E-SHOP-BG.eu

Заваряване – занаят на избрани, отдадени и богове. Защо?

 Най-изумителният и най-широко използваният в различните производствени отрасли метод за получаване на неразглобяеми съединения и окрупняване на изделия е методът на съединяване чрез заваряване. Заваряването попада буквално в пресечната точка на толкова много технически дисциплини и е до такава степен сложен и вътрешно противоречив метод, че постепенно се е обособил  в самостоятелна техническа дисциплина. Изучаването му се е превърнало за някои „посветени“ в дело на целия им живот. Общото название на този метод е заваряване.

Основна дефиниция

Казано във възможно най-широк технически смисъл, заваряването е монолитно съединяване на материали (метали или неметали) посредством използване на топлина и/или сила (натиск) с или без използване на допълнителен материал. Трябва да отбележим, че още в най-дълбока древност човекът е започнал да използва и да обработва металите – те са му били нужни за изработка както на инструменти и оръдия на труда, с които да изкарва прехраната си, така и (уви) на оръжия, с които да заплашва и убива своя ближен. За древните хора металообработването било толкова важно, че дори си имало собствен бог. В своята митология древните гърци „изковали“ образа на Ковача на боговете Хефест. Практически чрез коване на два метални предмета се извършва тяхното окрупняване или заваряване. Тове е началото на този занаят.

Още някои неща за праисторическото заваряване

Практически веднага след зараждането на ковашкия занаят, свързан с изработването на различни сечива, се е появил на бял свят и първият заваръчен метод. Това, което сега ние наричаме ковашко-пресова заварка. Когато искали да съединят две метални изделия, древните ковачи просто ги нагрявали в примитивните си пещи до най-високите температури, които успявали да постигнат (съвременните термокреди се появили около 30 века по-късно…).  След това ги притискали силно едно към друго. Заваръчните процедури (WPS) се предавали по метода „от уста на ухо“ от майстор на чирак. А квалификацията им ставала директно в практиката – ако „завареното“ изделие не било годно за използване, заваръчната процедура се отхвърляла и разработвали нова…

Началото на същинското заваряване

Ако говорим сериозно, заваряването в съвременното разбиране на тази дума се появилo в средата на 80-те години на 19-ти век, когато двама руски учени направили епохални нововъведения и на практика станали основоположници на онази велика професия. На нея в следващите десетилетия толкова много хора посветиха живота си.

Първо Николай Николаевич Бенардос (1842-1905) през 1885 предлага метод на заваряване, при който като енергиен източник се използва топлината на електрическата дъга. Самата електрическа дъга е открита през 1782 от немеца Георг Кристоф Лихтенберг. Дъгата гори между заваряваното изделие и нетопящ се въгленов електрод. От топлината краищата на изделията, които трябва да бъдат съединени, се стопявали. В междината се подавал добавъчния материал във вид на токонепроводяща метална пръчка. При изстиването на заваръчната вана се образувала обща кристална решетка. Това е процес, доста наподобяващ класическото металолеене, с няколко важни разлики. Това осигурява непрекъснатост на субстанцията в областта на съединяването, основана на атомно-молекулярни връзки между елементарните частици на съединяваните метали.

Любопитен факт е, че самият Бенардос кръстил своето изобретение „Електрохефест“ в чест на Ковача на боговете. През 1891 Николай Гаврилович Славянов (1854-1897) въвел заваръчен метод, при който дъгата гори между заваряваното изделие и топящ се електрод, който служи същевременно и като добавъчен материал.

Първият обмазан електрод

В първите години използвали необмазани електроди, което често водело до нестабилна дъга и образуване на водородно индуцирани пукнатини в зоната на заварения метал. Но когато на 29.06.1906 шведът Оскар Килберг (1870-1931) патентовал обмазания електрод (патентен номер на шведското патентно бюро 27152), пътят пред ръчното електродъгово заваряване бил открит.

Обмазването на електрода е това, което прави възможно индустриалното приложение на метода – съдържащите се в обмазката вещества едновременно стабилизират дъгата, защитават отделената от края на електрода капка при нейното движение до заваръчната вана и подобряват състава на наварения метал.

Между другото, Оскар Килберг е основател на знаменитата компания ESAB (задавали ли сте си въпроса, какво символизират буквите ОК напр. в означението „ОК 68.15“?), която през 2022 ще навърши 100 години от основаването си.

Накъде върви технологията днес

В последвалите години техническата мисъл заработила с непрекъснато ускоряващи се обороти над усъвършенстването на електродъговото заваряване. Двата фундаментални въпроса били: „Как да увеличим производителността на наваряване?“ и „Как да защитим в максимална степен отделената капка по време на нейното движение към заваръчната вана, както и самата вана, от вредното взаимодействие с околната среда?“. При решаването на тези въпроси учените и техниците проявили наистина впечатляваща изобретателност и фантазия. Първият въпрос намерил своето естествено разрешение, като топящия се електрод, захванат в специалната ръкохватка, бил заменен с навит на руло и подаван автоматизирано заваръчен тел, което позволило производителността на стопяване и наваряване да нарастне многократно. Що се отнася до втория въпрос, техническата мисъл тръгнала по две принципно различни и изключително интересни направления.

Как и кога възниква подфлюсовото заваряване

През 1935 трима американци – Джонс, Кенеди и Ротермунд, патентовали заваръчен метод, при който електрическата дъга гори, покрита със слой от специален зърнест материал (флюс). От енергията на дъгата се образува своебразен газов мехур (каверна), запълнен с метални пари и газове, образувани вследствие на физико-химични реакции. Проникването на въздух в каверната е възпрепятствано от образуващата се течна шлака, при което дъгата гори много стабилно, а намалените загуби от лъчист и конвективен топлообмен водят до значително повишаване на коефициента на стопяване и оттам – на общата производителност.

Методът позволява пълна автоматизация (както на телоподаването, така и на придвижването по протежение на шева), а заваръчният шев е с много високо качество – достатъчно е да кажем, че по този метод, чието официално наименование е „заваряване под слой от флюс“, се заваряват съдовете под налягане в ядрените централи. Подфлюсовото заваряване е заваръчният метод, който осигурява най-висока продуктивност в сравнение с всички останали методи (с изключение, разбира се, на електрошлаковото заваряване, което поради своето естество намира ограничена приложимост). Основният му минус е свързан с високата цена на оборудването и ниската гъвкавост при организиране на заваръчните работи. Друг недостатък на подфлюсовото заваряване е ограничената му приложимост в разлчини пространствени положения освен долното. Засега не знаем как да преодолеем гравитацията, която отнася защитата – флюса.

А какво е това заваряване в защитно-газова среда? СО2?

През 1948 на базата на предишни научни разработки, в Battelle Memorial Institute е предложен заваръчен метод, при който заедно със заваръчния тел се подава и специално подбран по своите качества защитен газ, който предпазва дъгата от влиянието на околния въздух. Това е методът, известен днес като МИГ/МАГ заваряване – използват се основно газовете въглероден диоксид и негови смеси с аргон и/или кислород или инертни газове (аргон, хелий и техни смеси). По своята производителност методът заема междинна позиция между ръчното електродъгово и подфлюсовото заваряване, но оборудването е значително по-евтино и по-мобилно от това при подфлюсовото заваряване. Но най-интересната за специалиста по заваряване особеност на МИГ/МАГ метода е, че той предлага изключително висока гъвкавост по отношение на използвания тип дъга (напр. къса, струйна, преходна, дълга или импулсна дъга), но за това – някой друг път.

Кое е правилното наименование за аргоново заваряване

И последния метод, който задължително трябва да споменем, е т. нар. ВИГ-заваряване, при което дъгата гори между заваряваното изделие и нетопящ се волфрамов електрод, защитена от инертен газ (в Европа обикновено аргон, а в САЩ – най-често хелий), като добавения материал е във вид на телена пръчка. ВИГ-заваряването има без съмнение най-ниската производителност от всички заваръчни методи – по-ниска дори от тази на ръчното електродъгово заваряване.

Но поради факта, че източника на топлина (волфрамовия електрод) и добавения материал (пръчката заваръчен тел) са отделени един от друг, е възможно изключително фино и презицно контролиране на заваръчната вана и получаване на ювелирно качество на шева от страна на заварчика. Затова, когато чуете за някой заварчик, че „той е аргончик“, можете да сте уверени, че той е постигнал ако не Съвършенството (а кой ли го е постигал?), то поне е успял да се доближи до него.
В заключение на краткия обзор, в който се помъчихме максимално сбито и ясно да разкажем за това, какво представлява заваряването, къде намира приложение и кои са най-използваните заваръчни методи, ни се иска още веднъж да напомним, че поради своята древна история, своето изключително значение за съвременните метални конструкции и поради митичната си мощ, заваряването е наистина ЗАНАЯТЪТ НА БОГОВЕТЕ.