РОЛЬ СВАРКИ В РАЗВИТИИ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ

государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«БЕЛОВСКИЙ ТЕХНИКУМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА»

РОЛЬ СВАРКИ В РАЗВИТИИ

ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА

УСТНЫЙ ЖУРНАЛ

Разработал: Исакова Зинаида Леонидовна,

мастер производственного обучения

2015

Белово

Методическое обоснование

Огонек электрической дуги на конце электрода или газовый факел, вырывающийся из горелки, мы обычно видим рядом с фигурой сварщика на стройке или на заводе. Но это лишь конечный этап большой и сложной работы, результат труда многих людей, объединяемых словом «сварщики».

Без прочноплотного сварного соединения деталей нельзя построить атомный реактор, мост и корабль, трубопровод и многоэтажный дом, нельзя сделать электронный прибор и часовой механизм.

Так обстоит делать сейчас, но каждый человек, выбравший эту профессию, обязан знать ее историю

Данная методическая разработка содержит 30 страниц и представляет собой методическую разработку классного часа в форме устного журнала.

Эта методическая разработка способствует повышению интереса к выбранной профессии, углублению знаний по истории возникновения профессии, способности действовать в команде, чувствовать значимость профессии, ощущать гордость за неё

Методическая разработка включает: сценарий проведения классного часа, слайды.

Рекомендуется для использования в группах, обучающихся профессии «Сварщик» для проведения мероприятий в рамках профессиональных декад и профориентационной деятельности.

ИЗ ИСТОРИИ ТЕХНОЛОГИИ СОЕДИНЕНИЙ

Философы и историки прошедших времен пытались представить себе историю первобытного общества, опираясь на мифы, предания, археологические исследования.

К началу 19 века археологи накопили большое количество знаний об орудиях первобытного человека.

Датский археолог К. Томсен предложил разделить развитие первобытного общества на три стадии: каменный, бронзовый, железный века в зависимости от материалов из которых преимущественно изготовлялись изделия в эти периоды времени. Но различия были не только в материалах, но и в способах их обработки и соединения между собой.

Сейчас существует много способов соединения деталей, а в первобытные времена самым главным и возможно единственным, было связывание. Способ связывания совпадает по времени с каменным веком.

В бронзовые и железные века, когда начали осваивать металлы, возникли и новые виды соединений.

Первым способом соединения металлов была кузнечная сварка.

ЭРА КУЗНЕЧНОЙ СВАРКИ

Камнем подходящей формы человек начал выковывать из самородков золота, серебра, меди разнообразные орудия труда и предметы потребления. Даже в настоящее время для соединения металлов, обладающих хорошими пластическими свойствами, применяют холодную сварку, в основе которой лежат деформирующие усилия.

С появлением нового материала- бронзы- пришлось древним специалистам разрабатывать и новые способы соединения. Бронза обладала более высокой твердостью, прочностью, чем медь или олово, имела большое сопротивление истираемости. Но была менее пластична, чем медь. Поэтому кузнечная сварка бронзовых изделий даже с подогревом не могла дать высокого качества соединения. И тогда возникла литейная сварка, при которой края соединяемых деталей заформовывали (окружали специальной земляной смесью) и заливали перегретым жидким металлом. Этот присадочный материал сплавлялся с деталями и, застывая, образовывал шов. Такие швы были обнаружены на бронзовых сосудах, сохранившихся со времен Древней Греции и Древнего Рима.

В 3-2 тысячелетиях до нашей эры в различных районах земного шара для изготовления орудий труда и оружия начали применять железо. В процессе производства этого металла важное место занимала кузнечная сварка криц. Крицы - это бесформенные глыбы весом 10-100кг, состоящие из зерен чистого железа и железистого шлака. Крицы получали из железной руды при нагревании ее вместе с древесным углем. Спекшиеся частицы восстановленного железа, угля и шлака неоднократно проковывали в горячем состоянии. При этом отдельные частицы железа соединялись - сваривались, образуя плотный металл, а частицы угля и шлака выдавливались. Для того, чтобы увеличить массу металла, отдельные заготовки разогревали до белого каления, складывали вместе и проковывали.

Высокого мастерства достигли кузнецы-сварщики в изготовлении орудий труда и оружия во времена средневековья. При помощи кузнечной сварки, полагаясь на опыт и интуицию, они изготовляли металл с чередующимися в определенной последовательности слоями твердой стали и мягкого железа. Многочисленные лезвия плугов и мечей были самозатачивающимися.

ИЗ ИСТОРИИ НАЗВАНИЯ СВАРКИ.

ГЕФЕСТ - бог огня, покровитель кузнечного ремесла

(из древнегреческой мифологии).

ВУЛКАН - бог огня, покровитель кузнечного ремесла

(из древнеримской мифологии).

СВАРОГ - бог огня, покровитель кузнечного ремесла

( из древнеславянской мифологии).

На рубеже 9-8 веков до н.э. жил на земле праславянской достославный муж, молодой летами, да зрелый умом. Был он из простой семьи, из славного рода кузнецов. Дальние предки его бронзовые мечи отливали, плавили медь да олово.

Работали все больше по литейному делу. Да только с оружием.

А вот этот отрок не любил звон мечей. Мастерил поселянам топоры да косы.

Звали его СВАРОГОМ.

Как- то раз пришел юноша к озеру, на берегу которого стоял его поселок, присел на корточки и задумался. Давно обратил он внимание на болотную да озерную руду, что в изобилии водилась в том водоеме. Набрал он однажды целую корзину той руды и кинул в костер. Почудилось ему, что вроде потекла руда. После того, как догорел костер и остыло кострище, Сварог обнаружил очень твердый лепешки, которые потверже бронзовых были. Попробовал бросить руду в печь, топившуюся древесным углем, расплавилась руда. Ну, а если поддать жару? Догадался он приспособить кожаный мех к печному отверстию, прокачал воздух. И -о, ЧУДО! Руда стала плавиться! Остывая, жидкое железо становилось все более вязким и захватывало частички угольного шлака. А когда прогорел весь уголь и переплавилась руда, получился пропитанный шлаком кусок железа размером с две человеческие головы. Сварог назвал этот кусок КРИЦЕЙ.

Взял крицу, вещий праславянин пошел в свою мастерскую. Мощно горели в ней два больших кузнечных горна, непрерывно раздуваемые большими мехами. В твердом утрамбованном полу стояли массивные каменные наковальни.

Подержал Сварог крицу в огне, раскалил добела и бронзовыми клешами выхватил из пламени, ловко уложив на одну из наковален. А затем начал равномерно и сильно бить по железу каменным молотом. Бесформенный кусок становился шире., тоньше, длиннее. Сварог придал ему форму серпа и снова сунул в огонь, подогрел и опустил в воду, охладил.

Так появилось первое железное орудие труда в праславянской земле.

Не лежала у Сварога душа до изготовки бронзового и медного оружия. Но тут пришлось ему призадуматься. Уже триста лет как налетают вражьи орды на родимый край, а дань берут красными девицами. Так и невесту Сварога увели в полон. Так решил род - и не ослушалась девушка. Навсегда покинула родные края. Сварог - в первом ряду пешей праславянской рати. Но как5 ни боролись защитники, побили их вражьи силы.

И вот сейчас, после создания первого железного серпа, Сварог решил ковать железное оружие. Первым железный мяч был неприглядный по форме, но по крепости превосходил бронзовый. А это было главным. Пришёл богатырь - кузнец к старейшинам и поведал им о своей работе. Сразу поняли и оценили мудрые старцы важность дела Сварога. Условились держать это в тайне. И уже через день прислали старцы помощников и учеников Сварога. И «поча люди оружие ковати» сказано в «Повести временных лет».

Сердцем чуял Сварог, что вершится неслыханное. Ведь бронза была у его рода привозная. Только вожди, да ближайшее окружение имели бронзовые мечи. Не хватало и медных. Большинство ратников были вооружены каменными топорами, кремнёвыми копьями, костяными стрелами, да деревянными булавами.

Скрытием железа каждый защитник мог получить новое оружие!

Так кузнец СВАРОГ совершил свой первый подвиг - научил единоплеменников железное оружие ковать. Дал им в руки силу, что помогла справиться с врагами.

И назвал благодарный народ СВАРОГА - ВОЛШЕБНЫМ КУЗНЕЦОМ.

До наших дней сохранились древние славянские предания, о том, как выковал Богатырь - Кузнец Сварог сорокапудовый плуг и запряг в него Черноморского Змея.

За этот подвиг стал Сварог после смерти языческим богом славян, покровителем кузнецов и всего ремесленного люда, первым помощником праславянских воинов.

НА ПУТИ К СОВРЕМЕННОЙ СВАРКЕ.

Появление электродуговой сварки.

В 18 веке возникло машинное производство. Резко возросла потребность в металлах, металлических сооружениях, средствах транспорта, механизмах, паровых машинах… . Понадобились и новые, более производительные, уникальные способы соединения и ремонта металлических изделий.

В конце 18 века итальянский физик А.Вольта создал длительно работающий источник электрической энергии - вольтов столб. Это послужило толчком к применению электричества в сварке.

В 1802 г. Русский учёный В.В.Петров открыл явление электрической дуги и доказал возможность использования её для расплавления металлов.

В 1841-1842 г.г. английский учёный Дж. Джоуль и русский учёный Э.Х. Ленц независимо друг от друга сделали открытие: определили количество тепла, выделяющего в проводнике при прохождении через него электрического тока.

Разработкой новых источников тепла успешно занимались и химики: русский учёный Н.Н.Бекетов, французские учёные Б.Бертло и Ле Шателье.

Во второй половине 19 века промышленность получила новые физико-химические средства воздействия на металл, которые начали оттеснять механические инструменты. Явление электрической дуги, открытое русским учёным В.В.Петровым, стало использоваться в прожекторах и специальных лампах для освещения, приборах для выпрямления тока и управления его силой, в металлургии для нагрева и плавления металлов.

Русский изобретатель Н.Н. Бенардос в 1882 г. Изобрёл способ дуговой сварки угольным электродом и назвал его в честь древнегреческого бога- кузнеца электрогефестом.

Чтобы сварить детали электрической дугой, не требовалось нагревать их целиком.

Металлические конструкции любых размеров и любой конфигурации стало возможным соединять прочными и плотными швами.

Так появилась электродуговая сварка - выдающееся изобретение 19 века.

Электродуговая сварка сразу же нашла применение в наиболее сложной в то время отрасли промышленности-паровозостроении.

Открытие Н .Н. Бенардоса усовершенствовал его современник Н.Г.Славянов, заменив угольный электрод металлическим плавящимся.

В конце 19 века был предложен способ сварки, основанный на применении ацетиленаа-кислородного пламени.

Мощность электрической дуги и газового пламени хватало для соединения стали, меди, латуни толщиной в несколько миллиметров. Для сварки стыков рельсовых путей и стальных труб применяли ТЕРМИТЫ

( зернистые смеси алюминия или магия с окислами железа). При их сгорании образуется металлическое железо и выделяется большое количество тепла.

Порцию термита сжигали в огнеупорном тигле и расплав выливали в зазор между стыками.

Таким образом, в последние два десятилетия 19 века было предложено превращать электрическую энергию и энергию химических реакций в тепло, необходимое для сваривания метала. Однако все эти способы сварки еще не вытеснили клепку, так как швы получались невысокого качества.

СВАРКА В ЭПОХУ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ

Область применения сварки непрерывно расширяются. Сварка стала ведущим технологическим процессом при изготовлении и ремонте металлических конструкций и изделий в промышленности, строительстве, транспорте, в сельском хозяйстве и т.д.

Но не все способы сварки достаточно разработаны. Некоторые только осваиваются, возможности их ещё познаются, и основное применение их в перспективе. И вам, ребята, предоставляется широкое поле деятельности, где можно приложить свои способности, умения, знания.

И, если с дуговой и газовой сваркой мы все встречаемся очень часто и имеем представление о них, то о других видах современной сварки не все имеют представление.

В нашем журнале мы с вами попытаемся кратко рассказать о некоторых самых интересных, на наш взгляд, и перспективных видах сварки.

ТЯЖЁЛАЯ СВАРКА ЛЁГКОГО МЕТАЛЛА.

Алюминий широкого применяется во многих областях техники, кое-где даже вытеснить сталь, чугун, медь. Но получить качественное сварное соединение из алюминия очень сложно из-за особенностей его физических и химических свойств. Несмотря на сравнительно низкую температуру плавления алюминия (660), из- за высокой теплопроводности и тёплоёмкости и большой скрытой теплоты плавления для создания сварочной ванны требуется значительное количество тепла.

На поверхности алюминия при контакте с воздухом или другой кислородосодержащей средой мгновенно образуется прочая окисная плёнка, которая хорошо защищает металл от коррозии. Чтобы расплавить эту плёнку, нужна очень высокая температура. Расплавить эту плёнку также трудно, как стальной чайник, в котором кипит вода.

В принципе для сварщиков не представляет особой трудности расплавить железо раньше, расправленном состоянии обладают высокой электропроводностью и шунтируют дугу. Ток от электрода идет в основном через окружающий жидкий флюс.

Как заставить ток идти через дугу, не изменяя состава флюса?

Учёные уменьшили высоту слоя флюса настолько, чтобы она стала меньше длины дугового промежутка, теперь часть дуги горела снаружи, и способ уже нельзя было назвать «сварка под флюсом».

Теперь этот способ назвали «сварка по флюсу». Он обладает многими положительными качествами и нашёл широкое применение в промышленности. Но имеет и недостатки: невозможность применения при сварке в различных пространственных положениях и снижение коррозионной стойкости металла шва из-за остатков флюса.

Исследование продолжались и были предложены способы сварки в инертных газах плавящимся и не плавящимся электродами. При этом изделие подключают под отрицательный потенциал источника питания или питают дугу переменным током. Окисная плёнка в зоне сварки подвергается катодному распылению. Такой метод называется «методом катодного распыления».

МЕТАЛЛ, ПОГЛОЩАЮЩИЙ ВОЗДУХ

Редко кто кроме, сварщиков имеет право называть так ТИТАН - серебристо-белый металл, обладающий, по крайней мере, двумя непревзойденными свойствами: высокой удельной прочностью даже при температуре 500 и отличной коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах. «Вечный металл» стал уже незаменимым в химическом машиностроении, авиапромышленности, радиоэлектронике, судостроении, пищевой промышленности.

Сварить титан нелегко. Трудность вызван большой химической активностью при высоких температурах. Металл, нагретый чуть выше 400,

начинает очень активно поглощать кислород, азот, водород и портиться на глазах: изменяется цвет, снижается пластичность и вязкость, в сварных швах появляются холодные трещины. И что самое опасное - треснуть соединение может спустя несколько месяцев.Но сваривать титановые сплавы необходимо - без этого не обойтись. Его высокая прочность и низкая плотность - как будто специально созданы для различных космических конструкций. Кроме этого их титана можно делать огромные химические редакторы, заводские трубы, высотой в сотни метров. И учетные придумали способы сварки титана в обычных земных условиях. Для защиты участка, примыкающего к шву и нагреваемого выше 400, разработаны специальные приспособления: удлиненные насадки и защитные козырьки, прикрепляемые к горелкам, через которые подают защитный газ-аргон.

Дуговую сварку титана и его сплавов можно выполнять неплавящимся электродом в аргоне и плавящимся электродом в аргоне и под флюсом..

Но наиболее качественным металл шва получается при использовании специальных флюсов-паст. Этот способ совмещает в себе преимущества способа сварки титана под флюсом и сварки, а аргоне. Флюсы - пласты имеют одну особенность в их состав не должны входить вещества, содержащие кислород. Флюс наносят на поверхность металла как пласту и производят сварку, дуга горит под слоем флюса.

В ЛАБОРАТОРИЯХ СВАРЩИКОВ - НОВЫЕ МЕТАЛЛЫ

В настоящее время активно развиваются и образуются новые отрасли техники. Расширяется и применение металлов, обладающих различными, чаще всего, уникальными, свойствами. Однако особенности каждого металла вынуждают разрабатывать специальные приемы сварки.

Например:

НИКЕЛЬ - обладает очень высокой стойкостью коррозии, жаропрочностью, большим электрическим сопротивлением. При изготовлении аппаратов для химической промышленности, для электрохимии наиболее подходит аргонно-дуговая сварка вольфрамовым электродом. Никель очень чувствителен к образованию газовых пор. Поэтому в зоне сварки недопустимо присутствие азота и кислорода.

Наибольшую сложность для сварщиков представляют тугоплавкие металлы и их сплавы [цирконий, ниобий, вольфрам, ванадий, молибден и др]. Применяются эти металлы и сплавы в ответственных конструкциях (в том числе и в атомных реакторных, ракетно-космических системах), и требования к сварным соединениям предъявляются самые жесткие.

В комплексе с замечательными эксплуатационными свойствами этих металлов находятся и отрицательные: склонность к образованию трещин, высокая температура плавления, стремление вступить в реакцию с газами атмосферы при повышенной температуре, хрупкость при насыщении газами.

В решение проблем соединения таких металлов помогают способы сварки с высокой концентрации энергии. Сварщики изыскивают всевозможные приемы сжатия дугового разряда - самого распространенного и универсального источника тепла. Если бы дуга вела себя как обычный металлический проводник электроэнергии, то повысить плотность тока в столбе и активных пятнах можно было бы простым увеличением силы тока в сварочной цепи.

Но с увеличением силы тока, увеличивается и диаметр столба дуги, количество тепла возрастет, но концентрация тепла и температура почти не увеличивается.

Только благодаря сжатию дуги в специальных горелках-плазмотронах удаётся повысить концентрацию энергии и температуру, что даёт ощутимый технологический эффект.

Позже были созданы плазмотроны, в которых вместо аргона используется дешёвый углекислый газ. Появилась возможность сваривать обычные стали и увеличивать скорость сварки до нескольких сотен метров в час.

Конечно, сварщики не могли выпустить из поля зрения и лучевые источники тепла. Учёные - сварщики разных стран внимательно следили за успехами физиков в области оптики, лазерной техники. И не только следили, но и интенсивно проводили собственные исследования, необходимые для практического применения в сварке.
Уже первые исследования показали - световой луч обладает некоторыми уникальными свойствами. Он не требует вакуума, так как может проходить через значительный слой воздуха, но ослабевая. Более того, тепло можно передать через стеклянную оболочку, прикрывающую изделие. Очень важных свойством следует считать то, что в зону нагрева лучи не вносят примесей других веществ.

Исследования не сомневаются в отдельных преимуществах фотонной сварки (от искусственного источника света) и гелиосварки (от Солнца). Не исключено, что вскоре очередные проблемы научно-технического развития будут решены с помощью новых способов сварки.

МЕДИЦИНА И СВАРКА

По заданию кардиологов в институте электросварки имени Е.О.Патона была разработана технология микроплазменной сварки сердечных клапанов.

В результате совместной работы ученых-сварщиков и врачей ультразвуковую сварку, резку и наплавку удалось применить для соединения и разъединения костных и мягких биологических тканей.

При сварке место перелома костей заполняется присадочным материалом циакрином, костной стружкой и другими компонентами и подвергается ультразвуковым колебаниям. Колебания, созданные сварочным генератором, резко ускоряют процессы полимеризации и диффузии присадки в костную ткань. Быстро образуется твердый сварной шов, который постепенно, в результате естественных процессов регенерации замещается новой тканью. Аналогичным способом производится наплавка костных тканей, когда необходимо, чтобы прочный конгломерат заместил костные ткани. Мягкие биологические ткани, такие, кровеносные сосуды, сваривают без присадочного материала, В месте контакта с ультразвуковым инструментом вода начинает ускоренно испаряться и за счет тепла колебательной энергии, и за счет выдавливания своим волноводом. Остается белковый коллаген, который быстро коагулируется, образуя сварное соединение. Сварка костей и тканей обладает серьезными преимуществами по сравнению с другими, обычными медицинскими приемами. В организм не нужно вводить инородные дела (потом извлекать их), как это делается при сшивании, скреплении стержнями или скобами. Обеспечивается герметичность, как и при любом сварном соединении. Упрощается работа хирургов, уменьшаются страдания пациентов. Ультразвуковой генератор, соединенный через волновод с хирургическим инструментом (пилкой, скальпелем, сверлом, долотом) сослужил большую службу человеку. Облегчил резку костей и тканей. Появилась возможность быстрее и менее болезненно выполнять сложные операции в нейрохирургии, удалять атеросклеротические отложения и т.д.

РОБОТ-СВАРЩИК В КОСМОСЕ И ПОД ВОДОЙ

Большая роль в освоение космоса и океанских глубин отводится полуавтоматическим устройствам, которые управляются человеком и автоматам, действующим автономно.

А как же быть со сваркой?

Кто или что будет выполнять сварку?

Сварщики создают специальные работы.

Общие их черты таковы:

Для ликвидации метеоритных повреждений нужны специальные ремонтные роботы. Им должна быть доступна любая точка на поверхности космической станции. Датчики - течеискатели обнаруживают повреждение, обследуют его и передают данные на бортовой компьютер, который рассчитывает и говорит программу работы. Робот, получив команду, направляется к месту повреждения и приступает к делу. Человек следит за работами на экране монитора.Роботы перемещаются по всей поверхности станции.

Но в космосе, в условиях невесомости, так просто робот двигаться не может.. Он может оторваться от поверхности станции. Поэтому нужна искусственна гравитация или специальные технологические выступы или рёбра. Такой робот - сварщик мощный источник питания, обладает развитой системой приёма внешней информации, позволяющей быстро отыскать объект сварки. Более 95 % мирового океана имеют глубины, недоступные водолазам. Даже такая, казалось бы, простейшая задача, как приварка к затонувшим судам проушин для крепления стропов, при глубинах более 100 метров, становится неразрешимой. При глубинах до 100 метров, движения сварщика - водолаза стеснены водолазным снаряжением. Неустойчивое положение и плохая видимость затрудняет работу, а на глубине человек вообще теряет работоспособность.

Поэтому сварщики работают над созданием таких роботов. Уже есть некоторые успехи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Задачей нашего журнала было кратко рассказать о сварочной науке и об успехах сварочной техники.

В рамках этого журнала нет возможности рассказать о людях, благодаря которым были достигнуты успехи в области сварки - об ученых и рабочих, инженерах, техниках и лаборантах. Их очень много, они все разные, но всех их объединяют и общие черты характера, позволившие им стать творцам нового в технике, разведчикам будущего в области человеческого знания.

Какими же качествами должен обладать новатор?

• Трудолюбием,

• Глубокими знаниями,

• Широким кругозором,

• Практическими умениями,

• Смелостью дерзания.

Без этих качеств невозможно внести вклад в прикладную науку на современном уровне развития.

А главное - человек должен любить своё дело.

Любить свою профессию - это значит творчески относиться к своей работе.

Готовится к творческой работе, приобретать знания, вырабатывать в себе необходимые качества необходимо уже сейчас, полка учимся

Из стен нашего техникума (ранее училища) вышло много сварщиков, которыми гордятся и учителя и предприятия, на которых они работают:

Быков Андрей Андреевич

Землянухин Степан Николаевич

Лесников Константин Александрович

Литвиненко Андрей Сергеевич

Михалев Андрей Сергеевич

Нестеров Сергей Викторович

Пустовалов Денис Юрьевич

Таравитов Илья Сергеевич

Чемякин Сергей Александрович и многие другие

ИСТОРИЯ СВАРКИ

Сварка сегодня

СВАРКА ПОД ФЛЮСОМ

УЛЬТРАЗВУКОВАЯ СВАРКА

АРГОНОДУГОВАЯ СВАРКА

МИКРОПЛАЗМЕННАЯ СВАРКА

ГАЗОВАЯ СВАРКА

ТЕРМИТНАЯ СВАРКА

ЛАЗЕРНАЯ СВАРКА

СВАРКА НА ВЫСОТЕ

РОБОТ - СВАРЩИК

И ДРУГИЕ ВИДЫ СВАРКИ

СВАРОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ