Соединяемые сваркой металлы, пластмассы и другие материалы, как известно, состоят из атомов, размещенных в определенном порядке и скрепленных между собой силами межатомного взаимодействия. Поверхности каждого из соединяемых частей имеют свободные атомные связи, способные захватывать атомы или молекулы другой части. На рис. 1.2, а схематично показаны монокристаллы соединяемых частей металла с внутренними 1 и поверхностными 2 атомами. Если соединяемые монокристаллы имеют идеально чистую и гладкую поверхность, то, сблизив их на расстояние действующих межатомных сил, казалось бы можно получить неразъемное соединение (рис. 1.2, б). Однако это приведет к снижению свободной энергии системы атомов и поэтому потребует затраты дополнительной энергии активации. Энергия активации — энергия, необходимая для возбуждения поверхностных атомов, при котором происходят нарушение исходного энергетического состояния и переход в новое устойчивое энергетическое состояние, т. е. соединение частей.

Сварка классифицируется в первую очередь по физическому признаку — форме энергии, используемой для образования сварного соединения. Для сварки используют три формы энергии: термическую, термомеханическую и механическую, и аналогично этому называют классы сварки. К термическому классу относят все виды дуговой, газовой, электрошлаковой, плазменной, электронно-лучевой, лазерной, термитной и световой сварки.

К термомеханическому классу относят все виды контактной, диффузионной, высокочастотной и кузнечной сварки.

К механическому классу относят холодную, ультразвуковую, магнитно-импульсную сварку и сварку трением и взрывом.

Ручная сварка выполняется человеком с помощью инструмента, получающего энергию от специального источника. В учебнике рассматривается дуговая сварка — сварка плавлением, при которой нагрев осуществляется электрической дугой. Дуговую сварку плавящимся электродом выполняют электродом, который, расплавляясь при сварке, служит присадочным металлом. Суммируя эти три определения, можно сказать, что ручная дуговая сварка плавящимся электродом выполняется сварщиком с помощью инструмента, получающего энергию от специального источника; расплавляемый при сварке электрод, закрепленный в инструменте, служит присадочным металлом, вводимым в сварочную ванну в дополнение к расплавленному основному металлу. Этот вид сварки в настоящее время занимает по объему выполненных сварочных работ первое место в строительно-монтажном производстве.

Дуговая сварка в защитном газе (рис. 1.5) — это сварка, при которой дуга и расплавленный металл, а в некоторых случаях и остывающий шов для предохранения от контакта с воздухом находятся в защитном газе, подаваемом в зону сварки с помощью специальных устройств. Этот вид сварки широко применяют при изготовлении строительных конструкций и в меньшей степени при монтаже. Для сварки при изготовлении конструкций используют в качестве защитного углекислый газ.

Сварку в углекислом газе (рис. 1.5, а) производят обычно плавящимся электродом, который представляет собой тонкую проволоку, подаваемую по шлангам вместе с газом через горелку в зону сварки специальным механизмом. Такой вид сварки получил название механизированной дуговой сварки.

Электрошлаковая сварка (рис. 1.6) разработана и внедрена в производство Институтом электросварки им. Е. О. Патона. Эта сварка осуществляется плавлением, при этом используется тепло, выделяющееся при прохождении электрического тока через расплавленный шлак. Ее применяют для соединения стальных деталей толщиной от 25—30 до 1000 мм и более, расположенных в вертикальном или наклонном до 30° положении. Детали собирают с зазором от 20 мм и более в зависимости от толщины деталей и закрепляют.

Рис. 1.6. Электрошлаковая сварка 1 — детали; 2 — медная пластина; 3 — ползун; 4 — расплавленный металл; 5 — шлак; 6 — сварной шов; 7 — электродная проволока