История сварки

 

Сварка металлоконструкций

История возникновения сварки — длительный процесс.

Всего существует более ста видов сварки. Это многообразие видов сложилась не в один момент.
В данной статье опишем историю развития сварки, довольно кратко: от древних цивилизаций-до современного оборудования для сварки.

Самые первые проявления сварки

Наиболее ранние изделия, подвергавшиеся сварке, относятся ко времени существования древнеегипетской цивилизации.
Первыми свариваемыми изделиями (паяными) являются золотые украшения.

Удивительный факт: сварка насчитывает многотысячелетнюю историю. Первые способы сварки появились практически сразу, как только люди начали
использовать металлы.

Первым металлом, который был обработан, в истории сварки, является медь, поскольку его можно забивать и гнуть.

4000 г. до н.э. Предположительно, что история сварки начинается в Египте с 4000 г. до н.э. В целом цивилизации начинались с меди, а затем развивались до бронзы, серебра, золота и железа.

3500 г. до н.э. Открытие олова.

3000 — 2000 до н.э. Начало обработки бронзы. В этот период металл превращается в украшения, столовую утварь и оружие. Шумеры изготавливали мечи, с использованием твердой пайки.
Египтяне используя тепло, выработанное углем, превращали железную руду в железо.

Гробница королевы Пу-аби содержит золотую чашу с ручкой, припаянную к стене чаши.

Гробница королевы Пу-аби

Это пример пайки в 2600 г. до н.э. в Месопотамии (Ирак) с использованием металла, который сочетал серебро и золото. 1500 г. до н.э.

В 1330 году до н.э. египтяне использовали припой для пайки металла.

В 900–850 гг. до н.э. Египтяне стали изготавливать железные орудия. В эту эпоху популярность железа постоянно росла.

Китайцы во времена династии Суй разработали способ превращать кованое железо в сталь. В 589 г. н.э. Японцы изготавливали сталь путем смешивания и ковки,
изготавливая самурайские мечи.

Одним из ранних сварочных процессов стала сварка ковкой или, по-другому, кузнечная сварка. Пластичный металл подвергался ковке кузнечным инструментом. В результате получалось соединение. Однако, прочность такого соединения была ещё невысокой.

Пайка

Втором популярным способом была пайка. То есть введение между соединяемыми частями расплавленного металла. А также сварка литьем-вливанием расплавленного металла между за формованными деталями.

С течением истории для заполнения швов создавались легкоплавкие сплавы.

Впервые в истории сварки этот процесс пайки золотом зафиксирован Плинием. Он описывает, что соли действуют как флюс и как цвет металла определяет трудность пайки (цвет указывает на наличие оксидов).

Железный столб в Дели (Индия) изготовлен с использованием железных заготовок. Кузнецы изготовили конструкцию высотой около 25 футов и весом 6 тонн.

Железный столб в Индии

310 г. н.э. Другие сооружения с похожей конструкцией встречаются в Англии, Скандинавии и Риме. Источниками железа были метеориты.

1000 — 1099 г. н.э. (ХI век) Рукопись, написанная монахом Феофилом, содержит описание флюса для серебряной пайки. Он указывает на использование натрия хлорида и калия тарпата.

Технологии оставались практически неизменными до промышленной революции 1700-1800-х годов.

1751 г. Чистый никель, получен Акселем Ф. Кронштедтом, шведским химиком, с использованием немецкой руды.

1774 г. Открытие кислорода.

1776 г. Принципы кислородной резки описаны французом Лавуазье.

Электрическая дуга

Новое открытие-электрическая дуга

В XIX столетии историю человечества потряс промышленный бум. Инновационные перемены произошли во многих областях промышленности. С этого момента история сварки начинает стремительно развиваться.

История сварки

Техник В.Петров совершил важное для истории открытие явления электрической дуги. А также представил доказательства возможности ее применения в
практических целях. Тем самым он заложил основы будущей дуговой сварке. Суть открытия заключается в том, что если электрический ток пропускается через металлические стержни, между ними возникает ярко горящая, раскалённая дуга.

Английский учёный Сэр Хэмфри Э. Дэви исследовал электрическую дугу. Именно на его работы опирались Бенардос, который разработал электродуговую
сварку и Николай Славянов.

1808-1827 г.г. Сэр Хамфри Дэви доказывает, что алюминий существует. На самом деле он был открыт Фридрихом Волером в 1827  году.

Ещё одним важнейшим открытием в то время, сыгравшим огромную роль в истории и развитии сварки был ацетилен. Это-горючий газ, который прогревал изделие. Сварной шов получался аккуратным и прочным.

Ацетилен открыл в 1836 году Эдмунд Дэви, но не был распространен в сварке до 1900 года, когда была разработана подходящая горелка.

1839 г. Открытие генерации напряжения с помощью гомополярного устройства Майклом Фарадеем.

1841 г. Воздушно-водородная горелка, разработанная в Германии Х. Россьером для пайки свинца.

1862 г. Фридрих Волер использует карбид кальция для создания ацетиленового газа.

Первые подобия электросварки

1881 г. Первое зарегистрированное использование сварки плавлением было в 1881 году Огюстом де Меритенсом, где он сварил пластины свинцовой батареи вместе с
угольным электродом. Сварка проходила в коробке с закрепленным электродом.

Изобретение непосредственно самой дуговой электросварки связано с именем известного ученого Николая Николаевича Бенардоса. Он первый в истории получил
документ-патент на своё изобретение.

Славянов разработал метод дуговой сварки плавящимся металлическим электродом.

Интересный факт!!!!
Достижения в области сварки продолжились с изобретением металлического электрода русским Николаем Славяновым и американцем К.Л. Гробом в конце 1800-х годов. Но они не знали о работе друг друга!

Открытие сварки металлическим электродом в чистом виде было признано в Европе в 1892 году. Оно было представлено в 1888 году русским ученым
Г. Славяновым. Славянов известен большинству историков за то, что он открыл металлические электроды для дуговой сварки. Ученые Николай Николаевич Бенардос и Николай Гаврилович Славянов заложили начало развития способов сварки, которые являются основой всех современных методов сваривания металлов.

Два студента Augeste de Meritens, Н. Бенардос и С. Ольшевский продолжили свою работу и получили патент на сварочный процесс, в котором использовались угольные электроды (сварка угольной дугой). Углеродно-дуговая сварка использует дугу между угольным электродом и сварочной ванной. Процесс используется с или без экранирования, или приложения давления. Основным заявленным применением была ремонтная сварка.

1888 г. Олчевскому и Бернардосу выдан патент на сварку угольной дугой.

Несмотря на ряд выдающихся открытий, в первое время своей истории дуговая электросварка не была популярной и требовала совершенствования и доработки. Дуга
была небольшая и горела неустойчиво. Во время Первой мировой войны ряд ученых занимались решением этой проблемы. В результате чего, поддержание горения дуги стало значительно легче.

Газовая сварка

Широко применялась газовая сварка: процесс сварки производится с помощью специальных горелок, работающих на сжигании различных газов. История газовой сварки началась во Франции, примерно в конце XIX века. На сегодняшний момент создано различное газовое оборудование для этого метода соединения металлических элементов.

1890 г. Первый известный случай использования «факела» или газовой сварки для взлома банковского хранилища

Другие сварочные технологии

Российский учёный Владимир Фёдорович Миткевич разработал теорию использования электро дуги, порождаемую трёхфазный током. Сварка с использованием переменного тока была изобретена спустя 14 лет.

1903 г. Изобретена термитная сварка, другой процесс, кислородно-топливная сварка, также получил широкое распространение.

1906 г. Выпущены первые машины для контактной точечной сварки.

1907 — 1908 г.г. Оскар Кьельберг получил патент на процесс нанесения покрытия на электроды, называемый дуговой сваркой в ​​защитном металле. Покрытие помогло стабилизировать дугу, создавая лучшие сварные швы, чем незащищенные электроды. При дуговой сварке в защитном металле используется дуга между покрытым электродом и
сварочной ванной. Процесс используется с защитой от осаждения покрытия электрода без приложения давления и с присадочным металлом от электрода.

1908г.  Бернардос запатентовал процесс электро шлака, который позволял сварщику сваривать толстые пластины за один проход. Процесс, который он изложил, популярен сегодня.

1909 г. Система плазменной дуги, использующая газовый вихрь для стабилизации дуги, была изобретена Шоннером. Изобретен квази-дуговой электрод, который обмотан асбестовой нитью А.П. Штромменгера.

1919 г. Была изобретена сварка переменным током, но не стала популярной в течение следующего десятилетия. Проблема заключалась в том, что сварочная дуга была нестабильной и  сварные швы были не такими прочными, как металл, который сваривали.

В 1920-х годах были достигнуты значительные успехи в технологии сварки, в том числе в 1920 году была введена автоматическая сварка, в которой электродная проволока подавалась непрерывно.

Защитный газ стал объектом пристального внимания, поскольку ученые пытались защитить сварные швы от воздействия кислорода и азота в атмосфере. Пористость и хрупкость были основными проблемами, и разработанные решения включали использование водорода, аргона и гелия в качестве сварочной атмосферы.

Рентгеновская технология позволила проверить прочность сварного шва.

Исследования на покрытых электродах привели к улучшению сердечника электрода и улучшению их покрытия.

Британцы в основном использовали дуговую сварку, даже при строительстве корабля Fulagar с полностью сварным корпусом. В какой-то момент корабль сел на мель и остался целым, потому что он был сварен, а не заклепан.

Американцы были более нерешительными, но начали осознавать преимущества дуговой сварки, когда этот процесс позволил им быстро отремонтировать свои корабли после нападения Германии в Нью-Йоркской гавани в начале войны.

Дуговая сварка была впервые применена к самолетам во время войны, так как некоторые немецкие фюзеляжи самолетов были построены с использованием сварки.

Открывается первый в истории институт электросварки имени Патона. Евгений Оскорович Патон предложил множество новейших методов процесса электросварки. Институт Патона в Киеве разработал промышленный способ автоматической сварки дуговой под флюсом.

1932 год — советский учёный К.К.Хренов провёл дуговую сварку под водой. Что позволило усовершенствовать прокладку коммуникаций через водоемы, а также ремонтные работы на кораблях.

Подводная сварка

1938 г. Гравитационная сварка, представленная К. К. Мадсеном. Немцы сваривают суда, чтобы уменьшить вес и сделать возможным проектирование более крупных судов.

1939 г. Использование точечной сварки алюминия признано в авиации.

1942 г. Патент на процесс сварки фейерверком получил Джордж Хафергут.

1956 г. Процесс сварки трением введен Россией. В середине XX века Н.Чудиков на обычном токарном станке соединил две делали из стали. Так началась история сварки трением. Она позволяет скреплять разнородные материалы. Например, сталь и медь, и другие металлы.

Сварка арматуры трением

1958-1959 г.г. Электрошлаковая сварка была выпущена в 1958 году, а за ней последовала его «родственница»- электрогазосварка, в 1961 году. Другие недавние разработки в области сварки включают прорыв в области электронно-лучевой сварки в 1958 году, благодаря которому возможна глубокая и узкая сварка через концентрированный источник тепла. Представлен процесс короткой дуги. В процессе используются провода с маленькими диаметрами и усовершенствованный источник питания.

1960  г.После изобретения лазера в 1960 году сварка лазерным лучом дебютировала несколько десятилетий спустя и оказалась особенно полезной в высокоскоростной автоматической сварке. Оба этих процесса, однако, остаются довольно дорогими из-за высокой стоимости необходимого оборудования, и это ограничивает их применение.
Введен процесс сварки, называемый взрывной сваркой.

1969 г. СССР применили сварку в космосе на СОЮЗ-6.

Сварка в открытом космосе

1970 г. Внедрены новые технологии пайки для поддержки электронной миниатюризации:

  • паровая фаза
  • инфракрасная
  • горячий газ

1991 г. Сварка трением с перемешиванием.

2000 г. Введение магнитно-импульсной сварки.
Рентген используется для сварки металл / матрица композит.
Использование диодной лазерной сварки расширяется до металлов, таких как титановая фольга из нержавеющей стали.

2008 г. Разработка лазерно-дуговой гибридной сварки.

2013 г. Разработка газовой дуговой сварки-пайки, процесса сварки стали, используемой в автомобилях. В процессе используется присадочный металл, состоящий из
кремния с медным сплавом.
Сварка низкоуглеродистой стали и алюминия с использованием коленчатого соединения и лазерной технологии.

Будущие тенденции сварки

  1. Сварочные операции должны быть более полно интегрированы в гибкие производственные процессы и схемы управления процессом. Сварка будет становиться все более автоматизированной, так как она интегрирована во весь производственный проект и скоординирована с улучшенными информационными системами.
  2. Будущие продукты, для которых требуются сварные соединения, которые будут состоять из материалов, предназначенных для сваривания, таких как высокопрочные стали,
    которые также являются интеллектуальными материалами, содержащими встроенные компьютерные чипы, для мониторинга характеристик жизненного цикла сварного шва. Такие материалы могут создать новые возможности для использования сварки в качестве технологии соединения в ближайшие десятилетия.
  3. В будущем моделирование сварки станет частью нового акцента на интеграцию сварки во всем производственном цикле. Инженеры по сварке и материалов будут разрабатывать новые материалы и адаптировать существующие материалы, которые специально предназначены для сварки в готовые изделия мирового класса.
  4. Разработка материалов, которые позволят снизить энергопотребление.

Что же такое сварка

Сварка — это способ получения неразъёмного соединения материалов. Результат достигается за счёт установления связей между атомами свариваемых деталей. Этот технологический процесс прочно вошел в производство и широко используется в различных областях промышленности.

Без использования металла невозможно представить современный мир. А неотъемлемым процессом промышленности является соединение металлических частей друг с другом.

Многообразие видов сварки

Для сварки используются самые разнообразные источники энергии:

  • вольтовая дуга
  • электроток
  • газовое пламя
  • энергия лазера
  • и другие

Современные исследования учёных позволяют использовать все новые и новые технологии сварочного процесса для создания наиболее прочных и долговечных сварочных конструкций. Как уже было сказано выше, современная промышленность имеет в своём расположении более ста видов сварок.

Основным отличительным признаком является, конечно, применяемый источник энергии. Кроме того к техническим и технологическим признакам относят:

  • по способу защиты металла в зоне сваривания (воздух, вакуум, флюс, пена, защитный газ);
  • по непрерывности процесса (непрерывная или прерывистая)
  • по степени механизации ( ручная, механизированная, автоматизированная, автоматическая);
  • по виду электрода;
  • по роду сварочного тока.

Техническое развитие сварочных процессов позволяет на сегодняшний момент получать сварочные соединения не только в условиях производственного предприятия или лаборатории, как у истоков истории сварки, но также:

  • в открытом океане;
  • под водой;
  • в космосе;
  • при резком перепаде температур.

Сварочные процессы являются необходимыми и исключительно нужными при работе с различными металлами. Именно поэтому человечество на протяжении
всей своей истории начиная с первого знакомства с металлическими материалами и до наших дней стремится развить и оптимизировать процессы
соединения металлов. Сварка пережила активное развитие в XIX веке во времена промышленной революции. Инновационные открытия в области
сварки металлов продолжались на всём протяжении ХХ столетия и сыграли важную роль в развитии военной промышленности с годы мировых войн.

На сегодняшний момент сварка остаётся удобным и незаменимым процессом, применяемым во многих областях промышленности и производства.

Ссылка на основную публикацию