Сварка — технологический процесс соединения твердых материалов в результате действия межатомных сил, которое происходит при сплавлении или пластическом деформировании свариваемых частей. С помощью сварки получают изделия из металла и неметаллических материалов (стекла, керамики, пластмасс и др.), проводят операцию сборки деталей в отдельные узлы и целые конструкции. Используя источники нагрева, применяемые при сварке, можно осуществлять процессы, противоположные соединению, например термическую резку металлов.
Способ получения неразъемных соединений деталей путем сварки и пайки был известен людям еще в глубокой древности. Так, в египетских пирамидах нашли при археологических раскопках золотые изделия, которые имели паянные оловом соединения, а при раскопках итальянского города Помпей обнаружили свинцовые водопроводные трубы с продольным паяным швом.
Широко применялась в прошлом и кузнечная сварка. При этом способе сварки соединяемые металлы нагреваются до состояния пластичности, а затем проковываются в местах соединения.
Быстрое развитие сварки началось в XIX в. В 1802 г. русский ученый В. В. Петров открыл явление электрической дуги — один из видов электрического разряда в газовой среде. Он рекомендовал применять электрическую дугу в качестве источника теплоты для мгновенного расплавления металлов. Но только в 1880-е гг. наши соотечественники Н. Н. Бенардос и Н. Г. Славянов первыми в мире применили «дугу Петрова» для сварки металлов.
В середине XX в., в связи с бурным развитием промышленности и строительства, интенсивно стали разрабатываться новые способы сварки. В это время возникла необходимость соединять элементы конструкций толщиной от нескольких микрометров до нескольких метров из самых различных материалов.
Чтобы получить прочное соединение твердых тел, нужно обеспечить взаимодействие атомов на их поверхности. Для этого атомы необходимо сблизить настолько, чтобы между ними могли возникнуть межатомные связи, т. е. на расстояния порядка атомных радиусов. В жидкостях такое сближение достигается сравнительно легко за счет подвижности частиц, но в твердых телах это сделать значительно труднее. Их поверхности даже после самой тщательной обработки имеют неровности — выступы и впадины, размеры которых по сравнению с размерами атома огромны. При соединении поверхностей двух тел их практическое соприкосновение происходит лишь в отдельных точках. Возможность сцепления атомов соприкасающихся поверхностей металлов затрудняется тем, что в обычных условиях поверхности всегда покрыты пленками оксидов, адсорбированных газов, всевозможных загрязнений.
При сварке плавлением металл в зоне сварки расплавляется и переходит в жидкое состояние, соединение возникает за счет самопроизвольного слияния и взаиморастворения металла соединяемых частей.
При сварке давлением металлические поверхности соединяемых частей совместно сжимаются и деформируются. Приложенное усилие (ковка, давление, удар) вызывает течение металла вдоль поверхности раздела и его перемешивание, разрушает поверхностные слои металла, сближает соединяемые поверхности и способствует соприкосновению их атомов. Сопутствующий нагрев ослабляет связи между атомами, делает их более подвижными, снижает твердость металла и повышает его пластичность — способность к пластическим деформациям.
Пайка — процесс, родственный сварке плавлением. Между соединяемыми частями изделия вводится расплавляемый промежуточный металл-припой, который плавится при более низкой температуре, чем соединяемые металлы. Припой в жидком виде заполняет зазор между поверхностями соединяемых деталей под действием капиллярных сил, а застывая, кристаллизуется, образуя прочные связи.
Сварка плавлением включает газовую, дуговую, электрошлаковую, электроннолучевую, лазерную, плазменную. Среди способов сварки давлением наиболее широко применяются контактная, холодная, ультразвуковая, трением, взрывом, диффузионная. В последнее время очень популярна орбитальная сварка http://svarochnyeavtomaty.ru/production/orbitalnaya-svarka/.
Для соединения металлов используется энергия взрыва, трения, электрической дуги, электронного пучка и др. Изучением способов сварки и их применением, а также разработкой сварочного оборудования занимаются ученые и инженеры-сварщики.
Научные исследования в области сварки направлены на замену ручного труда машинами и автоматами, позволяющими облегчить труд сварщиков и значительно повысить его производительность.
Так, для сварки стыка труб большого диаметра при прокладке магистральных газо- и нефтепроводов сварщики, работая вручную, затрачивают 8—10 ч. Созданная учеными специальная сварочная машина выполняет эту работу в течение 2,5 мин. Для работы на сборочных конвейерах, а также в местах, недоступных непосредственно человеку, используются сварочные роботы.
Роль сварки в народном хозяйстве нашей страны очень велика. Сварка широко применяется в промышленности, строительстве, на транспорте, в сельском хозяйстве, во всех производствах, связанных с обработкой металла.