Как работает сегодняшняя обычная бытовая сварка?
Коротко как работает сегодняшняя обычная бытовая сварка: к электроду и свариваемому изделию для создания и поддержания дуги от специального устройства подводится электричество. Под действием температуры дуги кромка свариваемого металла и металл из электрода начинают плавиться. Из-за того, что все участвующие металлы расплавились, они смешиваются между собой образуя крепкое сцепление, в то же время расплавленный шлак всплывает на поверхность, что образует защитную пленку. После затвердения металла будет образован сварной шов.
1882 год — Бенардос создал первую сварку, в которой были использованы угольные электроды.
1888 год — Славянов впервые использовал электроды, в конструкцию которых входил металлический прут под слоем флюса. В присутствии государственной комиссии он сумел сварить коленчатый вал паровой машины.
1939 год — Патон придумал как автоматизировать сварку под флюсом, сварочные флюсы, башни для танков а также первый мост из сваренных элементов.
Сегодняшнее развитие науки и техники позволило применить принципиально новые пути и способы соединения металлов.
В жидкостях
Скорость протекания диффузии в жидкостях в разы выше, нежели в твердых телах. Связи между частицами в жидкости гораздо слабее (обычно их энергии хватает максимум на образование капель), и взаимному проникновению частиц в молекулы двух веществ ничто не мешает.
Правда то, как быстро будет проходить диффузия, зависит от характера и консистенции жидкостей, в более густых растворах она происходит медленнее, ведь чем гуще жидкость, тем более сильные в ней связи между молекулами и тем труднее молекулам и частицам проникать друг в друга. Например, смешивание двух жидких металлов может занять несколько часов, в то время как смешивание воды и марганцовки (из примера выше) осуществляется за минуту.
Литература
//URL: https://drprom.ru/referat/svarka-v-kosmose/
1. Бернадский В.Н. (в соавторстве с Патоном Б.Е., Дудко Д.А., Загребельным А.А., Лапчинским В.Ф.).
О возможности ручной электронно-лучевой сварки в космосе//Космическое материаловедение и технологии.-1977.- «НАУКА» — М. — с. 17-22.
2. Бондарев А.А., Лапчинский В.Ф. ,Лозовская А.В. и др. Исследование структуры и распределения элементов в сварных соединениях, выполненных электронным лучом на сплавах 1201 и Ам-Г6 в условиях невесомости.- М.: Наука, 1978.
3. Загребельный А.А., Цыганков О.С. Сварка в космосе // Сварочное производство -№12 2002
4. Патон Б.Е., Дудко Д.А., Бернадский В.Н. Применение сварки для ремонта сварных космических объектов. — Киев: Наук.думка, 1976.
5. Патон Б.Е., Кубасов В.Н. Эксперимент по сварке в космосе. // Автомат. Сварка, 1970, №5.
6. Патон Б.Е., Патон В.Е., Дудко Д.А. и др. Космические исследования на Украине. –Киев: Наук.думка, 1973.
7. Сварка в СССР. в двух томах. –М.: Наука, 1981
Законы Ньютона и их недостаток
Все во Вселенной притягивается друг к другу: камень к камню, атом к атому и даже человек к человеку. Но мы этого не замечаем, потому что величина силы притяжения очень невелика. В конце XVIII века ее взялся измерить английский ученый Генри Кавендиш. У него была установка, которую можно представить себе так: два малых тела, подвешенные на коромысле, защищены от влияния воздуха, но испытывают влияние двух больших тел — шаров
Их можно осторожно приближать и видеть, как малые тела откликаются на это поворотом нити, на которой подвешено коромысло. Результат этого измерения — интенсивность гравитационного взаимодействия в числах — вас не впечатлит
Каждый из нас притягивается к другому на расстоянии около 10 см с силой в 15 млн раз меньше, чем наше притяжение к Земле. Вот почему мы не слипаемся, словно шарики на просторной улице. Но есть мощная гравитация, которую мы замечаем: это притяжение к Земле, или сила тяжести.
Гениальный Исаак Ньютон угадал правило, по которому определяется сила гравитационного притяжения между двумя телами. Для расчета нужно знать массы тел и расстояние между ними. Этот закон традиционно называется законом всемирного тяготения. По нему можно узнать, как гравитация зависит от расстояния. Она ослабевает по вполне определенному математическому закону: в два раза дальше означает в четыре раза слабее, в три раза дальше — слабее уже в девять раз, ну а в десять раз дальше — в 100 раз слабее.
С помощью законов Ньютона рассчитываются орбиты космических кораблей, предсказываются появление планет и приближение астероидов, определяются даты всех будущих и прошлых солнечных и лунных затмений. В 1846 году, благодаря закону Ньютона, математик Леверье открыл неизвестную планету в Солнечной системе — Нептун — как недостающий источник гравитации, влияющий на движение другой, известной тогда планеты Уран.
У этого всеобщего, всемирного, универсального закона Ньютона есть одна серьезная проблема. В законе тяготения сила притяжения передается как будто мгновенно через пустоту. Природа вряд ли устроена таким образом, догадывался ученый. Но кроме теоретических сомнений предложить ничего не мог. К середине XIX века выявилось недоразумение, поставившее многих ученых в тупик: оказалась, что самая ближняя к Солнцу планета Меркурий летает не по законам Ньютона.
Меркурий вращается вокруг Солнца не точно по эллипсу, как это должно быть: его орбита медленно поворачивается как целое. Когда астрономы учли все известные причины для такого поведения, остался необъясненный поворот на 4 угловые секунды за столетие. Малое, но упрямое нарушение.
Определение
Само слово «диффузия» латинского происхождения – «diffusio» в переводе с латыни означает «распространение, рассеивание». В физике под диффузией подразумевается процесс взаимопроникновения микрочастиц при соприкосновении разных материалов. Академическое определение того, что такое диффузия, звучит следующим образом: «Диффузия – это взаимное проникновение молекул одного вещества в межмолекулярные промежутки другого вещества вследствие их хаотичного движения и столкновения друг с другом». Какие свойства диффузии, причины ее возникновения, как проявляется этот процесс в разных веществах, об этом читайте далее.
Открытие электрической дуги
Василий Владимирович Петров
Физик и электротехник, академик Василий Петров открыл эффект электродуги в 1802 году. Во время опытов он пропускал электроток через металлический и угольный стержень и заметил, что возникает яркая вспышка – высокотемпературная дуга. В его трудах есть описание этого явления. Но до открытия сварочного аппарата были годы, пока развивалась электротехника. Для дуговой технологии нужны были мощные источники тока.
Николай Николаевич Бернадос
Русский изобретатель Николай Бенардос разработал электродуговую сварку только через 80 лет после открытия дуги. Начался новый этап истории развития сварки. Николай Николаевич применил дугу для резки и соединения металлических элементов. Через несколько лет Славянов Николай Гаврилович создал первый сварочный аппарат и электроды. Он официальный автор, признанный во всем мире. Впервые именно он, русский инженер изобрел сварку, запатентовал ее, только потом стали развиваться технологии в других странах. Славянов активно пропагандировал свой метод:
- исправлял брак, возникший при литье деталей,
- восстанавливал части паровых турбин,
- заваривал изношенные детали.
Славянов Николай Гаврилович
Он разработал флюсы, защищающие горячий шов от окисления, придумал сварочный генератор с регулируемой мощностью. Внедрение его изобретений занимались за рубежом. Сварка стала применяться повсеместно.
История развития
Когда речь заходит о сварке в космосе, можно предположить, что необходимые технологии появились только к моменту создания Международной Космической Станции, что была запущена в 1998 году. Однако, сварочные работы в космосе проводились и до ее создания, и первые разработки и эксперименты в этой области принадлежали СССР.
Саму идею создать аппарат для космической сварки приписывают отцу советской космонавтики, Сергею Павловичу Королеву. Изначально идея, озвученная еще в 1965 году, не была высоко оценена инженерным сообществом, так как сварка в космосе считалась априори невозможной.
Скорость диффузии газов высока, воздуха нет, гравитации нет, перепады температуры могут быть катастрофическими — и это далеко не все физические трудности. Также проблемой была сама конструкция сварочного аппарата, которую просто невозможно использовать в открытом космосе. Дополнительно большие вопросы вызывала сама безопасность сварочного процесса в космосе, так как малейшая ошибка могла привести к повреждению модуля космического аппарата, корабля или станции, или, что еще хуже, к порче скафандра космонавта.
Так были сделаны первые шаги к работе с металлами в открытом космосе, а Борис Евгеньевич Патон, ученый, руководивший группой разработчиков космического сварочного аппарата, стал всемирно известным.
История развития
Когда речь заходит о сварке в космосе, можно предположить, что необходимые технологии появились только к моменту создания Международной Космической Станции, что была запущена в 1998 году. Однако, сварочные работы в космосе проводились и до ее создания, и первые разработки и эксперименты в этой области принадлежали СССР.
Саму идею создать аппарат для космической сварки приписывают отцу советской космонавтики, Сергею Павловичу Королеву. Изначально идея, озвученная еще в 1965 году, не была высоко оценена инженерным сообществом, так как сварка в космосе считалась априори невозможной.
Скорость диффузии газов высока, воздуха нет, гравитации нет, перепады температуры могут быть катастрофическими — и это далеко не все физические трудности. Также проблемой была сама конструкция сварочного аппарата, которую просто невозможно использовать в открытом космосе. Дополнительно большие вопросы вызывала сама безопасность сварочного процесса в космосе, так как малейшая ошибка могла привести к повреждению модуля космического аппарата, корабля или станции, или, что еще хуже, к порче скафандра космонавта.
Несмотря на все сомнения, спустя всего 4 года после появления идеи, были проведены первые испытания сварочного аппарата в космосе. Его использовал экипаж «Союза-6» для соединения мелких деталей корабля. Устройство, которое было применено в тот день, получило название «Вулкан». Оно могло работать с металлами дуговым, плазменным и даже электронно-лучевым способом.
Первый аппарат для сварки в космосе «Вулкан»
Так были сделаны первые шаги к работе с металлами в открытом космосе, а Борис Евгеньевич Патон, ученый, руководивший группой разработчиков космического сварочного аппарата, стал всемирно известным.
Но работа продолжалась. Аппарат нужно было уменьшать и делать удобнее. А за основу для следующей версии был взят «Вулкан».
Слайды и текст этой презентации
СВАРКА.
СВАРКА В КОСМОСЕ
Выполнил: Агашин Александр ОлеговичУченик 10 класса МОУ «СОШ №6»,г. ШумерляРуководитель: Иванова Любовь РуслановнаУчитель физики МОУ «СОШ №6»
Исследовательская работа
Основополагающий вопрос: какие виды сварки наиболее эффективны в космосе?
Цели и задачи: ознакомиться с принципами сварки на земле, лично освоить технологию сварки, изучить способы и оборудование для сварки в космосе, сделать собственные выводы
Актуальность: космос – самая активно развивающаяся часть науки и технологий, двадцать пять лет назад впервые в истории именно советские космонавты провели электросварку в открытом космосе
Рассмотрим два способа сварки:
Электродуговую
Плазменную
Электродуговая сварка
Главная роль дугового разряда — преобразование электрической энергии в теплоту. При температуре около 5500 ° С газ в разряде представляет собой смесь ионизированных частиц.
Плазменная сварка
это сварка плавлением, при которой нагрев кромок деталей, которые необходимо соединить, происходит за счет тепла потока плазмы, образованной дуговым разрядом и направленной на детали через сопло.
СВАРКА В КОСМОСЕ
Работа по изобретению сварочного аппарата для сварки и резки в условиях космоса началась в 50-х годах по инициативе С. П. Королева, так как возникла необходимость проводить ремонт и техническое обслуживание космического корабля непосредственно в космосе.
Требования предъявляемые к сварочному аппарату в космосе:
— универсальность; — возможность выполнения резки материалов; — высокая надежность; — возможность автоматизации; — работоспособность в вакууме и невесомости.
Первым образцом стал сварочный аппарат «Вулкан»
Который удовлетворял всем требованиям к сварочному аппарату в условиях космического пространства
25 июля 1984 г. космонавты В. Джанибеков и С. Савицкая вышли в открытый космос и в течении 3 часов осуществляли первую космическую сварку
Перед началом сварочного процесса я составил схематический чертеж
Этапы создания макета космической ракеты
Практическая часть
Я делаю первую в своей жизни сварку
«…Сейчас я тебя разрежу…»
Смотреть на сварку без специальной маски очень опасно!
Результат еще не достигнут
Окончательный результат моих усилий
В ходе этой работы я освоил основы процесса сварки в земных условиях, то есть в условиях действия силы земного притяжения. Я понял, что на самом деле с виду кажущийся простым процесс сварки очень трудоемок и сложен в техническом и физическом исполнении.
Основополагающие открытия
Прорыв в технологии сварочного производства был совершен в период промышленного переворота или промышленной революции. Открытия в области электричества совершались на протяжении веков, что привело в итоге к следующему.
В 1802 году русский физик Василий Владимирович Петров открыл и, будучи физиком-экспериментатором, доказал возможность применять на практике электрическую дугу. Это открытие считается самым выдающимся успехом ученого. Оно является главным прототипом современных сварочных устройств. Все выводы своего открытия он изложил в книге «Известия о гальвани-вольтовых опытах», опубликованной в 1803 году. Однако, на момент самого открытия, им особо никто не заинтересовался.
В.В. Петров. Русский физик-экспериментатор, академик Петербургской академии наук, изобретатель электрической дуги
Сэр Гемфри Дэви в 1821 году проводил исследования с электрической дугой. Его ученик, Майкл Фарадей посвятил много времени изучению связи электричества и магнетизма. В 1830-х годах он открыл электромагнитную индукцию.
Немного позднее электрическая дуга уже начала служить во благо общества, когда появилась в бытовых лампах для освещения.
Почтовая марка с изображением Н.Н. Бенардоса в честь 100-летия изобретения электросварки
В 1885 году Бернадос открыл товарищество «Электрогефест», имевшее первую мастерскую по сварочным работам. Бенардос впервые получил патент на свое изобретение. На получения этого патента в России ученый потратил последние сбережения, европейские страны выдали патент с помощью привлеченных средств от купца Ольшевского.
После всемирного распространения способа электродуговой сварки и мирового признания Бенардос разработал электродуговую сварку с угольными и металлическими электродами. Он стал основоположником идеи электродугового сварочного процесса с металлическим электродом при переменном токе; сварки наклонным электродом; технизации сварочного процесса.
Таким образом, всех вышеуказанных ученых и изобретателей считают основоположниками сварки, теми, кто её изобрел.
Несмотря на такие ключевые открытия в области электросварки, XIV век не славится ее обширным и повсеместным использованием, так как электроэнергия была в дефиците. Применять все новые открытия было проблематично, но никто не собирался отказываться от их применения. Преобразование сварочного оборудования и сварочных аппаратов продолжалось.
1904 год ознаменован появлением резаков. 1908-1909 года характеризуются появлением технологии подводной резки металлов. Применять ее начали во Франции и Германии. Газовая сварка занимала лидирующие позиции в сварочном производстве вплоть до 30-х годов, усиленно применялась в годы Первой мировой войны. Магистральные трубопроводы «Баку-Батуми» и «Грозный-Туапсе» построены посредством применения газовой сварки. Строительство трубопроводов осуществлялось только с помощью газового и газопрессового сварочного процесса.
Строительство нефтепровода «Баку-Батуми»
Дуговая электросварка в эти годы не была такой распространенной ввиду того, что ее источник питания требовал совершенствования (длина дуги была небольшая, она горела неустойчиво). Эту проблему в период с 1914 по 1917 гг. разрешали такие ученые как Строменгер, С. Джонс, Андрус и Стресау, каждый из которых осуществил свой вклад в создание покрытия для сварочного электрода, чтобы легче было поддерживать горение дуги.
Диффузия твердых тел
А как вы думаете, возможна ли диффузия твердых тел? Как быстро она будет протекать?
Да, диффузия возможна, и да, протекать она будет очень медленно. Чтобы молекулы одного твердого вещества проникли в другое всего на несколько миллиметров, понадобятся не дни и не месяцы, а годы! И причиной этому является очень маленькое расстояние между молекулами и их расположение в узлах кристаллической решетки.
Как ускорить этот процесс? Правильно, на помощь снова приходит температура. В огромных доменных печах слить несколько металлов в один можно достаточно быстро — для этого потребуется несколько часов.
Самые распространенные примеры диффузии твердых тел зачастую связаны именно с металлами. В обычной жизни мы используем большое количество предметов, в состав которых входят одновременно алюминий и железо, золото и серебро. Чтобы изготовить самокат без использования технологии сварки и наплавления, пришлось бы ждать десятки лет — и катались бы вы на нем уже со своими внуками. А развитие космической отрасли и компьютерных технологий с их чипами, микросхемами и платами вообще было бы невозможным.
Электроды с железным порошком в покрытии
Вводить дополнительный металлический материал в покрытие сварочных электродов с целью интенсификации процесса плавления присадочного материала предложили еще в 1937 г. Е. М. Кузмак и И. П. Доронин. На стержни диаметром 4,0; 5,0 и 6,0 мм с предварительно нанесенным тонким покрытием наматывали спираль из проволоки малого диаметра. Затем на эти электроды наносили второй слой покрытия того же состава, что и первый. Масса намотанной спирали составляла 100—110% массы стержня. По данным Е. М. Кузмака и И. П. Доронина, предложенные электроды имели коэффициент наплавки порядка 18—20 г/А·ч, т. е. в 2 раза больше, чем у промышленных электродов без железного порошка.
Примерно через десять лет специалисты ряда стран (Англии, Франции, Германии, США и др.), оценив достоинства электродов Е. М. Кузмака и И. П. Доронина, разработали промышленные марки высокопроизводительных электродов с железным порошком. В дальнейшем в результате систематических исследований особенностей процессов плавления электродов с различным количеством железного порошка в покрытии различных типов, разработки требований к железному порошку, изучения технологии их изготовления была разработана широкая номенклатура высокопроизводительных электродов, определился устойчивый спрос на такие электроды. В то же время, потребитель стал диктовать поставщикам все новые требования к электродам с железным порошком, регламентируя типы покрытий, сварочно-технологические характеристики, возможность сварки в иных, кроме нижнего, положениях, свойства и эксплуатационные характеристики свариваемых соединений и т. д. Процесс совершенствования высокопроизводительных электродов во многих странах находится в развитии и в настоящее время. Фирмы ряда западных стран предлагают потребителю достаточно широкую номенклатуру электродов различного назначения с основным, рутиловым, рутило-основным и другими типами покрытий, характеризующимися коэффициентом наплавки 12—20 г/А·ч.
В нашей стране широкое применение высокопроизводительных электродов началось примерно к середине 60-х гг. Именно в это время были разработаны электроды ОЗС-3, АНО-1, ЗРС-1 и др. с коэффициентом наплавки 14—15 г/А·ч. По многим причинам в течение нескольких десятилетий интерес к такого рода электродам снижался, хотя промышленные и экономические выгоды применения высокопроизводительных электродов убедительны.
Примеры в окружающем мире
Благодаря диффузии:
- поддерживается однородный состав атмосферного воздуха вблизи поверхности нашей планеты,
- происходит питание растений,
- осуществляется дыхание человека и животных.
Значимый биологический процесс – фотосинтез осуществляется, в том числе и при помощи диффузии: как мы знаем, благодаря энергии солнечного света вода разлагается хлорофиллами на составляющие, кислород, который выделяется при этом, попадает в атмосферу и поглощается всеми живыми организмами. Так вот, и сам процесс поглощения кислорода человеком и животными, и обмен веществ у растений, все это поддерживается диффузией, без которой не могла бы существовать сама Жизнь.
Но это в глобальном плане, в более простых вещах, мы можем наблюдать диффузию:
- В саду, где цветы источают свой аромат благодаря диффузии (их частицы перемешиваются с частицами окружающего воздуха).
- Растворяя сахар в чае или кофе, чай или кофе становится сладким благодаря диффузии.
- При резке лука у вас начнут слезиться глаза, происходит это тоже по причине диффузии, молекулы лука смешиваются с молекулами воздуха и ваши глаза на это реагируют.
Таких примером можно приводить еще много.
Предыстория сварки
История каждой технологии, включая сварку, должна рассматриваться с процессами, которые происходили в разные периоды. Каждая из них изначально обладает предпосылками возникновения, процессом развития, который проходит сквозь призму истории. Все это включает знаменательные события, значимые имена ученых, открытия, перспективы последующего развития.
История развития сварки насчитывает несколько столетий, она появилась еще в древности. Впервые ее стали использовать в VIII-VII веке до н. э. В то время люди создавали разнообразные орудия труда, для них они применяли разные материалы, включая металл, который всегда был в природе в виде самостоятельного материала. Они пытались изменить его форму, соединяли по кусочкам.
В то время применялись такие металлы, как золото и медь. Поскольку они обладают мягкой структурой, то для изменения формы применялись камни, физическая сила. Этот процесс относится к холодному виду сварочных работ.
Позднее люди стали добывать другие металлы — бронзу, свинец. Постепенно стала применяться термическая обработка, во время которой производился подогрев отдельных компонентов. Она позволяла изготавливать изделия большого размера. А литье применялось для производства совершенных конструкций.
История возникновения сварки характерна тем, что в древний период люди началась активная добыча железа. Это произошло около трех тысяч лет назад. В настоящее время этот процесс выглядит просто — для отделения металла из руд применяется плавка. Но вот в древнее время было все совсем по-другому, потому что в том время плавить не умели.
В древние времена из железной руды добывали смесь с содержанием частиц железа. Также в ней присутствовали другие элементы — уголь, шлаки и другие. Но через определенный промежуток времени ковкой из нагретой смеси люди смогли отделить железо и другие компоненты, но по отдельности.
