Вступ

Для розуміння ролі та значення зварювання у розвитку виробничих сил суспільства важливо визначити його місце поміж інших способів з’єднання твердих тіл.

Види з’єднань. З’єднання можуть бути роз’ємні та нероз’ємні. Роз’ємні — це ті, які можуть бути розділені на окремі деталі без порушення їх цілісності. До них відносять з’єднання: болтові, заклепкові, клинові, оптичний контакт та інші. До нероз’ємних відносять з’єднання отримані: зварюванням, паянням, глибоким оптичним контактом, склеюванням цементами.
Оптичним контактом з’єднують скло, попередньо піддавши поверхні оптичній поліровці, яка забезпечує такий розмір мікронерівностей, при якому між поверхнями виникають сили Ван–дер–Ваальса. Для цього з’єднання недопустимі термоудари, вібронавантаження, при яких воно руйнується без порушення цілісності деталей. При використанні глибокого оптичного контакту на поверхні, що з’єднуються, наносять шар рідкого SіO2 деталі стискують, нагрівають до температури 300 °С і витримують деякий час. При цьому повністю зникає межа розділу.
З усіх видів нероз’ємних з’єднань по масштабам використання в промисловості на першому місці знаходиться зварювання. Зварювання, як технологічний процес — це отримання нероз’ємного з’єднання із заготовок або вузлів із твердих матеріалів за рахунок міжатомних сил зчеплення з доведенням поверхні заготовок до рідкого стану з використанням нагріву і механічного зусилля, чи без нього, або без нагрівання з використанням механічного зусилля.

Розвиток електродугового та електроконтактного зварювання. Явище дугового розряду відкрив та дослідив у 1802 році академік
В. В. Петров. У 1882 році його відкриття, електричну дугу, використав для зварювання металів вугільним електродом видатний російський винахідник Н. Н. Бенардос.


1 — вугільний електрод; 2 — залізний пруток


Рисунок 1 — Принципова схема зварювання вугільним електродом

Подальший розвиток зварювання пов’язаний з працею талановитого російського інженера та винахідника Н. Г. Славянова, який у 1888 році закінчив розробку дугового зварювання металевим електродом.
Наприкінці минулого сторіччя почало поширено використовуватися газове зварювання (1895 р.), що пов’язано з промисловим виробництвом карбіду кальцію і розробкою апаратури для газокисневої різки та зварювання.
У 1877 році спосіб контактного зварювання опором (рисунок 2, б) запатентував професор Е. Томсон (США), а основи точкового
(рисунок 2, а) та роликового (шовного) зварювання (рисунок 2, в) розробив Н. Н. Бенардос.



а — точкове; б — опором; в — роликове


Рисунок 2 — Принципові схеми контактного зварювання

У 1907 році шведський інженер Кельберг розробив зварювання покритим електродом. При цьому різко підвищилась якість зварних з’єднань завдяки стабілізації дугового розряду та захисту зони зварювання від навколишнього середовища.
На початку 20–х років під керівництвом професора В. П. Вологдіна вперше у СРСР на Далекосхідному суднобудівному заводі були зроблені за допомогою дугового зварювання такі відповідальні роботи, як зварювання котлів, легких мостів та інших конструкцій. Особливо широке розповсюдження дугове зварювання знайшло після утворення в середині
20–х років двох трестів: Всесоюзний Автогенний Трест (ВАТ) та Український Автогенний Трест (УАТ).
На початку 1940 років під керівництвом Є. О. Патона було розроблене автоматичне дугове зварювання, а у 1950 році — напівавтоматичне зварювання під шаром флюсу (рисунок 3).



1 — подавальні ролики; 2 — зварювальний дріт; 3 — флюс;
4 — шлак; 5 — дуга; 6 — зварювальна ванна; 7 — зварний шов


Рисунок 3 — Принципова схема зварювання під шаром флюсу

Ідею зварювання під флюсом запропонував ще Н. Г. Славянов, а здійснив в лабораторних умовах у 1929 році радянський винахідник
Д. А. Дульчевський.
Наприкінці 40–х років у промисловості почали використовувати дугове зварювання в середовищі захисних газів (рисунок 4). Ідея використання газів для захисту зони зварювання у свій час була запропонована Н. Н. Бенардосом, але вперше здійснена у 1928 році американським вченим Александером.



Рисунок 4 — Принципова схема електродугового зварювання в середовищі захисних газів

У 1949 році був розроблений спосіб електрошлакового зварювання для отримання з’єднань металів великої товщини (десятки, сотні мм).

Приклади інших способів зварювання.
Дифузійне зварювання в вакуумі (ДЗВ). На початку 50–х років з’являється принципово новий спосіб зварювання — дифузійне зварювання в вакуумі (рисунок 5).



1 — пуансон; 2 — вакуумна камера; 3 — нагрівник (індукційний,
радіаційний, у тліючому розряді, променевий нагрів, прохідним
струмом); 4 — деталі, що зварюються; 5 — зварювальний стіл


Рисунок 5 — Принципова схема дифузійного зварювання в вакуумі

Перші теоретичні розробки ДЗВ пов’язані з Н. Ф. Козаковим.
ДЗВ прецизійний спосіб зварювання в твердій фазі, Тзв = (0.7 – 0.8)Тпл,
де Тпл — температура плавлення найбільш легкоплавкого із матеріалів, що з’єднуються. Цім способом з’єднують понад 650 пар різнорідних матеріалів: метал + метал, метал + неметал, неметал + неметал.

Зварювання в електричному полі. В кінці 60–х років на Україні і в Росії починається теоретична розробка і практичне використання зварювання в електричному полі. Це прецизійний (особливо точний) спосіб зварювання в твердій фазі, Тзв = (0.1 – 0.3)Tпл найбільш легкоплавкого із матеріалів, що з’єднуються. Принципова схема способу наведена на рисунку 6.



1 — виріб, що зварюється; 2 — нагрівник
(радіаційний нагрів); 3 — зварювальний стіл


Рисунок 6 — Принципова схема зварювання в електричному полі


Під дією нагріву та великого електричного потенціалу в діелектрику (одна із деталей, що зварюється) відбувається поляризація. У зоні контакту виникає подвійний електричний шар, здатний створити зусилля притягання, достатнє для руйнування мікронерівностей. Після досягнення фізичного контакту між двома поверхнями відбуваються електрохімічні реакції і утворюється зварне з’єднання.

Вчені в курсі ТЗП. Засновником широкого запровадження електродугового зварювання плавленням у промисловості є Є. О. Патон (народився 5 березня 1870 року у Ніцці, Франція, у сім’ї російського консула).
Є. О. Патон почав свій творчий шлях в області мостобудування. З 1929 року (у віці 59 років) в житті Євгена Оскаровича почався новий період життя. Він почав працювати в області електричного зварювання. Цією проблемою він займався до кінця життя (помер 12 серпня
1953 року). У 1929 році він засновує при Академії наук УРСР невелику лабораторію, яка у 1934 році була перетворена у науково–дослідний інститут електрозварювання АН УРСР. У 1935 році він засновує кафедру зварювання у КПІ. З 1946 року по 1953 рік Є. О. Патон керує проектуванням та виготовленням більше 100 зварних мостів.
Послідовниками Євгена Оскаровича Патона були його син Борис Євгенович Патон, а також К. К. Хренов, Г. І. Тіходєєв, В. І. Дятлов,
Г. І. Лесков, які розробили та пояснили теорію дугового розряду.
В. І. Дятлов розробив принцип саморегулювання зварювальної дуги, на якому працюють близько 50% зварювальних тракторів у всьому світі.
А. А. Єрохін, В. В. Фролов та Н. Н. Прохоров зробили великий вклад в розвиток металургійної та фізико–хімічної теорії, Н. А. Окерблом розробив методи розрахунків зварювальних напруг та деформацій,
Н. Н. Рикалін розробив теорію теплових процесів при зварюванні.

Зміст та значення курсу ТЗП. Знання теоретичних основ зварювання дозволяє вдосконалювати старі та розробляти нові способи зварювання, технологічні процеси та зварювальне обладнання.
Курс ТЗП є основним (базовим) для подальшого вивчення спеціальних дисциплін відповідного напрямку.
Курс базується на дисциплінах: фізика (в тому числі фізика твердого тіла), хімія (в тому числі фізична хімія), вища математика, опір матеріалів, електротехніка, матеріалознавство та інших.
Курс ТЗП складається з розділів:
— джерела енергії при зварюванні;
— теорія дугового розряду;
— термічні не дугові джерела енергії;
— термопресові процеси;
— пресово-механічні процеси;
— термодинаміка;
— теплові процеси при зварюванні;
— термодеформаційні процеси при зварюванні;
— металургія зварювання;
— здатність металів до зварювання;
— кристалізація металу шва та технологічна міцність.

===>>> Зміст