В народном хозяйстве нашей страны ежегодно с помощью сварки производятся десятки миллионов тонн металлоконструкций. При изготовлении многих из них применяются механизированные и автоматизированные способы сварки, созданные советскими учеными и производственниками. Однако большинство металлоконструкций все еще изготовляется с помощью ручной дуговой сварки, так как применение таких известных способов механизированной сварки, как сварка под флюсом и в углекислом газе, затруднено из-за ухудшения защиты расплавленного металла и снижения вследствие этого качества сварных конструкций. В СССР ручной сваркой занимаются сотни тысяч сварщиков, в ряде случаев сварочные работы выполняются на монтажных площадках, в полевых условиях, в открытых цехах, при неблагоприятных погодных условиях.
В ручной сварке решающее значение имеет качество электродов. Исследования, проведенные в Институте электросварки им. Е. О. Патона, привели к созданию новых, более совершенных марок электродов, дающих высокое качество шва и менее токсичных (марки АНО-1, АНО-3, АНО-4, АНО-5 и АНО-6 для сварки конструкционных углеродистых и низколегированных сталей).
Особенно важным было упорядочение электродного производства в стране, проведенное при активном участии Института электросварки. Были ликвидированы мелкие электродные заводы и мастерские, построены мощные, полностью автоматизированные предприятия с годовым выпуском электродов от 10 до 60 тыс. т и реконструированы некоторые крупные старые заводы. В результате в 1969 г. Советский Союз занял первое место в мире по производству электродов, выпустив их свыше 500 тыс. т, что полностью покрывало потребности нашей страны. Значительно сократился выпуск электродов с руднокислым покрытием и резко увеличилось производство электродов с рутиловым и рутило-карбонатным покрытиями, что существенно расширяет диапазон свариваемых сталей и повышает качество сварки.
В современной сварочной технике наблюдается тенденция к применению экономичных источников тока, в которых отсутствуют движущиеся и вращающиеся детали. В Институте электросварки создан переносный сварочный трансформатор СТШ-250, имеющий значительно меньший вес, чем трансформаторы, которые выпускались ранее. В последние 10—15 лет в нашей стране созданы выпрямители для ручной дуговой сварки, а также для различных способов механизированной дуговой сварки — под флюсом и в защитном газе.
Качество сварных соединений, выполненных с помощью ручной дуговой сварки, не всегда отвечает современным требованиям. Перед советскими учеными-сварщиками стоит важная и трудная задача: создать механизированные способы сварки, которые дали бы возможность повысить производительность труда при изготовлении и монтаже миллионов тонн сварных конструкций и улучшить их качество. Прогресс современного сварочного производства немыслим без целенаправленных исследований и научных поисков. Советскими специалистами-сварщиками выполнена большая работа по совершенствованию существующих и созданию принципиально новых способов сварки, сварочных материалов и оборудования.
В последнее десятилетие наблюдается бурное развитие полуавтоматической сварки в защитном газе, которая успешно вытесняет ручную дуговую и газовую сварку и одновременно отвоевывает у полуавтоматической сварки под флюсом позиции в ряде отраслей промышленности. Большое развитие получила автоматическая и полуавтоматическая дуговая сварка плавящимся электродом в углекислом газе. В 60-е годы наблюдается резкое увеличение объема выпуска оборудования и электродных проволок для полуавтоматической дуговой сварки в С02.
Существенное значение имеет прогнозирование развития сварочной науки и техники, сварочного производства на длительный период. Попытаемся оценить тенденции развития сварки плавлением на ближайшее десятилетие и наметить основные пути повышения производительности труда при этом виде сварки. Анализ современного состояния сварочного производства свидетельствует о том, что сварка плавлением занимает ведущие позиции во всех промышленно развитых странах. В дальнейшем роль этого вида сварки будет уменьшаться вследствие интенсивного развития сварки в твердой фазе. Однако еще долгое время сварка плавлением будет оставаться основным видом сварки металлов. Постоянное стремление к повышению производительности и эффективности сварки плавлением проявилось в непрерывном повышении мощности источников сварочного нагрева и увеличении концентрации энергии в зоне плавления металла.
Появление и развитие плазменно-дуговой и электроннолучевой сварки служит иллюстрацией к сказанному. Но радикальные изменения коснулись и классического способа—сварки электрической дугой.
Автоматическая сварка
Самый распространенный способ механизированной сварки сталей и сплавов под флюсом в ряде случаев уступает позиции сварке в углекислом газе. Абсолютные цифры, характеризующие объемы применения сварки под флюсом, правда, постоянно возрастают. Полуавтоматическая сварка в углекислом газе развивается поистине стремительно благодаря простоте и эффективности этого технологического процесса.
Применение порошковой проволоки открыло новые возможности перед способами сварки в защитных газах. Немаловажное значение имеет и тот факт, что сварочная дуга, горящая в потоке газов, вновь стала видимой. (Это звучит, может быть, парадоксально, но при всех преимуществах погруженной во флюс закрытой дуги проявляется и ее недостаток — затруднительность ведения дуги вдоль линии сварки, особенно при выполнении криволинейных швов). Упрощается и техника выполнения вертикальных и горизонтальных швов без принудительного формирования, совершенно необходимого при сварке под флюсом. Со сваркой в защитных газах в ряде случаев конкурирует сварка порошковой и сплошной проволокой незащищенной дугой. Это особенно важно для выполнения сварочных работ в полевых условиях. У процесса сварки порошковой проволокой большое будущее.
Однако возможности сплошной сварочной проволоки еще далеко не исчерпаны. В частности, использование редкоземельных элементов открыло большие перспективы создания новых композиций проволок для сварки в защитных газах и без дополнительной защиты дуги.
За истекшие годы, казалось бы, вполне устоялись наши представления о возможностях электрошлаковой сварки толстого металла. Немало было сделано в нашей стране и за рубежом, в частности в Великобритании, для устранения основного препятствия на пути этого прогрессивного способа сварки — необходимости нормализации сварного соединения. К сожалению, будучи довольно эффективными в применении к нелегированным сталям, все эти средства оказались недостаточными в случае легированных сталей, для которых неизбежное разупрочнение металла околошовной зоны требует восстановления его свойств высокотемпературной термообработкой.
Новое направление применения электрошлаковой сварки — укрупнение заготовок под ковку или прессование.
Если заготовка, сваренная электрошлаковым способом, подвергается ковке или прессованию, нет необходимости заботиться о снятии последствий перегрева в околошовной зоне или о нежелательных деформациях. Шов, полученный электрошлаковым способом, после деформирования становится совершенно неотличимым от свариваемого металла.
Прогресс, естественно, коснулся и сварки под флюсом — повысились скорости и производительность процесса благодаря многоэлектродным аппаратам, комбинированию дуг постоянного и переменного тока, предварительному подогреву вылета электрода или присадочной проволоки, введению железного порошка в разделку или сварочный зазор. Замена проволочных электродов ленточными оказалась весьма эффективной при выполнении наплавочных, а иногда и сварочных работ. Есть ли будущее у сварки под флюсом в условиях конкуренции со сваркой в защитных газах? Несомненно, есть и в первую очередь при выполнении достаточно протяженных швов, в производстве наплавочных работ.
За истекшие годы в нашей стране и за рубежом достаточно большое развитие получила электроннолучевая сварка. Этим способом в первую очередь выполняют различные соединения тонкого металла в электронной промышленности, приборостроении, а также в авиа- и ракетостроении. Интенсивно ведутся работы по освоению электроннолучевой сварки сравнительно толстых трудно свариваемых сталей и сплавов. Дальнейшее развитие электроннолучевой сварки будет, по-видимому, идти по пути повышения ускоряющего напряжения. Создание оборудования и технологии микроплазменной дуговой сварки тонкого металла является одним из важных достижений последних лет. За короткий срок наша промышленность освоила около тысячи комплектов аппаратуры для этого способа, и спрос на нее неудержимо растет. Микроплазменная дуга успешно соединяет тонколистовую сталь, алюминиевые сплавы. Сварка микроплазмой вытесняет электроннолучевую при выполнении соединений металла толщиной 1 мм и менее. Однако пока еще не определились рациональные области распространения плаз-меннодуговой сварки с использованием достаточно мощных плазмотронов. Видимо, вскоре появятся способы рационального использования плазменной дуги с высокой концентрацией энергии.
Новый способ сварки когерентным световым лучом используется пока ограниченно, прежде всего в электронной промышленности. Еще продолжаются поисковые работы по определению рациональных областей применения этого способа. Однако интенсивное развитие исследований с целью создания все более мощных лазеров, импульсных и непрерывного действия, может в короткое время привести к совершенно новым решениям, к применению сварки световым лучом в достаточно прозаических, по нынешним представлениям, областях промышленности.
На новой ступени развития сварочного производства может найти применение и оказаться целесообразной так называемая многоголовочная сварка. На заре механизации наплавочных и сварочных работ предлагались аппараты и установки с несколькими головками, затем с появлением сварки под флюсом и резким повышением скорости перемещения дуги идея эта была в значительной степени забыта. Теперь, когда трудно рассчитывать на дальнейшее существенное повышение скорости сварки под флюсом металлов средних толщин, следует вспомнить о многоголовочной сварке. Нетрудно увидеть, что разбив, например, продольный шов трубы длиной 12 м на четыре участка и поставив на каждом из них по аппарату, можно сварить трубу вчетверо скорее, чем это делается в настоящее время одним аппаратом.
Для реализации этого способа повышения производительности сварки требуется решить, по крайней мере, три задачи: синхронизации возбуждения равноудаленных дуг, точного направления по стыку нескольких дуг, стабилизации режима горения каждой из них и, наконец, бездефектного перекрытия каждой последующей дугой начальной части шва, выполненного предыдущей головкой, с надежной заваркой кратера. Возможно, в таких массовых отраслях промышленности, как трубная, судо- и вагоностроительная, резервуаростроение, многоголовочная сварка окажется в недалеком будущем достаточно эффективным средством повышения производительности труда.
Успехи в разработке и изготовлении электродов привели к тому, что по производительности ручная сварка зачастую не уступает полуавтоматической под флюсом и в углекислом газе. Создается положение, аналогичное существовавшему в 30-х годах перед разработкой способа сварки под флюсом, когда автоматическая сварка покрытой электродной проволокой в ряде случаев не могла конкурировать со сваркой штучными электродами.
Какой же выход, как добиться повышения эффективности механизированной сварки? Мы не видим путей резкого повышения производительности собственно полуавтоматической дуговой сварки. Поэтому нужно стремиться к расширению областей применения автоматов с тем, чтобы один сварщик мог обслуживать несколько постов. При этом скорость сварки каждым из аппаратов может быть равна скорости сварки штучными электродами. Суммарная же производительность труда будет выше, чем при ручной сварке, в число раз, равное числу обслуживаемых аппаратов. Такой путь вполне приемлем в судостроении и вагоностроении, сельскохозяйственном машиностроении, при заводском изготовлении некоторых строительных металлоконструкций, труб большого диаметра.
В последние годы удалось осуществить управление переносом металла в дуге посредством наложения периодических импульсов на сварочный ток. Но это только первый шаг. На очереди создание новых слоем, которые позволят надежно управлять как переносом металла, так и формой шва, а в некоторых случаях и ходом физико-химических реакций в плавильной зоне. Все сказанное в равной мере относится к сварке под флюсом и в защитных газах. Следовательно, мы вправе ожидать появления аппаратов, которые смогут успешно решать задачу оптимизации всех операций, связанных с дуговой сваркой.
Заключение.