10 Съвременна история на заваряването
Заваряването е един от най-разпространените технологични процеси. Заваряването включва действително заваряване, наваряване, запояване, заваряване, залепване, запояване, пръскане и някои други операции.
С помощта на заваряване се свързват различни метали, техните сплави, някои керамични материали, пластмаси, стъкла и различни материали. Основното приложение се намира в заваряването на метали и техните сплави при изграждането на нови конструкции, ремонта на различни изделия, машини и механизми и създаването на двуслойни материали. Могат да се заваряват метали с всякаква дебелина. Якостта на заварената връзка в повечето случаи не е по-ниска от здравината на целия метал.
Заваряването може да се извършва на суша и под вода във всяко пространствено положение. Възможността за извършване на заваряване в космоса е доказана от съветските космонавти Т. С. Шонин и В. Н. Кубасов. На борда на космическия кораб "Союз-6" те за първи път извършиха заваряване на устойчива на корозия стомана и титанова сплав в условията на космически вакуум и безтегловност.
Свързването при заваряване се постига благодарение на възникването на атомно-молекулни връзки между елементарните частици на съединяваните тела. Сближаването на атомите се възпрепятства от повърхностни неравности в местата, където се планира да се свържат частите, и наличието на замърсители върху тях под формата на оксиди, органични филми и адсорбирани газове.
В зависимост от методите, използвани за отстраняване на причините, които възпрепятстват постигането на здрава връзка, всички съществуващи видове заваряване (и има около 70 от тях) могат да бъдат класифицирани в три основни групи - заваряване под налягане (заваряване в твърдо състояние), заваряване чрез стопяване (заваряване в течно състояние) и заваряване чрез стопяване и заваряване под налягане (заваряване в течно-твърдо състояние).
При заваряване чрез стопяване, съединяване на частисе постига чрез локално разтопяване на метала на заварените елементи. Заваръчният метал при всички видове заваряване чрез стопяване има лята структура.
За топене на метал се използват мощни източници на топлина. В зависимост от естеството на източника на топлина се разграничават електрическо и химическо заваряване: при електрическо заваряване първоначалният източник на топлина е електрически ток; при химическо заваряване като източник на топлина се използва екзотермична реакция на изгаряне на газове (газова заварка) или прахообразна горима смес (термитно заваряване).
За първи път идеята за възможността за практическо приложение на "електрически искри" за топене на метали е изразена през 1753 г. от академик на Българската академия на науките Г. Р. Ричман, който извършва редица изследвания на атмосферното електричество. Практическата проверка на това мнение беше улеснена от създаването от италианския учен А. Волта на галванична клетка (волтова колона). През 1802 г. професорът от Петербургската военна хирургическа академия В. В. Петров, използвайки мощен галваничен елемент, открива явлението електрическа дъга. Той посочи и възможни области на практическото му приложение. Независимо от В. В. Петров, но малко по-късно (1809 г.), английският физик Г. Деви получава електрическа дъга.
За практическото прилагане на електрическото заваряване на метали бяха необходими много години съвместни усилия на физици и техници, насочени към създаване на електрически генератори. Важна роля изиграха откритията и изобретенията в областта на магнетизма и електричеството.
Първите електромагнитни генератори са създадени през 70-те години на XIX век. Преди това имаше само няколко опита за извършване на електрическо заваряване на метали с помощта на галванични клетки. И така, през 1849 г. американският K Stat получава английски патент за комбинацията от металис помощта на електричество. Този патент обаче не е приложен на практика. По-късно започна дълбокото развитие на въпросите за електрическото заваряване на метали.
През 1882 г. българският изобретател Н. Н. Бенардос предлага метод за здраво свързване и разделяне на метали чрез директно действие на електрически ток. Той практически прилага методи за заваряване и рязане на метали с електрическа дъга с помощта на въглероден електрод. Той притежава и много други важни изобретения в областта на заваряването (спирални тръби, флюсова тел и др.). Електродъгово заваряване е доразвито в трудовете на Н. Г. Славянов. В метода на Н. Г. Славянов (1888), за разлика от метода на Н. Н. Бенардос, металният прът е едновременно електрод и добавъчен метал. Н. Г. Славянов разработи технологичните и металургични основи на електродъгово заваряване. Той прилага флюс за защита на метала на заваръчната вана от въздуха, предлага методи за наваряване и горещо заваряване на чугун и организира първия в света магазин за електрозаваряване. Н. Н. Бенардос и Н. Г. Славянов полагат основите на автоматизацията на заваръчните процеси, като създават първите устройства за механизирано подаване на електрода в дъгата.
По-нататъшното развитие на електродъговото заваряване се забави донякъде поради конкуренцията на газовото заваряване с кислородно-ацетиленов пламък. В началото на ХХв. този метод осигурява по-високо качество на заваряване от електродъгово заваряване с голи електроди.
Ситуацията се променя, когато през 1907 г. шведският инженер О. Келберг прилага метални електроди, покрити върху тяхната повърхност. Това покритие защитава заваръчния метал от вредното въздействие на въздуха (окисление и азотиране) и стабилизира дъгата. Използването на покрити електроди осигури драматично подобрение на качествотозаварени съединения. Ръчното дъгово заваряване с консумативен електрод започва да се използва широко в заводи в САЩ, Англия, Австро-Унгария и други страни.
В България още в началото на 20-те години под ръководството на В. П. Вологдин се произвеждат заварени котли, а малко по-късно кораби и други критични конструкции. В края на първата четвърт на ХХв. Ръчното дъгово заваряване с консумативен електрод се превърна в основен метод за заваряване у нас и по света.
Развивайки се и подобрявайки се през цялото време, ръчното дъгово заваряване не е загубило водещата си позиция в момента.
Наред с въвеждането и усъвършенстването на ръчно дъгово заваряване във всички страни се работи за намиране на нови начини за защита на зоната на дъгата от околния въздух и за механизиране на основните заваръчни операции. Още в началото на 20-те години на миналия век в различни страни са създадени специални механизми - автоматични машини за заваряване и наваряване с консумативен електрод със специални вещества, нанесени върху повърхността им или въведени вътре в пръта, или с газов щит, обграждащ дъгата.
Тези автоматични машини обаче не са получили индустриално приложение, тъй като осигуряват само малко увеличение на производителността на труда в сравнение с ръчното заваряване.
Идеята за защита на дъговата междина с прахов поток е патентована от D.A. Dulchevsky през 1929 г.
Нов етап в развитието на механизираното електродъгово заваряване у нас започва в края на 30-те години, когато екипът на Института по електрозаваряване на Академията на науките на Украинската ССР, под ръководството на академика на Академията на науките на Украинската ССР Евгений Оскарович Патон, разработи метод на заваряване, наречен автоматично заваряване под флюс.
Заваряването под флюс чрез увеличаване на мощността на заваръчната дъга и надеждна изолация на пространството за топене от околния въздух ви позволява рязкоповишаване на производителността на процеса, осигуряване на стабилност на качеството на заварената връзка, подобряване на условията на работа и
Методът за заваряване под флюс в чужбина се появява за първи път в САЩ (компания Linde). Начините за развитие на този метод в чужди страни бяха малко по-различни от местните. Разликата беше основно в конструкцията на заваръчните инсталации и в използваните заваръчни консумативи.
В края на 40-те години методът на електродъгово заваряване в защитни газове получава индустриално приложение. Газът за защита на заваръчната зона е използван за първи път от американския учен А. Александър през 1928 г. Въпреки това, през тези години този метод на заваряване не намери сериозно промишлено приложение поради трудността при получаването на защитни газове. Ситуацията се промени, след като за защита бяха използвани газове, подходящи за масова употреба (хелий и аргон в САЩ, въглероден диоксид в СССР) и различни смеси от газове.
Заваряването с неконсумативен (въглероден) електрод във въглероден диоксид е извършено за първи път от Н. Г. Остапенко. След това, чрез усилията на екипите на ЦНИИТМАШ, Института по електрозаваряване. E. O. Paton и редица промишлени предприятия разработиха метод за електродъгово заваряване във въглероден диоксид с консумативен електрод.
Използването на евтини защитни газове, подобряването на качеството на заваряването и увеличаването на производителността на процеса осигуриха широкото използване на този метод, главно при механизирано заваряване на различни конструкции. Обемът на приложение на заваряване в защитни газове се увеличава от година на година. Той се използва широко вместо ръчно заваряване с покрити електроди, особено с появата на безшевни телове с флюсова и метална сърцевина.
Сериозно постижение на вътрешната заваръчна технология беше разработването през 1949 г. на фундаментално нов тип електрическо заваряване, наречено електрошлаково заваряване.Електрошлаковото заваряване е разработено от служители на Института по електрозаваряване. E. O. Paton в сътрудничество с работници от заводи за тежко машиностроене. Развитието на този тип заваряване позволи успешно да се решат проблемите на висококачествено и продуктивно заваряване на метал с практически неограничена дебелина и механизацията на заваряване на вертикални шевове, които са важни за по-нататъшното развитие на индустрията.
Въз основа на електрошлаковия процес в Съветския съюз е създаден нов метод за рафиниране на метали, наречен електрошлаково претопяване.
Развитието на заваръчната технология е неразривно свързано с търсенето на нови източници на топлина за топене на метал. Един от тези източници е концентриран поток от електрони във вакуум, въз основа на който в края на 50-те години френски учени създават нов тип заваряване, наречен електронно-лъчев процес. Електронно-лъчевата заварка намира доста широко практическо приложение при свързване на огнеупорни химически активни метали и сплави и редица специални стомани.
В края на 60-те години оптичните квантови генератори - лазери - започнаха да се използват за заваряване. През следващите години можем да очакваме по-нататъшен значителен напредък в развитието и промишленото приложение на лазерни и хибридни процеси на заваряване във връзка с развитието на оптичните лазерни технологии и значително увеличаване на мощността на лазерните инсталации.
Електрическото заваряване чрез синтез достигна високо ниво на развитие и се превърна във водещ технологичен процес, който ви позволява да създавате рационални конструкции за всички индустрии без изключение от всякакви практически използвани метали и сплави с различна дебелина. Технологията за заваряване с електрояд е изградена на сериозна научна основа, използвайки и обобщавайки богатия опит на учени, работниципроизводствени и научни колективи - представители на различни страни и различни научни школи и направления.
Голям принос за развитието на научните основи на технологията за електрическо заваряване на метали и сплави чрез топене направиха съветските учени в областта на заваряването. Те включват екипа на Института по електрическо заваряване на името на Е. О. Патон, създаден от Е. О. Патон. E. O. Paton, екипи: MVTU im. Н. Е. Бауман, ИМЕТ им. А. А. Байков, ЦНИИТМАШ, ВНИИАВТОГЕНМАШ, Ленинградското училище за заварчици, както и множество заваръчни катедри на техническите университети в страната.