Вступление.

Одни детали соединят "раз и навсегда" (неразборные соединения), другие - так, чтобы их можно было разобрать и собрать вновь (разборные соединения), а третьи - чтобы они могли перемещаться относительно друг друга в определенном направлении (подвижные соединения).

Неразборные соединения получают пайкой, запрессовкой одной детали в другую, клепкой, а чаще всего - сваркой. И именно о ней и пойдет речь…

Сварка - технологический процесс соединения твердых материалов в результате действия межатомных сил, которое происходит при плавлении или пластическом деформировании свариваемых частей. С помощью получают изделия из металла и неметаллических материалов (стекла, керамики, пластмасс и др.), проводят операцию сборки деталей в отдельные узлы и целые конструкции. Используя источники нагрева, применяемые при сварке, можно осуществлять процессы, противоположные соединению, например термическую резку металлов.

Способ получения неразъемные соединений деталей путем сварки и пайки был известен людям еще в глубокой древности. Так, в египетских пирамидах нашли при археологических раскопках золотые изделия, которые имели паянные оловом соединения, а при раскопках итальянского города Помпей обнаружили свинцовые водопроводные трубы с продольным паяным швом.

Широко применялась в прошлом и кузнечная сварка. При этом способе сварки соединяемые материалы нагреваются до состояния пластичности, а затем проковываются в местах соединения.

Быстрое развитие сварки началось в XΙX в В 1802 г. русский ученый В.В. Петров открыл явление электрической дуги - один из видов электрического разряда в газовой среде. Он рекомендовал применять электрическую дугу в качестве источника теплоты для мгновенного расплавления металлов. Но только в 1880-гг. наши соотечественники Н.Н. Бенардос и Н.Г. Славянов первыми в мире применили "дугу Петрова" для сварки металлов.

В середине XX в., в связи с бурным развитием промышленности и строительства, интенсивно стали разрабатываться новые способы сварки. В это время возникла необходимость соединять элементы конструкций толщиной от нескольких микрометров до нескольких метров из самых различных материалов.

Чтобы обеспечить прочное соединение твердых тел, нужно обеспечить взаимодействие атомов на их поверхности. Для этого атомы необходимо сблизить настолько, чтобы между ними могли возникнуть межатомные связи, что в обычных условиях поверхности всегда покрыты пленками оксидов, адсорбированных газов, всевозможных загрязнений.

Существующие в настоящее время виды сварки можно разделить на 2 основные группы. К одной из них относят способы, при которых металлы в месте соединения расплавляются (сварка плавлением). К другой группе - способы, при которых металлы свариваются в твердом состоянии при совместной пластической деформации, иногда одновременно с дополнительным нагревом (сварка давлением).

При сварке плавлением металл в зоне сварки расплавляется и переходит в жидкое состояние, соединение возникает за счет самопроизвольного слияния и взаиморастворения металла соединяемых частей.

При сварке давлением металлические поверхности соединяемых частей совместно сжимаются и деформируются. Приложенное усилие (ковка, давление, удар) вызывает течение металла вдоль поверхности раздела и его перемешивания, разрушает поверхностные слои металла, сближает соединяемые поверхности и способствует соприкосновению их атомов. Сопутствующий нагрев ослабляет связи между атомами, делает их более подвижными, снижает твердость металла и повышает его пластичность - способность к пластическим деформациям.

Рис.1 Пример сварного соединения.

Пайка - процесс, родственный плавке плавлением. Между соединяемыми частями изделия вводится расплавляемый промежуточный металл-припой, который плавится при более низкой температуре, чем соединяемые металлы. Припой в жидком виде заполняет зазор между поверхностями соединяемых деталей под действием капиллярных сил, а застывая, кристаллизуется, образуя прочные связи.

Сварка плавлением включает газовую, дуговую, электрошлаковую, электроннолучевую, лазерную, плазменную. Среди способов плавки давлением наиболее широко применяются контактная, холодная, ультразвуковая, трением, взрывом, диффузионная.

Для соединения металлов используется энергия взрыва, трения, электрической дуги, электронного пучка и др. Изучением способов плавки и их применением, а также разработкой сварочного оборудования занимаются ученые и инженеры-сварочники.

Научные исследования в области сварки направлены на замену ручного труда машинами и автоматами, позволяющими облегчить труд сварщиков и значительно повысить его производительность.

Так, для сварки стыка труб большого диаметра, при прокладке магистрально газо- и нефтепроводов сварщики, работая вручную, затрачивают 8-10 ч. созданная учеными специальная сварочная машина выполняет эту работу в течение 2,5 минут. Для работы на сварочных контейнерах, а также в местах, недоступных непосредственно человеку, используются сварочные роботы.

Роль сварки в народном хозяйстве нашей страны очень велика. Сварка широко применяется в промышленности, строительстве, на транспорте, с сельском хозяйстве, во всех производствах, связанных с обработкой металла.

Электроннолучевая обработка - новая область техники.

Обработка материалов (сварка, резание и т. п.) пучком электронов - совсем новая область техники. Она родилась в 50-гг. XX в. В современной технике приходится иметь дело с очень твердыми или очень хрупкими трудно обрабатываемыми материалами. В электронной технике, например, применяются пластинки из чистого вольфрама, в которых необходимо просверлить сотни микроскопических отверстий диаметром в несколько десятков микрометров. Искусственные волокна изготовляют с помощью фильер, которые имеют отверстия сложного профиля, и столь малые, что волокна, протягиваемые через них, получаются значительно тоньше человеческого волоса. Электронной промышленности нужны керамические пластины толщиной 0,25 мм. И менее с многочисленными углублениями и прорезами.

Рис 2 Стыковые швы. Оказалось, что электронный луч, так же как и лазерный, а)Односторонний без скоса кромок обладает заманчивыми для технологии свойствами.

б)Односторонний со скосом двух Попадая на обрабатываемый материал, он в месте кромок в)Двусторонний с двумя воздействия нагревает до 6000º С (температура поверхности симметричными скосами одной кромок солнца) и почти мгновенно испаряется, образовав в кромки г)двусторонний с двумя материале отверстие или углубление. Современная техника симметричными скосами двух позволяет регулировать плотность излучения электронов, а кромок. следовательно, и температуру нагрева металла. Чрезвычайно ценно также, что действие электронного луча не сопровождается ударными нагрузками на изделие. Особенно это важно при обработке хрупких материалов, таких, как стекло, кварц.