Большая Советская Энциклопедия (СВ) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ". Страница 6

При механизированных способах С. применяют газовую защиту — С. в защитных газах, или газоэлектрическую С. Идея этого способа принадлежит Н. Н. Бенардосу (конец 19 в.). С. осуществляется сварочной горелкой или в камерах, заполненных газом. Газы непрерывно подаются в дугу и обеспечивают высокое качество соединения. Используют инертные и активные газы (см. в ст. Сварочные материалы). Наилучшие результаты даёт применение гелия и аргона. Гелий из-за высокой стоимости его получения используют только при выполнении специальных ответственных работ. Более широко распространена автоматическая и полуавтоматическая С. в аргоне или в смеси его с другими газами неплавящимся вольфрамовым и плавящимся стальным электродами. Этот способ применим для соединения деталей обычно небольших толщин из алюминия, магния и их сплавов, всевозможных сталей, жаропрочных сплавов, титана и его сплавов, никелевых и медных сплавов, ниобия, циркония, тантала и др. Самый дешёвый способ, обеспечивающий высокое качество, — С. в углекислом газе, промышленное применение которой разработано в 50-е гг. 20 в. в Центральном научно-исследовательском институте технологии и машиностроения (ЦНИИТМАШ) под руководством К. В. Любавского. Для С. в углекислом газе используют электродную проволоку. Способ пригоден для соединения изделий из стали толщиной 1—30 мм.

К электрическим способам С. плавлением относится электрошлаковая С., при которой процесс начинается, как при дуговой С. плавящимся электродом — зажиганием дуги, а продолжается без дугового разряда. При этом значительное количество шлака закрывает сварочную ванну. Источником нагрева металла служит тепло, выделяющееся при прохождении электрического тока через шлак. Способ разработан в институте электросварки им. Е. О. Патона и получил промышленное применение (в конце 50-х гг.). Возможна электрошлаковая С. металлов толщиной до 200 мм (одним электродом), до 2000 мм (одновременно работающими несколькими электродами). Она целесообразна и экономически выгодна при толщине основного металла более 30 мм. Электрошлаковым способом можно выполнять ремонтные работы, производить наплавку, когда требуется значительная толщина наплавляемого слоя. Способ нашёл применение в производстве паровых котлов, станин прессов, прокатных станов, строительных металлоконструкций и т. п.

Осуществление дуговой электросварки возможно также в воде (пресной и морской). Первый практически пригодный способ С. под водой был создан в СССР в Московском электромеханическом институте инженеров ж.-д. транспорта в 1932 под руководством К. К. Хренова. Дуга в воде горит устойчиво, охлаждающее действие воды компенсируется небольшим повышением напряжения дуги, которая плавит металл в воде так же легко, как и на воздухе. С. производится вручную штучным плавящимся стальным электродом с толстым (до 30% толщины электрода) водонепроницаемым покрытием. Качество С. несколько ниже, чем на воздухе, металл шва недостаточно пластичен. В 70-е гг. в СССР в институте электросварки им. Е. О. Патона осуществлена С. под водой полуавтоматом, в котором в качестве электрода использована т. н. порошковая проволока (тонкая стальная трубка, набитая смесью порошков), непрерывно подаваемая в дугу. Порошок является флюсом. Подводная С. ведётся на глубине до 100 м, получила распространение в судоремонтных и аварийно-спасательных работах.

Один из перспективных способов С. — плазменная С. — производится плазменной горелкой. Сущность этого способа С. состоит в том, что дуга горит между вольфрамовым электродом и изделием и продувается потоком газа, в результате чего образуется плазма, используемая для высокотемпературного нагрева металла. Перспективная разновидность плазменной С. — С. сжатой дугой (газы столба дуги, проходя через калиброванный канал сопла горелки, вытягиваются в тонкую струю). При сжатии дуги меняются её свойства: значительно повышается напряжение дуги, резко возрастает температура (до 20000—30000 °С). Плазменная С. получила промышленное применение для соединения тугоплавких металлов, причём автоматы и полуавтоматы для дуговой С. легко могут быть приспособлены для плазменной при соответствующей замене горелки. Плазменную С. используют как для соединения металлов больших толщин (многослойная С. с защитой аргоном), так и для соединения пластин и проволоки толщиной от десятков мкм до 1 мм (микросварка, С. игольчатой дугой). Плазменной струей можно осуществлять также др. виды плазменной обработки, в том числе плазменную резку металлов.

Газовая С. относится к способам С. плавлением с использованием энергии газового пламени, применяется для соединения различных металлов обычно небольшой толщины — до 10 мм. Газовое пламя с такой температурой получается при сжигании различных горючих в кислороде (водородно-кислородная, бензино-кислородная, ацетилено-кислородная С. и др.). Промышленное применение получила ацетилено-кислородная газовая С. Существенное отличие газовой С. от дуговой С. — более плавный и медленный нагрев металла, Это обстоятельство определяет применение газовой С. для соединения металлов малых толщин, требующих подогрева в процессе С. (например, чугун и некоторые специальные стали), замедленного охлаждения (например, инструментальные стали) и т. д. Благодаря универсальности, сравнительной простоте и портативности оборудования газовая С. целесообразна при выполнении ремонтных работ. Промышленное применение имеет также газопрессовая сварка стальных труб и рельсов, заключающаяся в равномерном нагреве ацетилено-кислородным пламенем металла в месте стыка до пластического состояния и последующей осадке с прессованием или проковкой.

Перспективными являются появившиеся в 60-е гг. способы лучевой С., также осуществляемые без применения давления. Электроннолучевая (электронная) С. производится сфокусированным потоком электронов. Изделие помещается в камеру, в которой поддерживается вакуум (10^-2—10^-4 н/м²), необходимый для свободного движения электронов и сохранения концентрированного пучка электронов. От мощного источника электронов (электронной пушки) на изделие направляется управляемый электронный луч, фокусируемый магнитным и электростатическими полями. Концентрация энергии в сфокусированном пятне до 10⁹вт/см². Перемещая луч по линии С., можно сваривать швы любой конфигурации при высокой скорости. Вакуум способствует меньшему окислению металла шва. Электронный луч плавит и доводит до кипения практически все металлы и используется не только для С., но и для резки, сверления отверстий и т. п. Скорость С. этим способом в 1,5—2 раза превышает скорость дуговой С. при аналогичных операциях. Недостаток этого способа — большие затраты на создание вакуума и необходимость высокого напряжения для обеспечения достаточно мощного излучения. Этих недостатков лишён др. способ лучевой С. — фотонная (световая) С. В отличие от электронного луча, световой луч может проходить значительные расстояния в воздухе, не теряя заметно энергии (т. е. отпадает необходимость в вакууме), может почти без ослабления просвечивать прозрачные материалы (стекло, кварц и т. п.), т. е. обеспечивается стерильность зоны С. при пропускании луча через прозрачную оболочку. Луч фокусируется зеркалом и концентрируется оптической системой (например, кварцевой линзой). При потребляемой мощности 50 квт в луче удаётся сконцентрировать около 15 квт.

Для создания светового луча может служить не только искусственный источник света, но и естественный — Солнце. Этот способ С., называется гелиосваркой, применяется в условиях значительной солнечной радиации, Для С. используется также излучение оптических квантовых генераторов — лазеров, Лазерная С. занимает видное место в лазерной технологии.

Сварка давлением. Способы С. в твёрдой фазе дают сварное соединение, прочность которого иногда превышает прочность основного металла. Кроме того, в большинстве случаев при С. давлением не происходит значительных изменений в химическом составе металла, т. к. металл либо не нагревается, либо нагревается незначительно. Это делает способы С. давлением незаменимыми в ряде отраслей промышленности (электротехнической, электронной, космической и др.).