Зварювання

Коротко

• Відомо близько 70 способів зварювання; їх поділяють за станом матеріалу в зоні з’єднання та видом енергії.
• Дугове зварювання вугільним електродом винайшов 1882 року уродженець Херсонщини Микола Бенардос, плавким металевим — Микола Слав’янов (1888).
• У Києві з 1934 року працює Інститут електрозварювання, заснований Євгеном Патоном; 1953 року тут збудовано перший у світі суцільнозварний міст такої довжини.
• До зварювальних процесів близькі наплавлення, паяння й різання металів.

Міст через Дніпро в Києві, відкритий 5 листопада 1953 року, на вигляд звичайний. Але сталеві конструкції цієї споруди завдовжки 1543 метри з’єднано не заклепками, а зварними швами — це перший у світі суцільнозварний міст такого масштабу. Його назвали на честь академіка Євгена Патона, який брав безпосередню участь у проєктуванні й будівництві. Ця споруда показала, наскільки змінилося зварювання за сто років.

Що відбувається під час зварювання

Щоб дві деталі стали одним цілим, атоми їхніх поверхонь треба зблизити настільки, щоб між ними виникли міжатомні зв’язки. Цього досягають двома шляхами: розплавити кромки й дати металу змішатися та застигнути або сильно притиснути нагріті чи холодні поверхні, деформуючи їх. Тому способи зварювання поділяють на три класи:

Клас	Як утворюється з’єднання	Приклади
термічний	плавленням	дугове, газове, електрошлакове, електронно-променеве, лазерне, плазмове
термомеханічний	нагріванням і тиском	контактне (точкове, шовне, стикове), дифузійне
механічний	тиском без нагрівання ззовні	холодне, тертям, ультразвукове, вибухом

Від ковальського горна до дуги

Найдавніший спосіб — ковальське зварювання: розпечені шматки заліза ковалі з’єднували ударами молота. Бронзові вироби античності інколи «зварювали» литтям, заливаючи стик розплавленим металом.

Електричну дугу 1802 року докладно описав петербурзький фізик Василь Петров, приблизно тоді ж її досліджував Гемфрі Деві. Практичний спосіб з’єднувати метали дугою знайшов Микола Бенардос, родом із села Бенардосівки на Херсонщині (нині Мостове Миколаївської області). 1882 року він винайшов дугове зварювання вугільним електродом, назвавши його «Електрогефест», а згодом запропонував і зварювання в захисному газі та контактне точкове зварювання.

1888 року гірничий інженер Микола Слав’янов замінив вугільний електрод металевим, що плавиться й сам утворює шов, — цей принцип лежить в основі найпоширенішого ручного дугового зварювання.

Київська школа

1934 року Євген Патон заснував у Києві Інститут електрозварювання АН УРСР. Під час Другої світової війни інститут, евакуйований на Урал, запровадив автоматичне зварювання під флюсом броні танків. Згодом тут розробили електрошлакове зварювання товстого металу, способи зварювання труб великого діаметра, зварювання в космосі. Майже шість десятиліть, з 1953 по 2020 рік, інститут очолював син засновника, Борис Патон, водночас президент Національної академії наук України.

Застосування і безпека

Зварюванням виготовляють судна, мости, трубопроводи, кузови автомобілів, котли, реактори, а також медичні вироби й мікроелектроніку. Робота зварника пов’язана з ризиками: яскравим випромінюванням дуги, бризками металу, зварювальними аерозолями, ураженням струмом. Тому обов’язкові захисні маски зі світлофільтрами, спецодяг, вентиляція й контроль якості швів методами дефектоскопії.

Запитання

Чим зварювання відрізняється від паяння?

Під час зварювання розплавляються або пластично деформуються самі з’єднувані деталі, і метал шва стає з ними одним цілим. Під час паяння деталі не плавляться: між ними вводять припій з нижчою температурою плавлення, який змочує поверхні й, застигаючи, тримає їх разом.

Чому зварники працюють у темній масці?

Електрична дуга дає дуже яскраве світло й сильне ультрафіолетове та інфрачервоне випромінювання. Без захисного світлофільтра за кілька секунд можна отримати опік рогівки, так звану електроофтальмію. Маска також захищає обличчя від бризок розплавленого металу.

Чи можна зварювати під водою і в космосі?

Так. Підводне мокре зварювання застосовують для ремонту суден, трубопроводів і портових споруд. А 16 жовтня 1969 року на кораблі «Союз-6» космонавти Георгій Шонін і Валерій Кубасов уперше у світі провели зварювання й різання металів у космосі — в умовах вакууму, на установці «Вулкан», створеній в Інституті електрозварювання імені Патона.

Див. також

• Електронно-променева технологія Джерело пучка — електронна гармата потужністю від часток кіловата до сотень кіловатів, з енергією електронів 10–200 кеВ.
• Дефектоскопія Основні методи — візуально-оптичний, акустичний (ультразвуковий), магнітний, вихрострумовий, капілярний, радіаційний (рентгенівський і гамма).
• Ливарне виробництво Литтям можна отримати деталь майже будь-якої складності й маси — від кількох грамів до сотень тонн.
• Розділ «Технології» Виробничі процеси, способи обробки й технологічні терміни.
• Розділ «Металургія та металознавство» Добування й обробка металів, сплави та їхні властивості.

Джерела

1. Зварювання — Вікіпедія (українська)
2. Бенардос Микола Миколайович — Вікіпедія (українська)
3. Міст Патона — Вікіпедія (українська)

Статтю написано редакцією словника за наведеними джерелами; дати й факти звірено між ними. Якщо джерела розходяться, це сказано в тексті.