Elektriskā loka metināšanas attīstība
Loka metināšanas vēsture
Pirmais praktiskais pielietojums varavīksne metālu elektriskajā metināšanā iegūts tikai 1882. gadā, kad N.N.Benardoss Sanktpēterburgā radīja «Metālu savienošanai un atdalīšanai ar tiešu elektriskās strāvas iedarbību», ko nosauca par «electrohephaestus».
Saskaņā ar akadēmiķu N. S. Kurnakova, O. D. Hvolsona un citu secinājumu šīs metodes būtība ir tāda, ka apstrādājamais objekts tiek savienots ar vienu, bet ogles - ar otru elektriskā avota polu un sprieguma loks, kas veidojas starp apstrādājamo objektu un ogles rada darbību, kas ir līdzīga tai, ko rada pūtēja liesma, kad metāls tiek karsēts un izkausēts. Turētājā tiek ievietots īpašs oglekļa vai cits vadošs elektrods, un loks tiek atbalstīts ar roku.
1888. - 1890. gadā metodi elektriskā loka siltuma izmantošanai metālu metināšanai uzlaboja kalnrūpniecības inženieris N.G.Slavjanovs, kurš nomainīja oglekļa elektrodu tikai ar metāla elektrodu un izstrādāja pusautomātisku ierīci metāla elektroda padevei tā degšanas laikā un loka uzturēšanai, ko viņš sauca par "kausēšanas iekārtu".
Veidu būtība elektriskā loka metināšana, kas izveidots talantīgo inženieru-izgudrotāju N.N.Benardosa un N.G.Slavjanova darba rezultātā, paliek nemainīgs līdz mūsdienām un raksturojams šādi: elektriskā loka, kas veidojas starp elektrodu un savienotajām izstrādājuma daļām, izkausē pamatmateriālu izstrādājums ar savu siltumu un izkausē loka liesmas zonā pievadīto elektrodu — pildvielu, kas izkausēta metāla pilienu veidā aizpilda savienojumu un savienojas ar izstrādājuma parasto metālu. Šajā gadījumā loka kopējo siltuma veidošanos regulē, izvēloties piemērotu režīmu, kura galvenais parametrs ir strāva.
Praktiskajā pielietojumā metodēs ir veikti un tiek veikti daudzi uzlabojumi, kas nemaina procesu būtību, bet palielina to praktisko vērtību. Izveidoto metināšanas metožu attīstība notiek līdztekus metināšanas tehnoloģijas enerģētisko bāzu attīstībai metināšanas kvalitātes un produktivitātes uzlabošanas virzienā.
Galvenie apstākļi, kas veicināja šo attīstību, bija:
-
stabilas loka darbības nodrošināšana;
-
atbilstošas kvalitātes un savienojuma stipruma iegūšana.
Pirmais nosacījums tika izpildīts, radot enerģijas avotus ar raksturlielumiem, ko nosaka elektriskā loka īpašības metināšanas apstākļos.
Loku kā galveno apkures avotu un enerģijas patērētāju metināšanas laikā raksturo dinamiska slodze, kurā laika intervālos, kas mērīti sekundes simtdaļās, loka ķēdē parādās asas elektriskā režīma izmaiņas.
Elektroda kušana un metāla pārnešana no elektroda uz sagatavi izraisa krasas loka garuma svārstības un atkārtotus loka strāvas avota īssavienojumus (līdz 30 reizēm sekundē) ļoti īsos intervālos. Šajā gadījumā strāva un spriegums nepaliek nemainīgi, bet tiem ir momentānas izmaiņas no noteiktas vērtības uz maksimālo un otrādi.
Šādas pēkšņas slodzes izmaiņas traucē elektriskā loka sistēmas līdzsvara stāvokli — pašreizējais avots… Lai loks ilgstoši degtu pie noteiktas strāvas vērtības, nenodziest un nepārvērstos citās elektriskās izlādes formās, loka barošanas strāvas avotam ir ātri jāreaģē uz izmaiņām, kas notiek loka režīmu un nodrošina tā stabilu darbību.
Elektriskās metināšanas inženierijas attīstības sākumā tas tika darīts ar iebūvētu balasta rezistoru palīdzību, lai ierobežotu strāvu un secīgi nomierinātu loku elektrisko mašīnu galvenajā ķēdē. Pēc tam tiek izveidoti speciāli jaudas avoti ar krītošām īpašībām un zemu magnētisko inerci, kas pilnībā atbilst prasībām, kas izriet no metināšanas loka īpašībām.
Paralēli elektrometināšanas inženierijas attīstībai tiek veikti pētījumi, kas ļauj noteikt galvenos loka statisko raksturlielumu parametrus metināšanas apstākļos un izpētīt optimālos apstākļus un enerģijas avotu galvenos elektriskos parametrus un to ietekmi uz loka degšanas stabilitāte un nepārtrauktība metināšanas laikā.
Nākamajā periodā, balstoties uz procesa statikas un dinamikas pētījumiem elektriskajās metināšanas mašīnās, tika izstrādāta metināšanas iekārtu sistēmu un aparātu klasifikācija un izveidota vienota vispārināta metināšanas iekārtu teorija.
Loka metināšanas procesa raksturojums
Elektriskā loka metināšanas process ir ļoti sarežģīts fizikālu, ķīmisku un elektrisku parādību komplekss, kas notiek nepārtraukti visos posmos ārkārtīgi īsos laika periodos. Salīdzinot ar parastajiem metālu kausēšanas metalurģijas procesiem, metināšanas process atšķiras:
-
neliels vannas tilpums ar kausētu metālu;
-
metāla karsēšanas augsta temperatūra, kas lielā ātrumā un lokālā karsēšanā izraisa augstus temperatūras gradientus:
-
nedalāms savienojums starp uzklāto metālu un parasto metālu, pēdējais it kā ir forma pirmajam.
Tādējādi apsildāmo un izkausēto metālu neliela tilpuma metināšanas baseinā ieskauj ievērojama zemākas temperatūras parastā metāla masa. Šis apstāklis, protams, nosaka metāla sildīšanas un dzesēšanas lielos ātrumus un rezultātā nosaka metināšanas baseinā notiekošo reakciju raksturu un virzienu.
Izkusušais papildu metāls, izejot cauri loka spraugai, tiek pakļauts loka atmosfērai ļoti augstās temperatūrās, kas noved pie metāla oksidēšanās un gāzu absorbcijas no tā, kā arī tiek novērota inerto gāzu (galvenokārt slāpekļa) aktivācija. loka, kura aktivitāte parastajos metalurģijas procesos ir niecīga.
Izkausētais metāls metināšanas baseinā tiek pakļauts arī loka atmosfērai, kur notiek fizikāli ķīmiskas reakcijas starp metālu, tā piemaisījumiem un tā absorbētajām gāzēm. Šo parādību rezultātā nogulsnētajā metinātajā metālā ir palielināts skābekļa un slāpekļa saturs, kas, kā zināms, samazina metāla mehāniskās īpašības.
Metālam pārejot lokā un paliekot kausētā stāvoklī dzelzs piemaisījumu vietā, sadedzina leģējošās piedevas, kas arī pasliktina metāla mehāniskās īpašības. Gāzes, kas veidojas piemaisījumu sadegšanas laikā, kā arī tās, kas izšķīdušas metālā izkausētā metāla sacietēšanas laikā, var izraisīt tukšumu un poru veidošanos nogulsnētajā metālā.
Tādējādi metināšanas laikā notiekošie procesi apgrūtina augstas kvalitātes metinātā metāla iegūšanu. Šīs grūtības izrādījās tādas, ka bez īpašu pasākumu veikšanas nebija iespējams iegūt metināto šuvi ar īpašībām, kas ir tuvas metinājuma metāla īpašībām, kas ir galvenais metināšanas kvalitātes rādītājs.
Loka metināšanas tehnoloģijas pilnveidošana
Galvenais pasākums, kas paaugstināja metāla savienojumu kvalitāti un izturību esošajās loka metināšanas metodēs, bija īpašu pārklājumu — pārklājumu izmantošana uz elektrodiem.
Sākotnējā periodā šādu pārklājumu-pārklājumu funkcija bija atvieglot aizdegšanos un palielināt loka stabilitāti to jonizējošās iedarbības dēļ. Vēlāk, attīstoties bieziem vai kvalitatīviem pārklājumiem, kuru funkcija papildus loka stabilitātes paaugstināšanai ir nogulsnētā metāla ķīmiskā sastāva un struktūras uzlabošana, ievērojami paaugstinās metināšanas kvalitāte. novērotā.
Speciālu elektrodu pārklājumu izstrāde pēdējos gados ir ļāvusi izplatīt metālu metināšanas un griešanas pamatmetožu izmantošanu zem ūdens. Šajā gadījumā elektrodu pārklājumu mērķis ir arī (sakarā ar to lēnāka degšana nekā elektrods) saglabāt aizsargvairogu ap loku un veidot burbuli, kurā loks deg ar gāzēm, kas izdalās, pārklājumiem degot. .
Vienlaikus ar metinātā savienojuma kvalitātes uzlabošanos tiek novērots metināšanas produktivitātes pieaugums, kas manuālajā metināšanā tiek panākts, palielinot metināšanas loka jaudu, vienlaikus palielinot metāla elektroda diametru. Ievērojams jaudas pieaugums un elektrodu izmēra palielināšanās noveda pie manuālās metināšanas aizstāšanas ar automātisko.
Automātiskajā metināšanā lielākās grūtības sagādāja jautājums par elektrodu pārklājumiem-pārklājumiem, bez kuriem kvalitatīva metināšana atbilstoši mūsdienu prasībām ir gandrīz neiespējama.
Veiksmīgs risinājums bija sasmalcinātas granulu plūsmas pārklājuma ievadīšana nevis elektrodā, bet parastajā metālā.Šajā gadījumā loka deg zem plūsmas slāņa, pateicoties kam loka siltums tiek izmantots efektīvāk, un šuve tiek pasargāta no gaisa iedarbības. Šis papildinājums bija pamata metāla elektrodu metināšanas procesa uzlabojums, kas ievērojami palielināja produktivitāti un uzlaboja metinājuma kvalitāti.
Iespēja kontrolēt savienojamo metālu termisko stāvokli, izmantojot modernus metināšanas loka enerģijas avotus, ļauj realizēt visas savienošanas procesa pārejas formas no plastmasas uz materiālu šķidru, kausētu stāvokli. Šis apstāklis paver jaunas iespējas ne tikai dažādu metālu, bet arī nemetālisku materiālu savienošanai savā starpā.
Uzlabojoties tehnoloģiskajiem metināšanas procesiem, palielinās metināto konstrukciju izturība un uzticamība. Sākotnējā periodā, kad metināšanas process tika veikts tikai manuāli, elektriskā loka metināšana tika izmantota visa veida restaurācijas un remonta darbos.
Elektroloka metināšanas kā viena no galvenajiem un progresīvajiem tehnoloģiskajiem procesiem nozīme šobrīd ir nenoliedzama. Pieredze metināšanas izmantošanā dažādās nozarēs nepārprotami pierādījusi, ka šī metālapstrādes metode ļauj ne tikai ietaupīt metālu (25 — 50%), bet arī būtiski paātrināt visu veidu metāla konstrukciju darbu izgatavošanu.
Procesa mehanizācijas un automatizācijas attīstība, kuras mērķis ir nepārtraukti palielināt produktivitāti, apvienojumā ar vienmērīgu metināšanas kvalitātes un izturības pieaugumu, vēl vairāk paplašina tā pielietojuma jomu.Šobrīd elektriskā loka metināšana ir vadošais tehnoloģiskais process visu veidu metāla konstrukciju ražošanā, kas darbojas pie statiskām un dinamiskām slodzēm zemā un augstā temperatūrā.
Citi interesanti un noderīgi raksti par elektrisko metināšanu:
Invertora metināšanas iekārtas