БУКИНИСТ

Г.А. Николаев. Н.А. Ольшанский.

Сварка открыла возможность коренного улучшения технологии производства всевозможных машин, приборов, строительных конструкций. Она способствует автоматизации и механизации работ при их изготовления. Применение автоматов, полуавтоматов и машин позволило высвободить для других нужд народного хозяйства целую армию рабочих.

Современный уровень развития сварочной техники в нашей стране - прочная база для еще более широкого и эффективного использования сварки как мощного средства значительного повышения производительности труда, экономии металлов в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве и транспорте, повышения качества и удешевления продукции.

Для еще более успешного развития сварочного производства необходимо ускорить создание совершенных систем автоматического управления сварочным оборудованием, основанных на применении программирования и кибернетики; автоматических и поточных линий; высокопроизводительных сварочных машин и вспомогательного оборудования.

Дальнейшее развитие современной техники в существенной степени определяется разработкой новых материалов с особыми свойствами. Это вызвано тем, что атомной энергетике, электронике, большой химии, ракетостроению и другим отраслям производства присущи чрезвычайно высокие скорости процессов, большие давления, высокие температуры и некоторые особые эффекты. Важно, чтобы конструкционный материал был устойчив в этих условиях работы при быстрых сменах температур и напряжений, незначительно испарялся в вакууме, не меняя свойств при облучении продуктами ядерного распада, противостоял действию агрессивных сред и т. д.

Современное состояние техники характеризуется возросшим применением редких металлов и сплавов и неметаллических материалов. Освоение их как конструкционных материалов, и расширение областей их применения играет важнейшую роль в деле технического прогресса.

В перспективных конструкциях новой техники находят широкое применение такие тугоплавкие и редкие металлы, как вольфрам, молибден, тантал, ниобий, цирконий и т. п., обладающие высокими жаростойкостью, жаропрочностью, сопротивлением коррозии и другими специфическими свойствами.

В ряде случаев эксплуатации при экстремальных температурных условиях, в чрезвычайно агрессивных средах, в потоках нейтронов высокой интенсивности и под воздействием других особых факторов даже эти металлы не могут удовлетворить требованиям, предъявляемым к изделиям условиями их работы. Вследствие этого создаются материалы, имеющие особые свойства. Кроме, того, к широко применяемым материалам в ряде случаев начинают предъявлять повышенные требования в связи с использованием их в новых видах ответственных конструкций.

В связи с этим перед сварщиками возникают все новью и новые задачи разработки более совершенной технологии сварки широко применяемых и новых материалов, что требует или модернизации существующего оборудования и технологии, или разработки новых более совершенных методов сварки.

Использование в различных отраслях новой техники в качестве конструкционных материалов редких и тугоплавких металлов, которые ранее находили ограниченное применение, в основном лишь в качестве легирующих добавок, выдвинуло проблему разработки методов их сварки. Эти металлы составляют группу трудносваривающихся вследствие того, что, помимо высокой температуры плавления, они характеризуются высокой химической активностью при повышенных температурах. Большинство из них реагирует со всеми известными флюсами, а некоторые являются геттерами. Поэтому применительно к этим металлам оказались неприемлемыми такие методы сварки, как ручная дуговая сварка плавящимся электродом, сварка под флюсом и газовая.

Качественная сварка этих металлов в принципе может быть осуществлена при условии отсутствия продолжительного нагрева металла до высоких температур и обеспечения идеальной защиты металла от атмосферы с применением в ряде случаев больших скоростей процесса сварки.

Первые работы по аргоно-дуговой сварке редких и тугоплавких металлов показали, что этот метод с применением открытых горелок может быть ограниченно использован лишь при сварке тонкостенных изделий некоторых металлов, например тантала и ниобия, с обязательной газовой защитой нижней стороны шва. Получить необходимое качество сварки на цирконии и молибдене при использовании этого технологического процесса оказалось невозможным. Было очевидно, что защита инертным газом, подаваемым из горелки и даже при защите нижней стороны шва, не обеспечивает требуемых условий изоляции металла от воздуха.

В связи с тем, что активные металлы насыщаются газами не только в области сварочной ванны, но и в зонах, нагретых до значительно более низких температур, возникла необходимость защиты больших поверхностей свариваемого металла. Поэтому представлялось целесообразным провести усовершенствование метода дуговой сварки в инертных газах в целях использования его при сварке тугоплавких и активных металлов. При этом использовались подвижные кожухи, закрывающие горелку, место сварки и значительную зону нагреваемого металла. Применение защитных кожухов хотя и дало возможность несколько улучшить качество сварных соединений по сравнению со сваркой открытыми горелками, однако этот способ также не гарантировал от ухудшения физико-химических свойств металла сварных соединений.

Улучшение условий изоляции от атмосферы достигается путем использования герметичных камер с атмосферой из инертного газа, состав которого в очень малой степени может отличаться от состава газа в баллоне. Наличие герметичной камеры исключает попадание в нее воздуха. Однако процесс сварки в камерах с контролируемой атмосферой также далек от обеспечения идеальной защитной среды вследствие того, что в промышленных инертных газах всегда присутствует некоторое количество азота, кислорода и водяных паров.

Дальнейшее улучшение качества металла шва при сварке в инертном газе могло быть получено лишь путем использования химически чистых инертных газов. Однако получение таких газов представляет значительные трудности. Эти газы практически в промышленном масштабе не производятся.

Таким образом, совершенствование существующих методов сварки не решает проблемы сварки конструкций из тугоплавких и активных металлов и неметаллических материалов.

Основным недостатком дуговых методов сварки является относительно небольшая концентрация энергии в источнике теплоты и несовершенство зашиты металла от действия кислорода и азота воздуха. Вследствие этого время действия высоких температур на металл сварного соединения оказывается чрезвычайно длительным. Длительное воздействие высоких температур на металл сварного соединения при его недостаточной защите приводит к ряду нежелательных явлений: потере пластичности и антикоррозионных свойств, значительным размерам шва и вследствие этого большим затратам энергии и большим остаточным деформациям, насыщению металла шва газами и др. Эти недостатки в значительной степени могут быть устранены путем использования для сварки источников теплоты с высокой концентрацией энергии в сочетании с совершенной защитой.

В последнее время в сварочной технике находят применение источники теплоты, концентрация энергии в которых на 2-3 порядка выше, чем у старых источников. К высококонцентрированным источникам относятся: электронный луч, когерентный световой луч, токи высокой частоты.

Разработаны методы сварки с использованием в качестве защиты вакуума: электроннолучевая, диффузионная, дуговая и др. Использование вакуума в качестве защиты при сварке дает возможность надежно защитить расплавленный металл при сварке активных и тугоплавких металлов и получить высокое качество металла шва.

Электроннолучевая сварка позволяет благодаря большой концентрации энергии проплавлять толстый металл очень узким Кинжальным швом.

При небольшом расходе электроэнергии, в десятки раз меньше, чем при дуговых методах сварки, удается сваривать стали и сплавы толщиной более 100 мм. Этот метод дает возможность осуществлять сварку и неметаллических материалов.

В промышленности используются квантовые генераторы - лазеры, дающие сверхмощные пучки световой энергии, открывающие новые возможности соединения материалов.

Диффузионная сварка в вакууме позволяет сваривать материалы с образованием ряда новых видов соединений, недоступных для обычных способов сварки.

Процесс образования сварного соединения ранее обычно связывали с нагревом металла до высоких температур. Современные представления о природе металлических межатомных связей показывают возможность использования этого механизма для соединения металлов в твердом состоянии.

В последние годы появилось несколько методов сварки металлов без их расплавления, основанных на эффекте образования металлических связей на ювенильных поверхностях с использованием пластических деформаций металла (холодная, ультразвуковая, трением, взрывом и диффузионная). Перечисленные методы сварки объединяет общность физических процессов возникновения металлических связей между соединяемыми поверхностями. В этих процессах образование металлических связей происходит в твердом состоянии металла в результате совместной пластической деформации. Методы сварки в твердом состоянии различаются способами, которыми осуществляется пластическая деформация, величиной пластической деформации и температурным режимом.

Сварка в твердом состоянии значительно расширяет область применения сварки, позволяя соединять между собой разнородные металлы, сварка плавлением которых была невозможна, соединять неметаллические материалы с металлами и т. п.

Новые способы позволяют осуществить так называемую прецизионную сварку, т. е. получить конструкции с заданными расчетными размерами. Это, в свою очередь, открывает неограниченные возможности для автоматизации сварочного производства, для создания самого совершенного сварочного оборудования с программным управлением. В сварных конструкциях будущего будут использоваться металлические и неметаллические детали законченных форм и размеров. Сварная конструкция будет свободна от внутренних напряжений, не будет нуждаться ни в термической, ни в механической обработке.

В промышленности, строительстве и сельском хозяйстве все более широкое применение находит полимерные материалы. Использование этих материалов снижает вес изделий, габаритные размеры, эксплуатационные расходы и повышает производительность труда. В связи с широким использованием полимеров в качестве конструкционных материалов возникла проблема их соединения. В промышленности используется несколько методов сварки полимеров: теплоносителями, ультразвуком, инфракрасным излучением и др. Предстоит дальнейшая работа по совершенствованию методов сварки полимеров и пластмасс.