Razvoj elektrolučnog zavarivanja
Povijest elektrolučnog zavarivanja
Prva praktična primjena duga u električnom zavarivanju metala dobiven tek 1882. godine, kada je N. N. Benardos stvorio u St. Petersburgu «Metoda spajanja i odvajanja metala izravnim djelovanjem električne struje», koju je nazvao «elektrohefest».
Prema zaključku akademika N. S. Kurnakova, O. D. Khvolsona i drugih, bit ove metode je da se predmet obrade spoji na jedan, a ugljen na drugi pol izvora električne energije i naponski luk koji nastaje između predmeta obrade i ugljen proizvodi radnju sličnu onoj koju proizvodi plamen puhalice kada se metal zagrijava i topi. Posebna ugljična ili druga vodljiva elektroda umetne se u držač, a luk se podupire rukom.
U 1888. - 1890. metodu korištenja topline električnog luka za zavarivanje metala poboljšao je rudarski inženjer N.G.Slavyanov, koji je ugljičnu elektrodu zamijenio isključivo metalnom i razvio poluautomatski uređaj za napajanje metalne elektrode tijekom njenog gorenja i održavanja luka, koji je nazvao "talionik".
Suština načina elektrolučno zavarivanje, nastao kao rezultat rada talentiranih inženjera-izumitelja N. N. Benardosa i N. G. Slavjanova, ostaje nepromijenjen do danas i može se okarakterizirati na sljedeći način: električni luk nastao između elektrode i povezanih dijelova proizvoda topi osnovni materijal proizvod svojom toplinom i topi elektrodu koja se dovodi u zonu plamena luka — materijal za punjenje koji, u obliku kapljica rastaljenog metala, ispunjava spoj i stapa se s osnovnim metalom proizvoda. U ovom slučaju, ukupna proizvodnja topline luka regulirana je odabirom prikladnog načina rada, čiji je glavni parametar struja.
U praktičnoj primjeni učinjena su i provode se brojna poboljšanja metoda, koja ne mijenjaju bit procesa, ali povećavaju njihovu praktičnu vrijednost. Razvoj stvorenih metoda zavarivanja ide uz razvoj energetskih osnova tehnologije zavarivanja u smjeru poboljšanja kvalitete i produktivnosti zavarivanja.
Glavni uvjeti koji su pridonijeli ovom razvoju bili su:
-
osiguravanje stabilnog rada luka;
-
dobivanje odgovarajuće kvalitete i čvrstoće veze.
Prvi uvjet je ispunjen stvaranjem izvora energije sa karakteristikama određenim svojstvima električnog luka u uvjetima zavarivanja.
Luk, kao glavni izvor zagrijavanja i potrošač energije tijekom zavarivanja, karakterizira dinamičko opterećenje, pri čemu se u vremenskim intervalima mjerenim u stotinkama sekunde pojavljuju oštre promjene električnog režima u krugu luka.
Taljenje elektrode i prijenos metala s elektrode na radni komad uzrokuje oštre fluktuacije u duljini luka i opetovane kratke spojeve izvora napajanja luka (do 30 puta u sekundi) u vrlo kratkim intervalima. U tom slučaju struja i napon ne ostaju konstantni, već imaju trenutne promjene od određene vrijednosti do maksimuma i obrnuto.
Takve nagle promjene opterećenja remete stanje ravnoteže sustava električnog luka — strujni izvor… Da bi luk dugo gorio pri određenoj vrijednosti struje, a da se ne ugasi i ne pretvori u druge oblike električnog pražnjenja, potrebno je da izvor struje koji napaja luk brzo reagira na promjene koje se događaju u način rada luka i osigurava njegov stabilan rad.
U ranoj fazi razvoja elektrotehnike zavarivanja, to se radilo uz pomoć ugrađenih balastnih otpornika za ograničavanje struje i sekvencijalno smirivanje luka u glavnom krugu električnih strojeva. Naknadno se stvaraju posebni izvori energije s padajućim karakteristikama i niskom magnetskom inercijom, koji u potpunosti zadovoljavaju zahtjeve koji proizlaze iz svojstava luka zavarivanja.
Paralelno s razvojem elektrotehnike zavarivanja, provode se studije koje omogućuju utvrđivanje glavnih parametara statičkih karakteristika luka u uvjetima zavarivanja i proučavanje optimalnih uvjeta i glavnih električnih parametara izvora energije i njihov utjecaj na stabilnost i kontinuitet gorenja luka tijekom zavarivanja.
U sljedećem razdoblju, na temelju istraživanja statike i dinamike procesa u električnim strojevima za zavarivanje, razvijena je klasifikacija sustava i aparata za zavarivanje te je stvorena jedinstvena generalizirana teorija strojeva za zavarivanje.
Karakteristike postupka elektrolučnog zavarivanja
Proces elektrolučnog zavarivanja vrlo je složen kompleks fizikalnih, kemijskih i električnih pojava koje se odvijaju kontinuirano u svim fazama u iznimno kratkim vremenskim razdobljima. U usporedbi s konvencionalnim metalurškim procesima taljenja metala, postupak zavarivanja je drugačiji:
-
mali volumen kupke s rastaljenim metalom;
-
visoke temperature zagrijavanja metala, što pri velikim brzinama i lokalnom zagrijavanju dovodi do visokih temperaturnih gradijenata:
-
neraskidiva veza između primijenjenog metala i osnovnog metala, pri čemu je potonji, takoreći, oblik za prvi.
Stoga je zagrijani i rastaljeni metal u bazenu za zavarivanje malog volumena okružen značajnom masom osnovnog metala niže temperature. Ova okolnost, naravno, određuje visoke stope zagrijavanja i hlađenja metala i, kao rezultat toga, određuje prirodu i smjer reakcija koje se odvijaju u zavarenom bazenu.
Prolazeći kroz lučni raspor, rastaljeni dodatni metal biva izložen atmosferi luka na vrlo visokim temperaturama, što dovodi do oksidacije metala i apsorpcije plinova iz njega, a uočena je i aktivacija inertnih plinova (uglavnom dušika). luk, čija je aktivnost zanemariva u konvencionalnim metalurškim procesima.
Rastaljeni metal u bazenu za zavarivanje također je izložen atmosferi luka, gdje se odvijaju fizikalno-kemijske reakcije između metala, njegovih nečistoća i plinova koje on apsorbira. Kao rezultat ovih pojava, nataloženi metal zavara ima povećan sadržaj kisika i dušika, što, kao što je poznato, smanjuje mehanička svojstva metala.
Kada metal prijeđe u luk i ostane u rastaljenom stanju na mjestu nečistoća u željezu izgaraju i dodaci legure, što također pogoršava mehanička svojstva metala. Plinovi koji nastaju izgaranjem nečistoća, kao i oni otopljeni u metalu tijekom skrućivanja rastaljenog metala, mogu dovesti do stvaranja šupljina i pora u nataloženom metalu.
Stoga procesi koji se odvijaju tijekom zavarivanja otežavaju dobivanje visokokvalitetnog metala za zavarivanje. Te su se poteškoće pokazale takvima da je bez poduzimanja posebnih mjera bilo nemoguće dobiti zavar s karakteristikama bliskim svojstvima metala zavarivanja, koji je glavni pokazatelj kvalitete zavarivanja.
Unapređenje tehnologije elektrolučnog zavarivanja
Glavna mjera kojom se povećala kvaliteta i čvrstoća metalnih spojeva u postojećim metodama elektrolučnog zavarivanja bila je uporaba posebnih premaza — premaza na elektrodama.
U početnom razdoblju funkcija ovakvih premaza-prevlaka bila je olakšati paljenje i povećati stabilnost luka zbog njihovog ionizirajućeg učinka. Kasnije, razvojem debelih ili visokokvalitetnih prevlaka, čija je funkcija, osim povećanja stabilnosti luka, poboljšanje kemijskog sastava i strukture nataloženog metala, dolazi do značajnog povećanja kvalitete zavarivanja. promatranom.
Razvoj posebnih premaza na elektrodama omogućio je posljednjih godina širenje uporabe osnovnih metoda zavarivanja i rezanja metala pod vodom. U ovom slučaju, svrha obloga na elektrodama također je (zbog njihovog sporijeg gorenja od elektrode) održavanje zaštitnog omotača oko luka i stvaranje mjehura u kojem gori luk s plinovima koji se oslobađaju pri gorenju obloga. .
Istodobno s poboljšanjem kvalitete zavarenog spoja, uočava se povećanje produktivnosti zavarivanja, što se kod ručnog zavarivanja postiže povećanjem snage zavarivačkog luka uz istodobno povećanje promjera metalne elektrode. Značajno povećanje snage i povećanje veličine elektroda doveli su do zamjene ručnog zavarivanja automatskim.
Najveće poteškoće kod automatskog zavarivanja predstavljalo je pitanje elektrodnih obloga-prevlaka, bez kojih je kvalitetno zavarivanje prema suvremenim zahtjevima gotovo nemoguće.
Uspješno rješenje bilo je nanošenje premaza od zdrobljenog granuliranog topitelja ne na elektrodu, već na osnovni metal.U ovom slučaju, luk gori ispod sloja fluksa, zahvaljujući kojem se toplina luka koristi učinkovitije, a šav je zaštićen od izlaganja zraku. Ovaj dodatak bio je poboljšanje osnovnog procesa zavarivanja metalnom elektrodom koji je znatno povećao produktivnost i poboljšao kvalitetu zavara.
Mogućnost kontrole toplinskog stanja metala koji se spajaju korištenjem suvremenih izvora energije za zavarivački luk omogućuje realizaciju svih prijelaznih oblika procesa spajanja od plastičnog do tekućeg, rastaljenog stanja materijala. Ova okolnost otvara nove mogućnosti međusobnog povezivanja ne samo različitih metala, već i nemetalnih materijala.
Poboljšanjem tehnoloških procesa zavarivanja povećava se čvrstoća i pouzdanost zavarenih konstrukcija. U početnom razdoblju, kada se postupak zavarivanja odvijao isključivo ručno, elektrolučno zavarivanje se koristilo u svim vrstama restauratorskih i popravnih radova.
Važnost elektrolučnog zavarivanja kao jednog od glavnih i naprednih tehnoloških procesa u ovom trenutku je neosporna. Iskustvo s uporabom zavarivanja u raznim industrijama jasno je pokazalo da ova metoda obrade metala omogućuje ne samo uštedu metala (25-50%), već i značajno ubrzanje proizvodnje radova svih vrsta metalnih konstrukcija.
Razvojem mehanizacije i automatizacije procesa, s ciljem stalnog povećanja produktivnosti, u kombinaciji sa stalnim povećanjem kvalitete i čvrstoće zavarivanja, dodatno se proširuje područje njegove primjene.Trenutno je elektrolučno zavarivanje vodeći tehnološki postupak u proizvodnji svih vrsta metalnih konstrukcija koje rade pod statičkim i dinamičkim opterećenjem pri niskim i visokim temperaturama.
Ostali zanimljivi i korisni članci o električnom zavarivanju:
Zaštitni plinovi za zavarivanje
Inverterski aparati za zavarivanje