях швов самой большой толщины – до 250 мм и более. Большие вакуумные камеры (до 630м3) позволяют выполнять сварку изделий значительных габаритов. Благодаря расщеплению  луча можно выполнять несколько швов на одном узле одновременно. В промышленности находят все более широкое применение вневакуумные электронно-лучевые методы. Существенное преимущество лазерной сварки в том, что ее можно использовать вне вакуума, но только в диапазоне толщин материалов до 20 мм. Этот процесс целесообразно использовать для прецизионного раскроя сталей и других материалов. Еще одним преимуществом лазерной сварки, как и электронно-лучевой, является низкое теплопровождение вследствие высокой плотности энергии. При наличии дистанционного управления можно выполнять лазерную сварку и резку на большом расстоянии между источником луча и методом- до 500 мм, что в перспективе будет применяться  в автомобилестроении.

Лазерная сварка также используется  при обработке пластмасс, но для подлежащей обработки пластмассы должны быть установлены требования к светопоглощению.

Новые разработки сварки трением в области технологии машин позволяют использовать боковое перемещение свариваемых деталей относительно друг друга, поэтому его можно использовать для соединения больших сечений, не симметричных при вращении.

Основным преимуществом этих процессов является то, что сварка выполняется при температуре ниже температуры плавления, что обусловливает  незначительные структурные изменения в соединяемых материалах. Однако большие усилия, которые необходимо прикладывать к изделиям, требуют применения мощной оснастки. Сварка трением с перемешиванием используются при строительстве рельсового транспорта и в аэрокосмической промышленности, для герметичной вварки крышек в детали гидравлических управляющих устройств. Сочетание  дуговой сварки металлическим электродом с лазерной сваркой было особенно быстро внедрено в практику судо- и автомобилестроения. Сочетание обоих процессов приводит к идеальному использованию преимуществ процесса – высокой плотности энергии, глубокого проплавления и высокой скорости сварки за счёт лазера, а также хорошей способности заполнения зазора и исключения несплавлений за счёт дуги. При сочетании обоих процессов можно сваривать металл большей толщины, чем при каждом процессе в отдельности. В последние годы всё больше внимания уделяется родственным процессам соединения из-за необходимости соединения различных материалов, неудовлетворительно сваривающихся традиционными видами сварки, и постоянно растущей чувствительности материалов к тепловложению при сварке.

Для соединения деталей электроники, электрических кабелей и проводников, труб из медных и цинковых  или оцинкованных листов. А также в ювелирной промышленности используется низкотемпературная пайка. Температура низкотемпературной пайки должна быть ниже 350 0С с тем, чтобы использовать припои с низкой температурой плавления. Из-за токсического эффекта припои, содержащие свинец, как правило, используется весьма редко. Хотя разработаны припои-заменители с подобными свойствами и без токсичных побочных эффектов, их недостаточно для всех случаев применения. Поэтому данные разработки продолжаются.

Современная наука является многогранной, позволяет использовать преимущества нанотехнологий, поэтому будущее сварки видится в совершенствовании схем компьютерного  управления и внедрении новых сварочных  материалов. Круг проблем, охватываемых ныне сваркой, требует обширных знаний в таких областях, как металлофизика, физическая химия, физика высоких энергий, квантовая механика, вычислительная техника и др. Можно утверждать, что сварка, как важный научно-технологический процесс, является существенным звеном технологического прогресса. Если отмирание некоторых производств происходит незаметно, безболезненно или с малыми, относительно несущественными последствиями, то гипотетическое удаление сварки из суммы технологий однозначно приведёт к полной остановке технологических и смежных с ними отраслей промышленности.

Создание и продвижение в жизнь всё новых и новых материалов с широким спектром характеристик неразрывно связанны с усложнением и постоянным развитием служебных свойств машин и механизмов; и здесь без сварки не обойтись. Молодость сварки, её широта и универсальность, высокая экономическая эффективность служат залогом дальнейшего развития сварочной науки и техники. Сварке металлов и неметаллов, несомненно, принадлежит будущее. Глубоко символичен девиз широко известной немецкой фирмы BINZEL, выпускающей сварочное оборудование: «Мир вращается вокруг сварки».