Если же у вас всё ещё возникают вопрос интимного характера: «Зачем мне изучать эту дисциплину? Как мне помогут эти знания? Получу-ли я что-то после прохождения этой игры на платину? Увеличиться-ли моя зарплата со знаниями по сварке, если у меня специальность техническая, но другая?». Отвечаю на это так: «Все зависит от человека. Именно от вас, уважаемые Леди и Дамы, Джентльмены и Господа.» Гарантировать в жизни, ничего нельзя, но каждое наше действие должно быть нацелено на увеличение своих шансов на личное счастье.

А по большому счету, если человек хочет, чтобы его убедили что-то изучить, если человек торгуется при размене своего досуга на возможность прокачать навык в том или ином вопросе - стоит задуматься, действительно-ли готов человек к освоению темки, и тем более деятельности в ней. А убеждать кого-то - нихт, не будет толку ни для дающего, ни для берущего знания. Только самим нужно хотеть, только так появляются специалисты, которым люди (клиент, работодатели) готовы платить огромные (вызывающие буквально зависть) деньги.

Небольшое предуведомление закончилось

В первом эпизоде, который я хочу назвать «Пилот», мы поговорим о физике сварки, о физических процессах, которые возникают при сварочных махинациях и о том, какие именно процессы позволяют организовать всю сварочную движуху. Ну и начать стоит, с самого процесса сварки.

Сварка – получение неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагревании и (или) пластическом деформировании. Это определение из ГОСТа [ГОСТ 2601-84].

Здесь и далее, в квадратных скобках я указываю те или иные источники, ссылки, направления для справок, которые помогут подробнее ознакомиться с темой.

Физическая сущность процесса сварки заключается в образовании прочных связей между атомами или молекулами на соединяемых поверхностях заготовок.

А для того чтобы организовать соединение необходимо следующее:

1 освобождение свариваемых поверхностей от окислов, жировых плёнок и других загрязнений;
2 энергетическая активация поверхностных атомов, облегчающая их взаимодействие с друг другом;
3 сближение свариваемых поверхностей на расстояние действия сил межатомного взаимодействия.

Окислы - это химические соединения, образующиеся при взаимодействии металлов с кислородом воздуха, например, оксид железа (ну или просто ржавчина). В сварочном производстве окислы формируются на поверхности металлов в виде пленок, которые мешают прочному соединению, поэтому перед сваркой их необходимо удалять. О том, как это делать, поговорим позднее.

Жировые плёнки - это масляные или жировые загрязнения, которые попадают на поверхность металла из окружающей среды, при касании ручками или при обработке (один из примеров смазочные материалы). Эти пленки тоже мешают прямому контакту металлов, а потому образованию надежного сварного шва.

Насчет других загрязнений - это всякая грязь, пыль, ржавчина, окалина и прочие посторонние вещества на поверхности свариваемых деталей, которые ухудшают качество сварочного соединения, потому что блокируют межатомное взаимодействие.

Под энергетической активацией поверхностных атомов имеется в виду процесс, когда (при котором) атомам на поверхности сообщается дополнительная энергия, необходимой для преодоления энергетического барьера, мешающего атомному взаимодействию и образованию прочных связей. Эту энергию можно сообщать разными способами, которые мы в дальнейшем рассмотрим. Самое главное, что в результате такой активации разрываются связи поверхностных атомов с окружающей средой (например, с окислами или адсорбированными газами), повышается их энергетический уровень до состояния, когда они могут эффективно сближаться и образовывать общие кристаллические решетки или молекулярные связи, что обеспечивает хорошее (прочное) сварное соединение.

Исходя из физической сущности процесса образования сварного соединения различают две группы сварки: плавлением и давлением. А сейчас разберемся с группами по-отдельности. Примечательно, что определение каждой группы по своей сути говорит, что этот вид сварки не относится к другому виду.

Сварка плавлением: к ней относятся виды сварки, осуществляемые плавлением без приложенного давления. То есть никаким образом, давить на заготовки не будем. Только греем, подводим тепло. Основными источниками теплоты при сварке плавлением может быть сварочная дуга, газовое пламя или лучевой источник энергии.

Сварка давлением: сюда относятся операции, осуществляемые при приложении механической энергии в виде давления. Металл деформируется и начинает течь подобно жидкости. Металл перемещается вдоль поверхности раздела, унося с собой загрязнённый слой. Таким образом, в непосредственное соприкосновение вступают свежие слои материала - вот они и будут вступать в химическое взаимодействие.

Теперь рассмотрим классификацию процессов сварки. Сама она выглядит так:

Сварка плавлением:
- дуговая;
- электрошлаковая;
- газовая;
- лазерная;
- плазменная;
- индукционная.

Сварка давлением:
- ультразвуковая;
- диффузионная;
- холодная;
- контактная;
- трением;
- взрывом.

Далее приведу вам 2 графика. На первом представлена схема возможных областей сварки в зависимости от температуры и давления. Уточню, что этот график составлен для чистого железа.

I – Область ограниченного сваривания;
II – Область сварки давлением;
III – Область сварки плавлением.

Второй график - это схема областей свариваемости от температуры и содержания углерода в сплаве.

I – Область сварки плавлением;
II – Область возможного выполнения сварки давлением;
III – Область хорошего качества сварки давлением.

Уже был поднят вопрос энергии, потому продолжим разговор именно о ней. В зависимости от вида энергии, применяемой при сварке, различают следующие три класса сварки: термический, термомеханический, механический.

Термический класс: Виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии (дуговая, плазменная, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерная, газовая и пр. и др.).

Термомеханический класс: Виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии и давления (контактная, диффузионная и пр. и др.).

Механический: Виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием механической энергии и давления (ультразвуковая, взрывом, трением, холодная и пр. и др.).

При высоких температурах в зоне сварки плавлением (от 2000 °С) молекулы газов, содержащихся в атмосфере, переходят в атомарное состояние (N, O, H). Одновременно происходит разложение электродного покрытия.
N, O, H - интенсивно растворяются в металле, что ухудшает механические свойства шва:
- снижается пластичность;
- повышается хрупкость.

При сварке происходит следующее превращение (см. картинку):

Оксид FeO растворяется в железе и снижает качество сварного шва.

Водород хорошо растворим в жидкой фазе железа, меди, кобальта и никеля. В процессе кристаллизации металлов растворимость водорода резко снижается, что приводит к выделению мелких пузырьков и образованию пор в металле. На фотокарточках ниже эти поры и представлены.

Титан, ванадий и РЗЭ при высокой концентрации водорода образуют с ним гидриды. Кремний, алюминий, хром и углерод снижают растворимость водорода в сталях.

Уточню, что РЗЭ - это редкоземельные элементы. А все указанные в последнем абзаце элементы химически реагируют с водородом, образуя гидридные соединения - вещества, в которых водород связан с металлом. Такие гидриды могут изменить свойства металла, влияя на прочность и структуру сварного шва, иногда уменьшая вредное воздействие свободного водорода.

Зависимость между содержанием металлов, образующих гидриды (титан, ванадий, редкоземельные элементы), и качеством сварного шва проявляется в следующем:

1) При оптимальном содержании этих элементов увеличивается способность металла связывать водород в гидриды, что снижает количество свободного водорода, способного вызывать пористость и трещины. Меньше пор, меньше трещин - всеобщее счастье. Улучшаются механические свойства шва, повышаются его прочность и стойкость к хрупкости.

2) Если содержание таких элементов слишком низкое, водород остаётся в свободном состоянии, что увеличивает риск дефектов и ухудшает качество сварки. Мало редкозёмов - плохо.

3) Однако чрезмерное содержание добавок может приводить к нежелательным изменениям микроструктуры, например, к образованию хрупких фаз или включений, что также негативно влияет на прочность и пластичность шва. Много редкозёмов и титана - шов будет жесткий, но очень хрупкий. Хрупкость снижает прочность. Такая ситуация - тоже плохая.

Азот взаимодействует с железом, молибденом, титаном и марганцем с образованием нитридов - MN (в данном случае М - металл). Нитриды повышают прочность сварного шва, но снижают его пластичность.

При кристаллизации сульфид железа FeS образует эвтектику FeS-Fe. Она располагается между зернами кристаллизующегося железа и вызывает появление «горячих трещин».

Напомню уважаемым читателям, которые уже в том или ином виде освоили курс по материаловедению, а также людям, которые, возможно, сейчас заинтересуются в изучении этой науки, что эвтектика с греческого переводится как «легкоплавящийся», то есть это расплав, состоящий из веществ, начинающих одновременно кристаллизоваться при температурах более низких, чем температура кристаллизации каждого из них. Представим, что у нас есть расплав, состоящий из двух металлов, один имеет одну температуру кристаллизации, другой - другую. И при каком-то соотношении этих веществ в расплаве, происходит так, что вместе оба вещества, начинают иметь температуру кристаллизации - меньшую, чем у каждого из них по-отдельности.

Фосфиды железа FeP и FeP2, содержащиеся в металле шва, снижают ударную вязкость стали и способствуют образованию «холодных трещин».

Присутствие фосфидов железа (FeP, FeP2) в металле сварного шва уменьшает способность стали поглощать энергию при ударных нагрузках, делая её более хрупкой. Это повышает склонность к образованию микротрещин, которые проявляются при низких температурах или резких нагрузках, а называются «холодными трещинами». В результате снижаются пластичность и ударная вязкость стали, что негативно влияет на надёжность и долговечность сварных соединений.

Когда мы рассматривали графики, я уже упомянул термин «свариваемость». Теперь давайте уточним, что же конкретно он значит?

Это свойство или сочетание свойств металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. Есть несколько показателей, по которым эта самая свариваемость определяется, а важнейшими показателями свариваемости являются:
- реакция стали на термический цикл сварки;
- технологическая прочность сварного шва;
- склонность к образованию горячих и холодных трещин;
- хрупкие разрушения сварных соединений.

Количественным показателем свариваемости стали является эквивалентное содержание углерода (Сэкв или Сэ):

Сэкв = С + Mn/6 + Cr/5 + Mo/4 + Ni/10 + Si/24 + V/14

Исходя из всего сказанного о свариваемости, все стали можно поделить между собой на группы свариваемости: хорошую, удовлетворительную, ограниченную и плохую. Сейчас слегонца каждый из типов охарактеризуем.

1 Хорошие: стали, сварка которых может быть выполнена без подогрева и без последующей термической обработки. У таких сталей Сэкв≤0,25 %. Например, сталь 3, 16ГС.

2 Удовлетворительные: стали, для которых характерна стойкость против образования трещин при сварке в нормальных условиях, а также стали, которые для предотвращения трещин нуждаются в предварительном подогреве. У таких сталей Сэкв=0,25…0,35 %. Например, 10Г2, 09Г2С, сталь 30.

3 Ограниченные: стали, склонные к образованию трещин в обычных условиях сварки. При сварке таких сталей необходима предварительная термообработка и подогрев. Большинство сталей этой группы подвергают термообработке и после сварки. У таких сталей Сэкв=0,35…0,55 %. Например, сталь 45, 30ХГСА, 18Г2АФ, 08Х13 и пр. и др.

4 Плохие: стали, склонные к образованию трещин. Их применение для сварки ограничено. Сваривают эти стали обязательно с предварительным подогревом и последующей термообработкой. У таких сталей Сэкв>0,45 %. Например, сталь 65, У10, 15Х5М и пр. и др.

Когда перечислял показатели свариваемости, назвал «реакцию стали на термический цикл сварки». О каком же цикле идет речь? Здесь подразумевается изменение температуры металла во времени при сварке. А исходя из этого, можно выявить параметры этого цикла,отвечающие на вопросы - до какой максимальной температуры нагреется металл, как долго по времени он будет держать эту температуру, как быстро будет греться, как быстро остынет?

Параметры термического цикла:
- максимальная температура нагрева Тmax;
- время выдержки τmax (здесь буква «тау»);
- скорость нагрева Vнагр;
- скорость охлаждения Vохл.

Ну и для наглядности, все указанное в виде графика:

Ну, а раз термический цикл влияет на свариваемость, то необходимо разобраться, как сталь будет реагировать на термический цикл. Лучше всего мы сможем это сделать, если посмотрим на следующую схему и прочитаем текст под нею:

Что у нас тут на рисунке? По середине схематично показан сварной шов и свариваемый металл. Отчетливо видно пузырьковую текстуру рисунка металла. И на разных участках, пузырьки разные как по форме, так и по размерам. Под металлом у нас подписаны римскими цифрами 3 зоны. Именно столько зон разной микроструктуры выделяют на сварном соединении. Вот они слева-направо: I – Зона наплавленного металла сварного шва; II – Зона термического влияния (ЗТВ); III – Зона основного металла. Теперь разберемся, что каждая из себя представляет. Аббревиатуру ЗТВ рекомендую запомнить, мало-ли пригодится.

I – Зона наплавленного металла сварного шва
Это область, где металл расплавляется и затем кристаллизуется при остывании. Микроструктура здесь формируется в виде зерен, которые могут быть зернистыми, столбчатыми или дендритными в зависимости от условий охлаждения. Эта зона содержит основной металл сварочного материала и является местом образования сварного шва. Ее свойства зависят от состава сварочного металла и режима сварки.

II – Зона термического влияния
Это часть основного металла, которая не расплавляется, но подвергается существенному нагреву при сварке. В результате термического воздействия здесь происходит изменение микроструктуры — возможен рост зерна, перекристаллизация или другие фазовые превращения. Свойства металла в ЗТВ часто изменены по сравнению с основным металлом — здесь может снижаться прочность и пластичность, что влияет на общие характеристики сварного соединения.

III – Зона основного металла
Это область металла, не подвергшаяся воздействию высоких температур сварки. Ее микроструктура и свойства сохраняются неизменными, соответствуя исходному состоянию подвергнутого сварке изделия. Эта зона обеспечивает фундаментальные механические характеристики и поддержку сварного соединения.

Помимо зон обозначенных римскими цифрами, на ЗТВ отмечены 6 участков, обозначенных арабскими (1,2,3,4,5,6) цифрами.

1 - Участок неполного расплавления металла. Является переходным от жидкой фазы к твёрдой. Свойства этого участка определяют свойства сварного шва;
2 - Участок перегрева. Область, в которой металл нагревается до температуры 1500°С;
3 - Участок нормализации. В процессе сварки ненадолго нагревается до температур 930…1100 °С;
4 - Участок неполной рекристаллизации;
5 - Участок рекристаллизации;
6 - Участок синеломкости. Соответствует интервалу температур от 200 до 400 °С. Характеризуется снижением пластичности металла.

Что касается металла шва, то он образуется в результате кристаллизации основного и присадочного металлов. Его химический состав отличается от состава основного металла по причине протекания химических реакций и перемешивания в ходе процесса сварки.

Дочитано до рекомендуемой нормы одноразового прочтения.

Все сказанное не является инвестиционной рекомендацией.
Храните деньги в сберегательной кассе.

Лопасти первого поколения производились из стекловолокна и эпоксидной смолы, главную проблему приработки представляет эпоксидная смола, смолу очень сложно удалить из лопасти. На помощь приходит механическое измельчение.Срок службы лопастей составляет 20-25 лет затем они подлежат замене, за этот срок лопасти не только достигают своего физического износа, но и морального, новые лопасти с улучшенной аэродинамикой на тех же ветрогенераторах дополнительно повышают эффективность ветрогенераторов.

Лопасти состоят на 60-70% из армирующего волокна и на 30-40% из связующей смолы.

На сегодняшний день из-за продолжительного срока службы объемы отслуживших лопастей не велики по данным Европейской ассоциации ветрогенерации WindEuropeв ближайшие годы ежегодно будет выходить на пенсию 14 000 лопастей. Но с годами объем будет нарастать. Согласно исследованию Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) США и иследованию Барлоу, ежегодный вес выведенных из эксплуатации лопастей достигнет 1,5 млн тонн и 2,2 млн тонн к 2050 году, для сравнения в В 2024 году в России образовалось 51,2 млн тонн бытовых коммунальных отходов.

Лопасти второго покаления производят с использованием быстрорастворимого связующего.

Заводам по переработке АКБ не хватает АКБ

Доля возобновляемой генерации в Китае достигла рекорда

За пол года мир рекордно нарастил мощности солнечных электростанций, возобновляемая генерация обошла угольную

Солнечная электростанция для промышленности с себестоимостью генерации 1,31 рублей за кВт·ч

Производство цемента перешло на зеленую энергию

СП состоит в среднем на 75% из стекла, полимера 10% и 8%, олова, серебра, свинца, меди и других металлов. Современные технологии позволяют перерабатывать и возвращать в оборот 99% материалов, включенных в панель. Международное агентство по возобновляемым источникам энергии (IRENA) провело исследование и пришло к выводу, что в США к 2050 году солнечные отходы составят около 10 миллионов тонн, для сравнения в В 2024 году в России образовалось 51,2 млн тонн бытовых коммунальных отходов.

Заводам по переработке АКБ не хватает АКБ

Доля возобновляемой генерации в Китае достигла рекорда

За пол года мир рекордно нарастил мощности солнечных электростанций, возобновляемая генерация обошла угольную

Солнечная электростанция для промышленности с себестоимостью генерации 1,31 рублей за кВт·ч

Производство цемента перешло на зеленую энергию

«Мы слышали шум… а потом нашли его под турбиной», — рассказали сотрудники чилийского заповедника.

Так началась история, которая сегодня обсуждается по всей Латинской Америке.

Но что пошло не так? Почему экологичный проект внезапно оказался в центре громкого разбирательства — и может ли это произойти в других странах?

Разбираемся простыми словами.

Трагедия, которую никто не ожидал

В Чили, в живописном регионе О'Хиггинс, работает ветряная электростанция La Estrella. Современная, мощная, «зеленая». 11 огромных турбин, каждая высотой с небоскреб. Мощность ветропарка составляет 49,5 МВт.

Но за три года здесь случилось четыре столкновения с андскими кондорами — редкими, священными для Анд птицами.

Для Чили это не просто утрата — андский кондор изображен на гербе страны.

Ключевой вопрос: почему птицы вообще врезались в турбины?

Ответ оказался одновременно простым и шокирующим.

✔ Турбины были окрашены неправильно

По документам, лопасти должны иметь специальные цветные полосы, чтобы птицы видели вращение издалека. Но рабочие покрасили их только в белый цвет с красными кончиками. Между цветами не было промежуточных контрастных отметок, которые делают вращение заметным.

✔ Не было нормального мониторинга

По нормам, по периметру должен быть круглосуточный визуальный контроль. Но ни одной полноценной станции наблюдения не установили.

✔ О столкновениях иногда сообщали с задержкой

А это прямое нарушение разрешения, выданного проекту.

Что теперь грозит электростанции?

Арест ей не грозит точно, регулятор SMA уже предъявил компании два обвинения:

1. Серьезное — за ненадлежащие меры защиты орнитофауны

Это может привести к:

• закрытию проекта;

• отзыву лицензии;

• или штрафу до 5000 UTA (около 431 миллиона рублей).

2. Незначительное — не построили обещанную туристическую площадку

Да, даже такая «мелочь» является нарушением условий проекта.

Компания Eolica La Estrella SpA имеет 15 дней, чтобы предложить план исправления, и 22 дня для официальной защиты.

Почему эта история важна для всего мира?

Растет мощность ВИЭ — растут и скрытые риски. Многие страны считают, что ветряки — это «абсолютно зеленая» энергетика. Но на практике все сложнее:

• птицы не всегда видят вращающиеся лопасти;

• хищники (в том числе кондоры) могут атаковать добычу, не замечая турбину;

• миграционные пути могут проходить через ветропарки.

И один неверный шаг — неправильная окраска, недостаточный мониторинг — превращается в трагедию.

Что будет дальше?

Чилийские власти заявили, что эта ситуация станет примером для обновления правил по защите птиц.

А специалисты из Европы уже обсуждают этот кейс как показательный пример ошибки в планировании “зелёных” объектов. Эта история напоминает нам важное:

«Экологичные технологии должны быть экологичными во всем. Даже маленькое нарушение может стоить жизни целой популяции».

Больше интересной информации про источники энергии и энергетику в телеграм-канале ЭнергетикУм

Когда мы говорим о солнечной энергетике, на ум приходят жаркие страны, пустыни и южные регионы. Но мало кто представляет, что солнечные панели способны работать и там, где температура падает до –50 °C, а ветер срывает все на своем пути. Именно в таких условиях Россия создала свою первую автономную солнечную электростанцию в Антарктиде.

Проект получил 1 место в категории "лучший проект в сфере малой распределенной энергетики мощностью более 5 МВт" ассоциации малой энергетики 2025.

Энергия на краю света

С 2021 по 2025 год российская компания «Лицо Столиц» (бренд Solar-B Energy) совместно с учеными Арктического и антарктического НИИ реализовала уникальный проект: автономную солнечную электроснабжающую систему мощностью 40 кВт на станции «Прогресс».

Это первая российская солнечная электростанция, работающая в одном из самых экстремальных климатов планеты. Ее запуск стал демонстрацией того, что современные автономные технологии способны функционировать в условиях, где даже металл ведет себя непредсказуемо.

Почему Антарктида — одно из самых сложных мест для энергетики

Антарктида — континент парадоксов. Летом здесь круглосуточно светит солнце, а зимой царит полная темнота. Температура может опускаться ниже –50 °C, а порывы ветра доходят до силы настоящего урагана.

Обычные электростанции в таких условиях невозможны. Поэтому станции обычно работают на дизеле, который приходится доставлять раз в год морем. Это дорого, сложно и экологически опасно.

Солнечная электростанция позволяет:

• уменьшить расход топлива;

• обеспечить стабильную энергию летом;

• снизить риски перебоев;

• сократить выбросы и загрязнение атмосферы.

И главное — она дает станции больше автономности.

По ссылке можно посмотреть веб-камеру российской антарктической станции «Прогресс».

Как инженеры сделали солнечную станцию, способную выжить в Антарктиде

Стандартные солнечные панели в Антарктиде просто бы не выдержали. Поэтому инженерам пришлось фактически заново пересобрать технологию под экстремальные условия:

• усиленные конструкции, выдерживающие ураганный ветер;

• морозостойкие материалы, не теряющие прочность при резких перепадах температур;

• специальные крепления, разработанные с учетом ледяной нагрузки;

• автономность, позволяющая работать без частого обслуживания.

Летом в Антарктиде — полярный день, и солнце светит 24 часа. Это позволяет станции работать практически без перерывов, обеспечивая исследователей стабильной энергией.

Технологии для будущего России

Проект на станции «Прогресс» — не просто инженерное достижение. Это важный шаг для всей российской автономной энергетики.

Технологии, которые выдерживают Антарктиду, могут применяться:

• в Арктике,

• в труднодоступных регионах России,

• на метеостанциях,

• на геологических и нефтегазовых точках,

• на автономных базах и научных лагерях.

Это значит, что Россия получает инструменты для создания энергонезависимых объектов там, где построить обычную инфраструктуру практически невозможно.

Почему этот проект важен для всей мировой энергетики

Антарктида — идеальный полигон для будущих технологий автономного энергоснабжения. Если система стабильно работает там, она будет работать где угодно — вплоть до космических миссий, где потребуется энергоэффективность, надёжность и независимость.

Российская солнечная станция в Антарктиде стала доказательством того, что солнечная энергетика — это не только про жаркий климат. Это про инженерный подход, материалы нового поколения и правильные решения.

Больше интересной информации про источники энергии и энергетику в телеграм-канале ЭнергетикУм