Utveckling av elektrisk ljusbågsvetsning
Historia av bågsvetsning
Första praktiska tillämpningen en regnbåge i elektrisk svetsning av metaller som erhölls först 1882, när N.N. Benardos i S:t Petersburg skapade "Metod för att sammanfoga och separera metaller genom direktverkan av elektrisk ström", som han kallade "elektrohephaestus".
Enligt slutsatsen av akademiker N. S. Kurnakov, O. D. Khvolson och andra, är kärnan i denna metod att det bearbetade objektet är anslutet till en och kolet till den andra polen av den elektriska källan och spänningsbågen som bildas mellan det bearbetade objektet och kolet ger en verkan som liknar den som åstadkommes av en blåslampa när metall värms upp och smälts. En speciell kol- eller annan ledande elektrod sätts in i hållaren och bågen stöds för hand.
1888 - 1890 förbättrades metoden att använda värmen från en ljusbåge för svetsning av metaller av gruvingenjör N.G.Slavyanov, som ersatte kolelektroden uteslutande med en metall och utvecklade en halvautomatisk anordning för att tillföra en metallelektrod under dess bränning och underhåll av bågen, som han kallade en "smältare".
Kärnan i sätt elektrisk ljusbågsvetsning, skapad som ett resultat av arbetet av begåvade ingenjörer-uppfinnare N.N. Benardos och N.G. Slavyanov, förblir oförändrad till denna dag och kan karakteriseras enligt följande: den elektriska bågen som bildas mellan elektroden och de anslutna delarna av produkten smälter basmaterialet av produkten med sin värme och smälter elektroden som levereras till bågflamzonen - ett fyllnadsmaterial som, i form av droppar av smält metall, fyller förbindelsen och smälter samman med produktens basmetall. I detta fall regleras den totala värmegenereringen av bågen genom att välja ett lämpligt läge, vars huvudparameter är strömmen.
I praktisk tillämpning har många förbättringar gjorts och håller på att göras i metoderna, som inte förändrar processernas väsen, utan ökar deras praktiska värde. Utvecklingen av de skapade svetsmetoderna går tillsammans med utvecklingen av svetsteknikens energibaser i riktning mot att förbättra svetskvaliteten och produktiviteten.
De viktigaste förutsättningarna som bidrog till denna utveckling var:
-
säkerställa stabil drift av bågen;
-
uppnå lämplig kvalitet och styrka på anslutningen.
Det första villkoret uppfylldes genom att skapa energikällor med egenskaper som bestäms av egenskaperna hos en ljusbåge under svetsförhållanden.
Bågen, som huvudkällan för uppvärmning och energikonsument under svetsning, kännetecknas av en dynamisk belastning, i vilken, vid tidsintervall mätt i hundradelar av en sekund, uppträder skarpa förändringar i det elektriska regimen i bågkretsen.
Smältningen av elektroden och överföringen av metall från elektroden till arbetsstycket orsakar skarpa fluktuationer i bågens längd och upprepade kortslutningar av bågströmkällan (upp till 30 gånger per sekund) med mycket korta intervall. I det här fallet förblir strömmen och spänningen inte konstanta, utan har momentana förändringar från ett visst värde till ett maximum och vice versa.
Sådana plötsliga förändringar i belastningen stör ljusbågssystemets jämviktstillstånd — nuvarande källa... För att ljusbågen ska brinna under lång tid vid ett visst värde av strömmen, utan att släckas och inte övergå till andra former av elektrisk urladdning, är det nödvändigt att strömkällan som förser ljusbågen snabbt reagerar på förändringar som sker i ljusbågen. bågens läge och säkerställer dess stabila drift.
Tidigt i utvecklingen av elektrisk svetsteknik gjordes detta med hjälp av inbyggda ballastmotstånd för att begränsa strömmen och sekventiellt lugna ljusbågen i de elektriska maskinernas huvudkrets. Därefter skapas speciella kraftkällor med fallegenskaper och låg magnetisk tröghet, som helt uppfyller de krav som uppstår från svetsbågens egenskaper.
Parallellt med utvecklingen av elektrisk svetsteknik genomförs studier som gör det möjligt att fastställa huvudparametrarna för de statiska egenskaperna hos bågen under svetsförhållanden och att studera de optimala förhållandena och de viktigaste elektriska parametrarna för energikällorna och deras inverkan på stabiliteten och kontinuiteten i ljusbågens förbränning under svetsning.
Under nästa period, baserat på forskning om statiken och dynamiken i processen i elektriska svetsmaskiner, utvecklades en klassificering av svetsmaskinsystem och apparater och en enhetlig generaliserad teori om svetsmaskiner skapades.
Egenskaper för bågsvetsningsprocessen
Processen med elektrisk bågsvetsning är ett mycket komplext komplex av fysikaliska, kemiska och elektriska fenomen som sker kontinuerligt i alla stadier under extremt korta tidsperioder. Jämfört med konventionella metallurgiska processer för att smälta metaller är svetsprocessen annorlunda:
-
liten volym av badet med smält metall;
-
höga temperaturer av metalluppvärmning, vilket vid höga hastigheter och lokal uppvärmning leder till höga temperaturgradienter:
-
en oskiljaktig förbindelse mellan den applicerade metallen och basmetallen, varvid den senare så att säga är en form för den förra.
Således är den uppvärmda och smälta metallen i en svetsbassäng med liten volym omgiven av en betydande massa av basmetallen med lägre temperatur. Denna omständighet bestämmer naturligtvis de höga uppvärmnings- och kylningshastigheterna för metallen och bestämmer, som ett resultat, arten och riktningen av reaktionerna som äger rum i svetsbadet.
När den passerar genom båggapet exponeras den smälta ytterligare metallen för ljusbågens atmosfär vid mycket höga temperaturer, vilket leder till oxidation av metallen och absorption av gaser från den, och aktivering av inerta gaser (främst kväve) observeras i båge, vars aktivitet är försumbar i konventionella metallurgiska processer.
Den smälta metallen i svetsbadet utsätts också för en bågatmosfär, där fysikalisk-kemiska reaktioner äger rum mellan metallen, dess föroreningar och gaser som absorberas av den. Som ett resultat av dessa fenomen har den avsatta svetsmetallen ett ökat innehåll av syre och kväve, vilket, som bekant, minskar metallens mekaniska egenskaper.
När en metall passerar in i en båge och förblir i ett smält tillstånd på platsen för föroreningar i järnet, brinner såväl legeringstillsatser, vilket också försämrar metallens mekaniska egenskaper. Gaser som bildas vid förbränning av föroreningar, såväl som de som löses upp i metallen under stelningen av den smälta metallen, kan leda till bildning av hålrum och porer i den avsatta metallen.
Processerna som sker under svetsning gör det således svårt att erhålla svetsmetall av hög kvalitet. Dessa svårigheter visade sig vara sådana att det var omöjligt att få en svets med egenskaper nära svetsmetallens egenskaper, vilket är huvudindikatorn på svetskvaliteten, utan att vidta speciella åtgärder.
Förbättring av bågsvetsteknik
Den huvudsakliga åtgärden som ökade kvaliteten och styrkan hos metallfogar i befintliga bågsvetsmetoder var användningen av speciella beläggningar - beläggningar på elektroderna.
Under den inledande perioden var funktionen för sådana beläggningar-beläggningar att underlätta antändning och öka stabiliteten hos ljusbågen på grund av deras joniserande effekt. Senare, med utvecklingen av tjocka eller högkvalitativa beläggningar, vars funktion, förutom att öka stabiliteten hos bågen, är att förbättra den kemiska sammansättningen och strukturen hos den deponerade metallen, är en betydande ökning av svetskvaliteten. observerade.
Utvecklingen av speciella beläggningar på elektroder har gjort det möjligt på senare år att sprida användningen av grundläggande metoder för svetsning och skärning av metaller under vattnet. I detta fall är syftet med beläggningarna på elektroderna också (på grund av att de brinner långsammare än elektroden) att upprätthålla en skyddande skärm runt ljusbågen och att bilda en bubbla i vilken ljusbågen brinner med de gaser som frigörs när beläggningarna brinner. .
Samtidigt med förbättringen av kvaliteten på den svetsade anslutningen observeras en ökning av svetsproduktiviteten, vilket vid manuell svetsning uppnås genom att öka kraften hos svetsbågen med en samtidig ökning av metallelektrodens diameter. En betydande ökning av kraften och en ökning av storleken på elektroderna ledde till att manuell svetsning ersattes med automatisk.
De största svårigheterna med automatisk svetsning orsakades av frågan om elektrodbeläggningar-beläggningar, utan vilken högkvalitativ svetsning under moderna krav är nästan omöjlig.
En framgångsrik lösning var att mata beläggningen av krossat granulärt flussmedel inte till elektroden utan till basmetallen.I det här fallet brinner bågen under ett lager av flöde, tack vare vilket värmen från bågen används mer effektivt och sömmen skyddas från exponering för luft. Detta tillägg var en förbättring av den grundläggande metallelektrodsvetsprocessen som avsevärt ökade produktiviteten och förbättrade svetskvaliteten.
Möjligheten att kontrollera det termiska tillståndet hos metallerna som ska sammanfogas med hjälp av moderna energikällor för svetsbågen gör det möjligt att realisera alla övergångsformer av sammanfogningsprocessen från plast till flytande, smält tillstånd av materialen. Denna omständighet öppnar nya möjligheter för att koppla inte bara olika metaller utan även icke-metalliska material till varandra.
Med förbättringen av tekniska svetsprocesser ökar styrkan och tillförlitligheten hos svetsade strukturer. Under den inledande perioden, när svetsprocessen uteslutande utfördes manuellt, användes elektrisk bågsvetsning i alla typer av restaurerings- och reparationsarbeten.
Vikten av elektrisk bågsvetsning som en av de viktigaste och avancerade tekniska processerna för närvarande är obestridlig. Erfarenhet av användning av svetsning i olika industrier har tydligt visat att denna metod för metallbearbetning inte bara gör det möjligt att spara metall (25 - 50%), utan också att avsevärt påskynda produktionen av verk av alla typer av metallkonstruktioner.
Utvecklingen av mekanisering och automatisering av processen, som syftar till en kontinuerlig ökning av produktiviteten, i kombination med en stadig ökning av kvaliteten och styrkan av svetsning, utökar tillämpningsområdet ytterligare.För närvarande är elektrisk bågsvetsning den ledande tekniska processen vid produktion av alla typer av metallstrukturer som arbetar under statiska och dynamiska belastningar vid låga och höga temperaturer.
Andra intressanta och användbara artiklar om elektrisk svetsning: