Spawalnictwo: historia, metody i zastosowania

Spawanie to dziś podstawowa metoda trwałego łączenia metali w budownictwie, motoryzacji, przemyśle stoczniowym i lotniczym. Zanim jednak stało się standardem, przeszło ponad wiek rozwoju – a znaczący, choć rzadko dziś kojarzony, udział w jego historii mieli polscy inżynierowie. W tym artykule wyjaśniamy, czym jest spawanie, jakie metody stosuje się dziś najczęściej oraz jak wyglądała historia tej dziedziny – od pierwszego łuku elektrycznego po pierwszy na świecie spawany most, który do dziś stoi w Polsce.

Czym jest spawanie

Spawanie polega na trwałym połączeniu materiałów poprzez ich miejscowe stopienie, zwykle z użyciem spoiwa o podobnym składzie chemicznym do materiału podstawowego. To jeden z trzech głównych sposobów łączenia metali – obok lutowania (łączenia bez topienia materiału rodzimego, za pomocą stopu o niższej temperaturze topnienia) i zgrzewania (łączenia w stanie plastycznym, pod wpływem docisku i ciepła, bez pełnego przetopienia).

Najpopularniejsze metody spawania

• Spawanie gazowe – topienie brzegów łączonych elementów płomieniem acetylenowo-tlenowym. Dziś rzadziej stosowane przemysłowo, częściej wykorzystywane do cięcia i napraw.
• Spawanie łukowe elektrodą otuloną (MMA) – ciepło potrzebne do stopienia metalu powstaje w łuku elektrycznym między elektrodą a materiałem.
• MIG/MAG – spawanie łukowe drutem litym, w osłonie gazu obojętnego (MIG) lub aktywnego (MAG).
• TIG – spawanie łukowe elektrodą nietopliwą (wolframową), ze spoiwem podawanym osobno w postaci pręta – metoda ceniona za precyzję i estetykę spoiny.
• Zgrzewanie oporowe – łączenie elementów pod wpływem docisku i ciepła generowanego przepływem prądu, bez klasycznego spoiwa.

Historia spawania – od łuku elektrycznego do pierwszego mostu

Pierwsze próby wykorzystania ciepła łuku elektrycznego do łączenia metali podjął w 1881 roku francuski inżynier Auguste de Méritens, łącząc nim płyty ołowiane. Jego metodę rozwinął pracujący z nim rosyjski inżynier Nikołaj Benardos, który wraz z polskim inżynierem Stanisławem Olszewskim opracował w latach 1881–1885 praktyczną metodę spawania łukiem elektrycznym z elektrodą węglową, nazwaną przez obu wynalazców „Elektrogefest”.Metoda ta doczekała się patentu brytyjskiego w 1885 roku i amerykańskiego w 1887 roku – Olszewski i Benardos zaprojektowali też podstawowe elementy sprzętu spawalniczego używane do dziś, m.in. spawarkę transformatorową zasilaną prądem zmiennym.

Metodę z elektrodą węglową udoskonalił później Nikołaj Sławianow, zastępując ją elektrodą metalową topliwą, a szwedzki inżynier Oscar Kjellberg opatentował w 1908 roku elektrody otulone topnikiem – rozwiązanie, które w praktyce ukształtowało dzisiejszą metodę MMA.

Spawanie w Polsce

W Polsce spawanie łukowe zaczęto stosować dopiero po odzyskaniu niepodległości, głównie przy budowie wagonów i konstrukcji budowlanych. W 1922 roku powołano Stowarzyszenie Rozwoju Spawalnictwa i Cięcia Metali, przy którym powstała Sekcja Spawalnicza – to właśnie ta dekada okazała się przełomowa dla polskiego spawalnictwa, głównie za sprawą jednego mostu.

Pierwszy na świecie spawany most drogowy – Maurzyce

W 1929 roku, według projektu profesora Stefana Bryły – wykładowcy Politechniki Lwowskiej i jednego z pionierów teorii spawalnictwa – oddano do użytku most na rzece Słudwi w miejscowości Maurzyce koło Łowicza. Był to pierwszy na świecie w pełni spawany most drogowy. Pierwotnie zaprojektowano go jako konstrukcję nitowaną, w której spawane miały być tylko podłużnice i poprzecznice – dopiero inżynier Wenczesław Poniż, pracujący pod kierunkiem Bryły, przeprojektował całą konstrukcję na spawaną.

Efekt był przekonujący: zastąpienie nitów spawaniem zmniejszyło masę konstrukcji z ok. 70 do ok. 56 ton, a sam most okazał się też tańszy w budowie. Dla realizacji tego projektu opracowano pierwsze na świecie przepisy dotyczące spawania elektrycznego konstrukcji stalowych. Most w Maurzycach przetrwał do dziś, ma status zabytku i w 2008 roku trafił na znaczek pocztowy Poczty Polskiej z serii „Mosty w Polsce” – a Związek Mostowców RP zabiega dziś o wpisanie go na listę Pomników Historii, z myślą o docelowym wpisie na listę UNESCO.

Bezpieczeństwo pracy przy spawaniu

Praca spawacza wiąże się z ekspozycją na promieniowanie łuku, wysoką temperaturę, dymy spawalnicze oraz ryzyko pożarowe – dlatego wymaga konsekwentnego stosowania atestowanej odzieży i przyłbic ochronnych, odpowiedniej wentylacji stanowiska oraz przestrzegania procedur przeciwpożarowych, szczególnie przy pracach w przestrzeniach zamkniętych.

Nowoczesne trendy

Współczesne spawalnictwo coraz częściej sięga po automatyzację i roboty spawalnicze – odpowiedź na rosnący deficyt doświadczonych spawaczy na rynku pracy. Rozwijają się też technologie hybrydowe, np. spawanie laserowe stosowane przy trudniejszych materiałach, takich jak miedź.

Dlaczego kwalifikacja spawacza to nie wszystko

Niezależnie od zastosowanej metody i doświadczenia spawacza, jakość wykonanej spoiny warto zweryfikować niezależnie – np. metodą ultradźwiękową (UT), penetracyjną (PT) lub radiograficzną (RT). Więcej o samych uprawnieniach spawalniczych i wymaganiach formalnych w Polsce piszemy w osobnym artykule.

Podsumowanie

Spawanie przeszło drogę od pierwszych eksperymentów z łukiem elektrycznym, w których brał udział polski inżynier Stanisław Olszewski, po pierwszy na świecie spawany most drogowy zbudowany w Polsce w 1929 roku według projektu Stefana Bryły. Dziś to dojrzała, dobrze znormalizowana technologia – pod warunkiem, że jakość wykonanej spoiny zostanie odpowiednio zweryfikowana.

Potrzebujesz zweryfikować jakość złączy spawanych w Twoim projekcie? Skontaktuj się z naszym zespołem – dobierzemy metodę badania odpowiednią do rodzaju spoiny.