Достоинства и недостатки традиционных способов сварки
В разработке и внедрении различных способов сварки принимали участие многие ученные и изобретатели. К традиционным способам сварки относят дуговую электрическую сварку (Н.Н.Бернардос, Н.Г. Славянов) и все ее разновидности, включая автоматическую дуговую сварку под флюсом (Н.Г.Славянов, Д.А. Дульчевский, Е.О.Патон, В.И.Дятлов), дуговую сварку в среде защитных газов, в том числе в среде углекислого газа (К.В. Любавский, Г.Д. Никифиров, А.И. Акулов Институт элекиросварки (ИЭС) им.Е.О.Патона), электрошдаковую сварку (Г.Б. Волошкевич. ИЭС им. Е.О.Патона) газопламенную сварку и резку (С.К. Девиль,Ш. Пикан, Э. Фуше), контактную сварку (Э.Томсон, Н.Н. Бенардос, Д. Снаки) .
Внедрение в промышленность этих способов сварки стало возможным благодаря их достоинствам:
· по сравнению с болтовыми и клепанными 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, работающих в режимах РДС к 2005 г. достигла 1,2 млн. человек.
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 … 2000 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%-ную 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 ХХ в. стали видны недостатки электрической дуги как основного источника нагрева при 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 от термогазодинамических и электромагнитных воздействий.
Сварочная дуга – не простой потребитель электроэнергии. В течение цикла сварки сила тока, протекающего через дугу, источник питания (ИП) и электрическая сеть, может несколько раз измениться от максимального значения при коротком замыкании электрода на деталь и до нуля при обрывах дуги.
При РДС требуется 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 положений 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, гидродинамическми, 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 окислы, а также фтор, кремний, азот), а также инфракрасных (ИК) и ультрафиолетовых (УФ) излучений, к концу ХХ в. стало ясно, что никакие сверхсовременные сварочные маски и лицевые щитки с системами подачи воздуха 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 ХХI 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 способах сварки.