ОСНОВЫ СВАРОЧНОГО ДЕЛА
Лекция №1
Предмет и задачи курса
Предметом курса являются основные фундаментальные физические явления, лежащие в основе технологического процесса сварки и сварочных технологий, применяемых при сооружении объектов трубопроводного транспорта.
1. Определение сварки
Сваркой по ГОСТ 2601-84 называется процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми деталями или их частями при нагревании и (или) пластическом деформировании. СЛАЙД 1
Слово “или” указывает на то, что сварка может быть и без нагрева. Для получения сварного соединения металлов необходим нагрев и давление, или только нагрев или только давление.
Сущность сварки заключается в сближении элементарных частиц свариваемых частей настолько, чтобы между ними начали действовать межатомные связи, которые обеспечивают прочность соединения.
Так как свариваемые поверхности неоднородны, имеют макро- и микронеровности, окисные пленки, загрязнения, то для сварки необходимо приложить внешнюю энергию.
2. Исторические сведения о развитии сварочного производства
Способ получения неразъёмных соединений различных металлических деталей путём сварки и пайки был известен ещё в глубокой древности. В египетских пирамидах нашли золотые изделия, которые имели паянные оловом соединения. В Помпеях (Италия) обнаружили свинцовые водопроводные трубы с продольным паяным швом. Широко применялась кузнечная (печная) сварка. При этом способе сварки соединяемые металлы нагревались в печах до пластичного состояния, а затем проковывались в местах соединения с помощью молота.
Большинство современных сварочных процессов были разработаны в первой половине 20-го века. Они основывались на научных разработках 19-го века. В 1802 году впервые в мире профессор Петров (Россия) открыл устойчивый дуговой разряд от построенного «Вольтового столба». Столб состоял из 2100 пар пластин из меди и цинка, между которыми были проложены бумажные прокладки, смоченные водным раствором нашатыря. Петров доказал, что им был получен мощный источник энергии, который может быть использован для освещения и плавки металла. Открытие электрического дугового разряда российским ученым и академиком Василием Владимировичем Петровым* (1761 – 1834 гг.) в 1802 году позволило определить возможность использования электрического разряда для расплавления металлов. СЛАЙД 2 Открытие В.В. Петрова заложило начало развития новых отраслей технических знаний и науки, получивших в дальнейшем практическое применение в электродуговом освещении, а затем при электрическом нагреве, плавке и сварке металлов.
Впервые сварку металлов с помощью угольного электрода осуществил в 1881 году француз Август де Меритано. В 1888 году русский учёный, академик Николай Гаврилович Славянов заменил угольный электрод голым металлическим прутком. Тем самым было дано начало дуговой сварке плавлением. Дуга от такого электрода горела на открытом воздухе, и поэтому наплавленный металл был загрязнён кислородом и азотом, был хрупким и пористым. Поэтому большой практической ценности от данного изобретения не было. С его участием получено развитие металлургических основ электрической дуговой сварки, создан, первый автоматический регулятор длины дуги и первый сварочный генератор. Им были предложены флюсы для получения высококачественного металла сварных швов.
СЛАЙД 3 В конце XIX века российский ученый, инженер и изобретатель Николай Николаевич Бенардос (1842 – 1905 гг.) открыл способ электродуговой сварки металлов неплавящимся угольным электродом. Им были разработаны способ дуговой сварки в защитном газе, дуговая резка металлов, контактная сварка и др.
С 1906 года с изобретением ацетиленокислородной горелки и разработки ацетиленовых генераторов, началось промышленное применение газовой сварки. Начиная с этого времени и до 30-годов, газовая сварка занимает ведущее положение в сварочном производстве. Все магистральные трубопроводы с 1926 по 1935 год были построены с помощью газовой сварки.
В 1912 году появляются первые покрытые электроды, которые позволили стабилизировать процесс горения сварочной дуги и получить сварные соединения равнопрочным основному металлу труб, что повысило производительность сварки.
В 20-е, 30-е годы XX столетия в основном применяли ручную сварку электродами с тонкими ионизирующими меловыми покрытиями. В эти годы под руководством академика Валерия Петровича Вологдина (1881 – 1953 гг.) были изготовлены первые отечественные сварные котлы и корпуса нескольких судов. В конце 1930-х годов стали применять толстопокрытые электроды. Для электродных стержней использовали легированную сталь, что позволило использовать сварку для изготовления промышленного оборудования и строительных конструкций. В процессе развития сварочного производства была разработана технология сварки под флюсом, которая позволила увеличить производительность процесса до десяти раз, обеспечить качество сварного соединения за счет увеличения мощности сварочной дуги и надежной защиты расплавленного металла от окружающего воздуха, механизировать и усовершенствовать технологию производства сварных конструкций. В начале пятидесятых годов ХХ столетия Институтом электросварки им. Е.О. Патона была разработана электрошлаковая сварка, что позволило заменить литые кованные крупногабаритные детали сварными. Заготовки стали более транспортабельными и удобными при сборке и монтаже.
СЛАЙД 4 К концу 30-х годов был разработан способ механизированной сварки под слоем флюса. Что значительно повысило производительность и качество сварки.
В 1940 году была изобретена сварка вольфрамовым электродом в среде защитных газов. Это дало возможность сваривать нержавеющие и цветные металлы.
В 1948 году был разработан новый процесс с применением защитного газа – дуговая сварка плавящимся электродом в среде защитного газа (аргона). Так как применение аргона в качестве защитного газа резко удорожало производство, то к концу 1950 годов были разработаны методы, сделавшие возможным использование в качестве защитного газа углекислый газ (была изобретена специальная сварочная проволока).
В конце 1940-х и начале 1950-х получили промышленное применение способы дуговой сварки в инертных защитных газах: ручная неплавящимся электродом, механизированная и автоматическая неплавящимся и плавящимся электродом. В ЦНИИТмаше при участии МВТУ и ИЭС им. Е.О. Патона была разработана сварка низкоуглеродистых и низколегированных сталей в среде углекислого газа – процесса высокопроизводительного и обеспечивающего хорошее качество сварных соединений. Сварка в среде углекислого газа составляет около 30 % объема всех сварочных работ в нашей стране. Разработкой этого способа сварки руководил профессор К.Ф. Любавский.
СЛАЙД 5 В 60-х годах был разработан процесс сварки порошковой проволокой, электрогазосварка. Сварка под слоем флюсом несколькими электродами. В конце 70-х началось освоение лазерной, электронно-лучевой сварки в вакууме. Сварка использовалась и используется во всех отраслях промышленности, связанных с металлическими конструкциями, Это строительство и ремонт судов, мостов, несущих стальных конструкций зданий, транспортных средств и оборудования. В настоящее время все трубопроводы сооружаются с помощью сварки.
В конце ХХ века отечественными и зарубежными фирмами было создано оборудование для автоматической и механизированной сварки трубопроводов в среде защитных газов, которое в настоящее время успешно применяется при строительстве всех крупных трубопроводных проектов.
Сварочные работы в трубопроводном строительстве непрерывно совершенствуются. Автоматизация процессов сварки резко повысила производительность труда, темпы сварочно-монтажных работ и качество свариваемых соединений. За последние годы разработаны и широко применяются принципиально новые технологические способы сварки.