Sähkökaarihitsauksen kehittäminen
Valokaarihitsauksen historia
Ensimmäinen käytännön sovellus sateenkaari metallien sähköhitsauksessa, joka saatiin vasta vuonna 1882, jolloin N. N. Benardos loi Pietarissa "Menetelmän metallien liittämiseksi ja erottamiseksi suoralla sähkövirran vaikutuksella", jota hän kutsui nimellä "electrohephaestus".
Akateemikkojen N. S. Kurnakovin, O. D. Khvolsonin ja muiden päätelmien mukaan tämän menetelmän ydin on, että prosessoitu kohde on kytketty sähkölähteen toiseen napaan ja hiili toiseen napaan ja jännitekaari, joka muodostuu prosessoidun kohteen ja kohteen välille. hiili tuottaa samanlaisen vaikutuksen kuin puhalluspolttimen liekki, kun metallia kuumennetaan ja sulatetaan. Erityinen hiili- tai muu johtava elektrodi asetetaan pidikkeeseen ja kaaria tuetaan käsin.
Vuosina 1888 - 1890 kaivosinsinööri N.G. paransi menetelmää käyttää sähkökaaren lämpöä metallien hitsaukseen.Slavyanov, joka korvasi hiilielektrodin yksinomaan metallilla ja kehitti puoliautomaattisen laitteen metallielektrodin syöttämiseksi sen palamisen ja kaaren ylläpitämiseksi, jota hän kutsui "sulatajaksi".
tapojen ydin sähkökaarihitsausLahjakkaiden insinöörien-keksijöiden N. N. Benardosin ja N. G. Slavyanovin työn tuloksena syntyvä, säilyy muuttumattomana tähän päivään asti ja voidaan luonnehtia seuraavasti: elektrodin ja tuotteen liitettyjen osien väliin muodostuva sähkökaari sulattaa tuotteen perusmateriaalin. tuote lämmöllään ja sulattaa kaariliekkivyöhykkeelle syötetyn elektrodin – täyteaine, joka sulan metallipisaroiden muodossa täyttää liitoksen ja sulautuu tuotteen perusmetalliin. Tässä tapauksessa kaaren kokonaislämmöntuotantoa säädetään valitsemalla sopiva tila, jonka pääparametri on virta.
Käytännössä menetelmiin on tehty ja tehdään lukuisia parannuksia, jotka eivät muuta prosessien olemusta, mutta lisäävät niiden käytännön arvoa. Luotujen hitsausmenetelmien kehittäminen kulkee mukana hitsaustekniikan energiaperustojen kehittämisen kanssa hitsauksen laadun ja tuottavuuden parantamisen suuntaan.
Tärkeimmät olosuhteet, jotka vaikuttivat tähän kehitykseen, olivat:
-
kaaren vakaan toiminnan varmistaminen;
-
saadakseen yhteyden sopivan laadun ja lujuuden.
Ensimmäinen ehto täyttyi luomalla energialähteitä, joiden ominaisuudet määrittävät sähkökaaren ominaisuudet hitsausolosuhteissa.
Valokaari, joka on pääasiallinen lämmönlähde ja energiankuluttaja hitsauksen aikana, on ominaista dynaamiselle kuormitukselle, jossa kaaripiirissä ilmenee sekunnin sadasosissa mitatuin aikavälein teräviä muutoksia sähköjärjestelmässä.
Elektrodin sulaminen ja metallin siirtyminen elektrodista työkappaleeseen aiheuttaa kaaren pituuden jyrkkiä vaihteluita ja toistuvia kaarivirtalähteen oikosulkuja (jopa 30 kertaa sekunnissa) hyvin lyhyin väliajoin. Tässä tapauksessa virta ja jännite eivät pysy vakiona, vaan niillä on hetkellisiä muutoksia tietystä arvosta maksimiarvoon ja päinvastoin.
Tällaiset äkilliset kuormituksen muutokset häiritsevät valokaarijärjestelmän tasapainotilaa - nykyinen lähde… Jotta kaari palaa pitkään tietyllä virran arvolla, sammumatta ja muuttumatta muunlaiseksi sähköpurkaukseksi, on välttämätöntä, että kaaria syöttävä virran lähde reagoi nopeasti valokaarissa tapahtuviin muutoksiin. valokaaren tilassa ja varmistaa sen vakaan toiminnan.
Sähköhitsaustekniikan kehityksen alkuvaiheessa tämä tehtiin sisäänrakennettujen liitäntävastusten avulla rajoittamaan virtaa ja peräkkäin rauhoittamaan kaaria sähkökoneiden pääpiirissä. Tämän jälkeen luodaan erityisiä virtalähteitä, joilla on putoamisominaisuudet ja pieni magneettinen inertia, jotka täyttävät täysin hitsauskaaren ominaisuuksista johtuvat vaatimukset.
Rinnakkain sähköhitsaustekniikan kehittämisen kanssa tehdään tutkimuksia, joiden avulla pystytään selvittämään kaaren staattisten ominaisuuksien pääparametrit hitsausolosuhteissa ja tutkimaan optimaalisia olosuhteita ja energialähteiden pääasiallisia sähköparametreja ja niiden vaikutusta kaaren palamisen vakaus ja jatkuvuus hitsauksen aikana.
Seuraavalla jaksolla sähköhitsauskoneiden prosessin staattisen ja dynamiikan tutkimuksen perusteella kehitettiin hitsauskonejärjestelmien ja -laitteiden luokittelu ja luotiin yhtenäinen yleistetty hitsauskoneteoria.
Valokaarihitsausprosessin ominaisuudet
Valokaarihitsausprosessi on erittäin monimutkainen fysikaalisten, kemiallisten ja sähköisten ilmiöiden kokonaisuus, joka esiintyy jatkuvasti kaikissa vaiheissa erittäin lyhyessä ajassa. Verrattuna tavanomaisiin metallien sulamisen metallurgisiin prosesseihin, hitsausprosessi on erilainen:
-
pieni määrä kylpyä sulalla metallilla;
-
metallin lämmityksen korkeat lämpötilat, jotka suurilla nopeuksilla ja paikallisella kuumennuksella johtavat korkeisiin lämpötilagradientteihin:
-
erottamaton yhteys käytetyn metallin ja perusmetallin välillä, jälkimmäisen ollessa ikään kuin muoto edelliselle.
Siten kuumennettua ja sulaa metallia pienen tilavuuden hitsausaltaassa ympäröi merkittävä massa alemman lämpötilan perusmetallia. Tämä seikka tietysti määrää metallin suuret kuumenemis- ja jäähtymisnopeudet ja sen seurauksena määrittää hitsausaltaassa tapahtuvien reaktioiden luonteen ja suunnan.
Valokaariraon läpi kulkeva sula lisämetalli altistuu kaaren ilmakehään erittäin korkeissa lämpötiloissa, mikä johtaa metallin hapettumiseen ja kaasujen imeytymiseen siitä, ja inerttien kaasujen (pääasiassa typen) aktivoitumista havaitaan kaari, jonka aktiivisuus on mitätön tavanomaisissa metallurgisissa prosesseissa.
Hitsaussulassa oleva sula metalli altistuu myös kaaren ilmakehään, jossa metallin, sen epäpuhtauksien ja sen absorboimien kaasujen välillä tapahtuu fysikaalis-kemiallisia reaktioita. Näiden ilmiöiden seurauksena kerrostetun hitsimetallin happi- ja typpipitoisuus on kasvanut, mikä tunnetusti heikentää metallin mekaanisia ominaisuuksia.
Kun metalli siirtyy kaareksi ja pysyy sulassa tilassa raudan epäpuhtauspaikalla, palavat sekä seostuslisäaineet, mikä myös huonontaa metallin mekaanisia ominaisuuksia. Epäpuhtauksien palamisen aikana muodostuvat kaasut sekä sulan metallin jähmettymisen aikana metalliin liuenneet kaasut voivat johtaa onteloiden ja huokosten muodostumiseen kerrostuneessa metallissa.
Näin ollen hitsauksen aikana tapahtuvat prosessit vaikeuttavat korkealaatuisen hitsimetallin saamista. Nämä vaikeudet osoittautuivat sellaisiksi, että oli mahdotonta saada hitsausta, jonka ominaisuudet olivat lähellä hitsausmetallin ominaisuuksia, joka on hitsauksen laadun pääindikaattori, ilman erityistoimenpiteitä.
Valokaarihitsaustekniikan parantaminen
Pääasiallinen toimenpide, joka lisäsi metalliliitosten laatua ja lujuutta olemassa olevissa kaarihitsausmenetelmissä, oli erikoispinnoitteiden käyttö - elektrodien pinnoitteet.
Alkukaudella tällaisten pinnoitteiden tehtävänä oli helpottaa syttymistä ja lisätä valokaaren stabiilisuutta niiden ionisoivan vaikutuksen ansiosta. Myöhemmin, kun kehitetään paksuja tai korkealaatuisia pinnoitteita, joiden tehtävänä on valokaaren stabiilisuuden lisäämisen lisäksi parantaa kerrostetun metallin kemiallista koostumusta ja rakennetta, hitsauksen laatu paranee merkittävästi. havaittu.
Elektrodien erikoispinnoitteiden kehittäminen on mahdollistanut viime vuosina metallien hitsauksen ja leikkaamisen perusmenetelmien käytön leviämisen veden alla. Tällöin elektrodien pinnoitteiden tarkoituksena on myös (elektrodia hitaamman palamisen vuoksi) säilyttää kaaren ympärille suojakilpi ja muodostaa kupla, jossa kaari palaa pinnoitteiden palaessa vapautuvien kaasujen mukana. .
Samanaikaisesti hitsausliitoksen laadun paranemisen kanssa havaitaan hitsauksen tuottavuuden kasvu, joka manuaalisessa hitsauksessa saavutetaan lisäämällä hitsauskaaren tehoa samalla, kun metallielektrodin halkaisija kasvaa. Merkittävä tehon lisäys ja elektrodien koon kasvu johtivat manuaalisen hitsauksen korvaamiseen automaattisella.
Automaattihitsauksen suurimmat vaikeudet aiheuttivat elektrodipinnoitteet-pinnoitteet, joita ilman laadukas hitsaus nykyaikaisissa vaatimuksissa on lähes mahdotonta.
Onnistunut ratkaisu oli syöttää murskatun rakeisen juoksutteen pinnoite ei elektrodiin, vaan perusmetalliin.Tässä tapauksessa kaari palaa virtauskerroksen alla, minkä ansiosta kaaren lämpöä käytetään tehokkaammin ja sauma on suojattu altistumiselta ilmalle. Tämä lisäys paransi perusmetallielektrodihitsausprosessia, mikä lisäsi huomattavasti tuottavuutta ja paransi hitsin laatua.
Mahdollisuus hallita liitettävien metallien lämpötilaa nykyaikaisilla hitsauskaaren energianlähteillä mahdollistaa liitosprosessin kaikki siirtymämuodot muovista materiaalien nestemäiseen, sulaan tilaan. Tämä seikka avaa uusia mahdollisuuksia eri metallien, mutta myös ei-metallisten materiaalien yhdistämiseen toisiinsa.
Teknisten hitsausprosessien parantuessa hitsattujen rakenteiden lujuus ja luotettavuus paranevat. Alkukaudella, jolloin hitsaus tehtiin yksinomaan käsin, sähkökaarihitsausta käytettiin kaikentyyppisissä kunnostus- ja korjaustöissä.
Valokaarihitsauksen merkitys yhtenä tärkeimmistä ja kehittyneistä teknologisista prosesseista tällä hetkellä on kiistaton. Kokemus hitsauksen käytöstä eri teollisuudenaloilla on selvästi osoittanut, että tämä metallintyöstömenetelmä mahdollistaa paitsi metallin säästämisen (25-50%), myös nopeuttaa merkittävästi kaikentyyppisten metallirakenteiden tuotantoa.
Prosessin mekanisoinnin ja automatisoinnin kehittäminen, jolla pyritään jatkuvaan tuottavuuden lisäämiseen yhdistettynä tasaiseen hitsauksen laadun ja lujuuden nousuun, laajentaa entisestään sen sovellusaluetta.Tällä hetkellä sähkökaarihitsaus on johtava teknologinen prosessi kaikentyyppisten metallirakenteiden valmistuksessa, jotka toimivat staattisilla ja dynaamisilla kuormilla matalissa ja korkeissa lämpötiloissa.
Muita mielenkiintoisia ja hyödyllisiä artikkeleita sähköhitsauksesta: