Развитие на електродъгово заваряване
История на дъговото заваряване
Първо практическо приложение дъга в електрическо заваряване на метали, получени едва през 1882 г., когато Н. Н. Бенардос създава в Санкт Петербург «Метод за свързване и разделяне на метали чрез директно действие на електрически ток», който той нарича «електрохефест».
Според заключението на академиците Н. С. Курнаков, О. Д. Хволсън и други, същността на този метод е, че обработеният обект е свързан с единия, а въглищата с другия полюс на електрическия източник и напрегнатата дъга, образувана между обработения обект и въглищата произвежда действие, подобно на това, което се произвежда от пламъка на паялната лампа, когато металът се нагрява и топи. Специален въглероден или друг проводим електрод се вкарва в държача и дъгата се поддържа от ръка.
През 1888 — 1890г Методът за използване на топлината на електрическа дъга за заваряване на метали е подобрен от минен инженер Н. Г. Славянов, който замества въглеродния електрод изключително с метален и разработва полуавтоматично устройство за подаване на метален електрод при изгарянето му и поддържане на дъгата , който той нарече „топилка“.
Същността на начините електродъгово заваряване, създадена в резултат на работата на талантливи инженери-изобретатели Н. Н. Бенардос и Н. Г. Славянов, остава непроменена и до днес и може да се характеризира по следния начин: електрическата дъга, образувана между електрода и свързаните части на продукта, разтопява основния материал на продуктът със своята топлина и разтопява електрода, подаден към зоната на пламъка на дъгата — пълнежен материал, който под формата на капки разтопен метал запълва кръстовището и се слепва с основния метал на продукта. В този случай общото генериране на топлина на дъгата се регулира чрез избор на подходящ режим, чийто основен параметър е токът.
В практическото прилагане са направени и се правят многобройни подобрения в методите, които не променят същността на процесите, но увеличават тяхната практическа стойност. Развитието на създадените методи за заваряване върви заедно с развитието на енергийните основи на заваръчната технология в посока подобряване на качеството и производителността на заваряването.
Основните условия, допринесли за това развитие, бяха:
-
осигуряване на стабилна работа на дъгата;
-
получаване на подходящо качество и здравина на връзката.
Първото условие беше изпълнено чрез създаване на източници на енергия с характеристики, определени от свойствата на електрическа дъга при условия на заваряване.
Дъгата като основен източник на отопление и консуматор на енергия по време на заваряването се характеризира с динамично натоварване, при което на интервали от време, измерени в стотни от секундата, в дъговата верига се появяват резки промени в електрическия режим.
Топенето на електрода и преминаването на метал от електрода към детайла причинява резки колебания в дължината на дъгата и повтарящи се къси съединения на източника на захранване на дъгата (до 30 пъти в секунда) на много кратки интервали. В този случай токът и напрежението не остават постоянни, а имат мигновени промени от определена стойност до максимум и обратно.
Такива резки промени в натоварването нарушават равновесното състояние на електрическата дъгова система — текущ източник… За да може дъгата да гори дълго време при определена стойност на тока, без да гаси и да не се превръща в други форми на електрически разряд, е необходимо източникът на ток, захранващ дъгата, бързо да реагира на промените, възникващи в режима на дъгата и осигурява стабилната му работа.
В началото на развитието на електрозаваръчното машиностроене това беше извършено с помощта на включени баластни резистори, за да се ограничи токът и да се успокои последователно дъгата в основната верига на електрическите машини. Впоследствие се създават специални източници на захранване с падащи характеристики и ниска магнитна инерция, които напълно отговарят на изискванията, произтичащи от свойствата на заваръчната дъга.
Паралелно с развитието на електрозаваръчното машиностроене се извършват проучвания, които позволяват да се установят основните параметри на статичните характеристики на дъгата в условия на заваряване и да се проучат оптималните условия и основните електрически параметри на източниците на енергия и тяхното влияние върху стабилността и непрекъснатостта на изгарянето на дъгата по време на заваряване.
В следващия период, въз основа на изследванията на статиката и динамиката на процеса в електрозаваръчни машини, се разработва класификация на системите на заваръчни машини и апарати и се създава единна обобщена теория на заваръчните машини.
Характеристики на процеса на електродъгово заваряване
Процесът на електродъгово заваряване е много сложен комплекс от физични, химични и електрически явления, които се случват непрекъснато на всички етапи в изключително кратки периоди от време. В сравнение с конвенционалните металургични процеси на топене на метали, процесът на заваряване е различен:
-
малък обем на ваната с разтопен метал;
-
високи температури на метално нагряване, което при високи скорости и локално нагряване води до високи температурни градиенти:
-
неразривна връзка между нанесения метал и неблагородния метал, а последният е, като че ли, форма за първия.
По този начин нагретият и разтопен метал в заваръчна вана с малък обем е заобиколен от значителна маса от неблагородния метал с по-ниска температура. Това обстоятелство, естествено, определя високите скорости на нагряване и охлаждане на метала и в резултат на това определя естеството и посоката на реакциите, протичащи в заваръчната вана.
Преминавайки през дъговата междина, разтопеният допълнителен метал е изложен на атмосферата на дъгата при много високи температури, което води до окисляване на метала и абсорбиране на газове от него и се наблюдава активиране на инертни газове (предимно азот) в дъгата, чиято активност е незначителна в конвенционалните металургични процеси.
Разтопеният метал в заваръчната вана също е изложен на дъгова атмосфера, където протичат физико -химични реакции между метала, неговите примеси и газове, абсорбирани от него. В резултат на тези явления отложеният заваръчен метал има повишено съдържание на кислород и азот, което, както е известно, намалява механичните характеристики на метала.
Когато метал преминава в дъга и остава в разтопено състояние на мястото на примес в желязото, както и легиращите добавки изгарят, което също влошава механичните свойства на метала. Газовете, образувани при изгарянето на примеси, както и тези, разтворени в метала, по време на втвърдяването на разтопения метал, могат да доведат до образуване на кухини и пори в нанесения метал.
По този начин процесите, протичащи по време на заваряването, затрудняват получаването на висококачествен заваръчен метал. Тези трудности се оказаха такива, че беше невъзможно да се получи заварка с характеристики, близки до характеристиките на заварявания метал, което е основният показател за качеството на заваряването, без да се вземат специални мерки.
Подобряване на технологията за дъгово заваряване
Основната мярка, която повиши качеството и здравината на металните фуги при съществуващите методи за електродъгово заваряване, беше използването на специални покрития — покрития върху електродите.
В началния период функцията на такива покрития-покрития беше да улеснят запалването и да увеличат стабилността на дъгата поради техния йонизиращ ефект. По-късно, с развитието на дебели или висококачествени покрития, чиято функция, освен увеличаване на стабилността на дъгата, е да подобри химичния състав и структурата на нанесения метал, се наблюдава значително повишаване на качеството на заваряването.
Разработването на специални покрития върху електроди направи възможно през последните години да се разпространи използването на основни методи за заваряване и рязане на метали под вода. В този случай целта на покритията върху електродите е също така (поради по -бавното си изгаряне от електрода) да поддържа защитната козирка около дъгата и да образува балон, в който дъгата изгаря с газовете, отделяни при изгарянето на покрития.
Едновременно с подобряването на качеството на заварената връзка се наблюдава повишаване на производителността на заваряване, което при ръчно заваряване се постига чрез увеличаване на мощността на заваръчната дъга с едновременно увеличаване на диаметъра на металния електрод. Значително увеличаване на мощността и увеличаване на размера на електродите доведе до замяна на ръчно заваряване с автоматично.
Най-големите трудности при автоматичното заваряване бяха поставени от въпроса за електродните покрития-покрития, без които висококачественото заваряване при съвременните изисквания е почти невъзможно.
Успешно решение беше подаването на покритието от натрошен гранулиран флюс не към електрода, а към основния метал. В този случай дъгата изгаря под слой поток, благодарение на което топлината на дъгата се използва по -ефективно, а шевът е защитен от излагане на въздух. Това добавяне беше подобрение в основния процес на заваряване на метални електроди, което значително повиши производителността и подобри качеството на заваръчните шевове.
Възможността да се контролира термичното състояние на металите, които трябва да се съединяват, използвайки съвременни източници на енергия за заваръчната дъга, дава възможност да се осъществят всички преходни форми на процеса на свързване от пластмасовото към течното, разтопено състояние на материалите. Това обстоятелство отваря нови възможности за свързване не само на различни метали, но и на неметални материали помежду си.
С подобряването на технологичните процеси на заваряване, здравината и надеждността на заварените конструкции се увеличават. В началния период, когато заваръчният процес се извършваше изключително ръчно, електродъгово заваряване се използваше при всички видове възстановителни и ремонтни работи.
Значението на електродъгово заваряване като един от основните и напреднали технологични процеси в момента е неоспоримо. Опитът с използването на заваряване в различни индустрии ясно доказа, че този метод на металообработка позволява не само спестяване на метал (25 — 50%), но и значително ускоряване на производството на произведения от всички видове метални конструкции.
Развитието на механизацията и автоматизацията на процеса, насочено към непрекъснато увеличаване на производителността, съчетано със стабилно повишаване на качеството и здравината на заваряването, допълнително разширява обхвата на неговото приложение. В момента електродъгово заваряване е водещият технологичен процес в производството на всички видове метални конструкции, работещи при статични и динамични натоварвания при ниски и високи температури.
Други интересни и полезни статии за електрическото заваряване: