СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ СВАРКИ И РЕЗКИ

Достоинства и недостатки традиционных способов сварки

В разработке и внедрении различных способов сварки прини­мали участие многие ученые и изобретатели. К традиционным спо­собам сварки относят дуговую электрическую сварку (Н. Н. Бенар - дос, Н. Г. Славянов) и все ее разновидности, включая автомати­ческую дуговую сварку под флюсом (Н. Г. Славянов, Д. А.Дульчевс - кий, Е. О. Патон, В. И. Дятлов), дуговую сварку в среде защитных газов, в том числе в среде углекислого газа (К. В. Любавский, Г. Д.Никифоров, А. И. Акулов, Институт электросварки (ИЭС) им. Е. О. Патона), электрошлаковую сварку (Г. Б. Волошкевич, ИЭС им. Е. О. Патона), газопламенную сварку и резку (С. К. Девиль, Ш. Пи­кап, Э. Фуше), контактную сварку (Э. Томсон, Н. Н.Бенардос, Д. Сиаки).

Внедрение в промышленность этих способов сварки стало воз­можным благодаря их достоинствам:

• по сравнению с болтовыми и клепаными соединениями свар­ка повышает производительность труда в десятки раз, при этом сокращается расход металлов, облегчается конструкция изделия;

• сварка позволяет быстро восстанавливать и ремонтировать изношенные и поломанные при авариях детали, узлы, устройства и механизмы;

• сварка оказывается незаменимой в создании новых ответствен­ных конструкций и технологий.

При этом ручная дуговая сварка (РДС) стала безраздельно гос­подствовать в строительстве, ремонте и монтажных работах, а также при прокладке магистральных газо - и нефтепроводов. Численность сварщиков РДС к 2005 г. достигла 1,2 млн чел.

Автоматическая сварка под флюсом оказалась незаменимой при сварке цельнометаллических мостов, резервуаров, судовых кор­пусов и магистральных трубопроводов.

Сварка в среде углекислого газа стала основным способом со­единения металлоконструкций в машиностроении, строительстве, монтажных работах при толщине деталей 1... 10 мм.

Электрошлаковая сварка прочно завоевала свои позиции в ма­шиностроении при сварке изделий толщиной 10...2ООО мм.

Газопламенная сварка оказалась незаменимой при сварке тех­нологических трубопроводов и их ремонте.

Контактная сварка прочно обосновалась в автомобилестроении и приборостроении.

Однако, полное внедрение сварки в различные современные отрасли промышленности, использующие безлюдные технологии, 100%-ные компьютеризацию и интернетную коммуникацию воз­можно при высокой скорости сварки, минимизации объема свар­ного шва и экологичности при минимальных затратах энергоре­сурсов.

Оказалось, что у газопламенной сварки почти нет резерва: мощность и концентрация пламени — на пределе, а процесс га­зопламенной сварки относится к категории взрывоопасных.

К концу XX в. стали видны недостатки электрической дуги как основного источника нагрева при всех разновидностях и способах сварки.

Исследования академика В. И. Столбова показали, что свароч­ная дуга легко поддается воздействию даже слабых внешних воз­мущений, меняя свои силовые и тепловые поля. Относительно слабая связь дуги с анодом и катодом требует специальных мер защиты от термогазодинамических и электромагнитных воздей­ствий.

Сварочная дуга — не простой потребитель электроэнергии. В течение цикла сварки сила тока, протекающего через дугу, ис­точник питания (ИП) и электрическую сеть, может несколько раз измениться от максимального значения при коротком замы­кании электрода на деталь и до нуля при обрывах дуги.

При РДС требуются особое искусство и устойчивые навыки по ведению стабильного процесса горения дуги и металлургической обработке шва, и главное — качественное выполнение сварных соединений металлов во всех пространственных положениях шва, включая нижнее, вертикальное и потолочное.

Перспектива развития дуговой сварки стала зависеть от реше­ния проблемы совместимости ИП с энергетическими системами электросети (ее переходными и резонансными свойствами), с процессами, происходящими в сварочной ванне (электрически­ми, тепловыми, гидродинамическими, деформационными, ме­таллургическими), а также от окончательного решения проблемы помех, создаваемых этими ИП в эфире.

Учитывая опасное воздействие на сварщика или оператора сва­рочной машины электромагнитного излучения дуги и источника питания, вредное воздействие флюсовой пыли и аэрозолей (же­лезо, марганец, хром, никель, алюминий, медь, цинк и их окси­ды, а также фтор, кремний, азот), а также инфракрасных (ИК) и

ультрафиолетовых (УФ) излучений, к концу XX в. стало ясно, что никакие сверхсовременные сварочные маски и лицевые щитки с системами подачи воздуха и автоматически затемняющимися све­тофильтрами (защита от светового ультрафиолетового излучения) не спасают сварщика от пневмокониоза, хронического бронхита, интоксикаций и риска развития лейкозов и злокачественных но­вообразований. Многие сварщики с большим стажем по состоя­нию здоровья не дорабатывают даже до льготного пенсионного возраста — 55 лет.

Итак, к началу XXI в. прояснилась и определилась не только проблема с ИП сварочной дуги, но и проблема с экологичностью самого процесса сварки с пагубным воздействием на сварщика как электрической дуги, так и ИП этой дуги. Назрела необходи­мость в изыскании высокоэкологичных безлюдных специальных способов сварки, лишенных недостатков традиционных способов сварки.