Ανάπτυξη ηλεκτροσυγκόλλησης τόξου
Ιστορία της συγκόλλησης τόξου
Πρώτη πρακτική εφαρμογή ένα ουράνιο τόξο στην ηλεκτρική συγκόλληση μετάλλων που ελήφθη μόλις το 1882, όταν ο Ν. Ν. Μπενάρδος δημιούργησε στην Αγία Πετρούπολη «Μέθοδος ένωσης και διαχωρισμού μετάλλων με άμεση δράση ηλεκτρικού ρεύματος», την οποία ονόμασε «ηλεκτροήφαιστος».
Σύμφωνα με το συμπέρασμα των ακαδημαϊκών N. S. Kurnakov, O. D. Khvolson και άλλων, η ουσία αυτής της μεθόδου είναι ότι το επεξεργασμένο αντικείμενο συνδέεται με το ένα και ο άνθρακας στον άλλο πόλο της ηλεκτρικής πηγής και το τόξο τάσης που σχηματίζεται μεταξύ του επεξεργασμένου αντικειμένου και ο άνθρακας παράγει μια δράση παρόμοια με αυτή που παράγεται από τη φλόγα ενός φυσητήρα όταν το μέταλλο θερμαίνεται και λιώνει. Ένα ειδικό ηλεκτρόδιο άνθρακα ή άλλο αγώγιμο εισάγεται στη βάση και το τόξο στηρίζεται με το χέρι.
Το 1888 - 1890, η μέθοδος χρήσης της θερμότητας ενός ηλεκτρικού τόξου για τη συγκόλληση μετάλλων βελτιώθηκε από τον μηχανικό ορυχείων N.G.Slavyanov, ο οποίος αντικατέστησε το ηλεκτρόδιο άνθρακα αποκλειστικά με ένα μεταλλικό και ανέπτυξε μια ημιαυτόματη συσκευή για την τροφοδοσία ενός μεταλλικού ηλεκτροδίου κατά την καύση του και τη διατήρηση του τόξου, το οποίο ονόμασε "melter".
Η ουσία των τρόπων ηλεκτροσυγκόλληση τόξου, που δημιουργήθηκε ως αποτέλεσμα της δουλειάς των ταλαντούχων μηχανικών-εφευρετών N.N. Benardos και N.G. Slavyanov, παραμένει αμετάβλητο μέχρι σήμερα και μπορεί να χαρακτηριστεί ως εξής: το ηλεκτρικό τόξο που σχηματίζεται μεταξύ του ηλεκτροδίου και των συνδεδεμένων μερών του προϊόντος λιώνει το βασικό υλικό του το προϊόν με τη θερμότητά του και λιώνει το ηλεκτρόδιο που παρέχεται στη ζώνη φλόγας τόξου — ένα υλικό πλήρωσης που, με τη μορφή σταγόνων λιωμένου μετάλλου, γεμίζει τη διασταύρωση και συντήκεται με το βασικό μέταλλο του προϊόντος. Σε αυτή την περίπτωση, η συνολική παραγωγή θερμότητας του τόξου ρυθμίζεται επιλέγοντας έναν κατάλληλο τρόπο λειτουργίας, η κύρια παράμετρος του οποίου είναι το ρεύμα.
Στην πρακτική εφαρμογή, έχουν γίνει και γίνονται πολυάριθμες βελτιώσεις στις μεθόδους, οι οποίες δεν αλλάζουν την ουσία των διαδικασιών, αλλά αυξάνουν την πρακτική τους αξία. Η ανάπτυξη των δημιουργούμενων μεθόδων συγκόλλησης συμβαδίζει με την ανάπτυξη των ενεργειακών βάσεων της τεχνολογίας συγκόλλησης προς την κατεύθυνση της βελτίωσης της ποιότητας και της παραγωγικότητας της συγκόλλησης.
Οι βασικές προϋποθέσεις που συνέβαλαν σε αυτή την εξέλιξη ήταν:
-
εξασφάλιση σταθερής λειτουργίας του τόξου.
-
αποκτώντας την κατάλληλη ποιότητα και αντοχή της σύνδεσης.
Η πρώτη προϋπόθεση ικανοποιήθηκε με τη δημιουργία πηγών ενέργειας με χαρακτηριστικά που καθορίζονται από τις ιδιότητες ενός ηλεκτρικού τόξου υπό συνθήκες συγκόλλησης.
Το τόξο, ως κύρια πηγή θέρμανσης και καταναλωτής ενέργειας κατά τη συγκόλληση, χαρακτηρίζεται από ένα δυναμικό φορτίο, στο οποίο, σε χρονικά διαστήματα μετρημένα σε εκατοστά του δευτερολέπτου, εμφανίζονται έντονες αλλαγές στο ηλεκτρικό καθεστώς στο κύκλωμα τόξου.
Η τήξη του ηλεκτροδίου και η μεταφορά μετάλλου από το ηλεκτρόδιο στο τεμάχιο εργασίας προκαλεί έντονες διακυμάνσεις στο μήκος του τόξου και επαναλαμβανόμενα βραχυκυκλώματα της πηγής ισχύος τόξου (έως 30 φορές το δευτερόλεπτο) σε πολύ μικρά διαστήματα. Σε αυτή την περίπτωση, το ρεύμα και η τάση δεν παραμένουν σταθερά, αλλά έχουν στιγμιαίες αλλαγές από μια συγκεκριμένη τιμή σε μια μέγιστη και αντίστροφα.
Τέτοιες ξαφνικές αλλαγές στο φορτίο διαταράσσουν την κατάσταση ισορροπίας του συστήματος ηλεκτρικού τόξου — τρέχουσα πηγή… Για να καίει το τόξο για μεγάλο χρονικό διάστημα σε μια ορισμένη τιμή του ρεύματος, χωρίς να σβήσει και να μην μετατραπεί σε άλλες μορφές ηλεκτρικής εκκένωσης, είναι απαραίτητο η πηγή ρεύματος που τροφοδοτεί το τόξο να αντιδρά γρήγορα στις αλλαγές που συμβαίνουν στο τρόπο λειτουργίας του τόξου και εξασφαλίζει τη σταθερή λειτουργία του.
Στην αρχή της ανάπτυξης της μηχανικής ηλεκτροσυγκόλλησης, αυτό έγινε με τη βοήθεια ενσωματωμένων αντιστάσεων έρματος για να περιοριστεί το ρεύμα και να ηρεμήσει διαδοχικά το τόξο στο κύριο κύκλωμα των ηλεκτρικών μηχανών. Στη συνέχεια δημιουργούνται ειδικές πηγές ισχύος με χαρακτηριστικά πτώσης και χαμηλή μαγνητική αδράνεια, οι οποίες ικανοποιούν πλήρως τις απαιτήσεις που προκύπτουν από τις ιδιότητες του τόξου συγκόλλησης.
Παράλληλα με την ανάπτυξη της μηχανικής ηλεκτροσυγκόλλησης, πραγματοποιούνται μελέτες που επιτρέπουν τον καθορισμό των κύριων παραμέτρων των στατικών χαρακτηριστικών του τόξου σε συνθήκες συγκόλλησης και τη μελέτη των βέλτιστων συνθηκών και των κύριων ηλεκτρικών παραμέτρων των πηγών ενέργειας και την επιρροή τους στην η σταθερότητα και η συνέχεια της καύσης του τόξου κατά τη συγκόλληση.
Την επόμενη περίοδο, με βάση την έρευνα της στατικής και δυναμικής της διαδικασίας στις ηλεκτροσυγκολλητικές μηχανές, αναπτύχθηκε μια ταξινόμηση συστημάτων και συσκευών συγκόλλησης και δημιουργήθηκε μια ενιαία γενικευμένη θεωρία των μηχανών συγκόλλησης.
Χαρακτηριστικά της διαδικασίας συγκόλλησης τόξου
Η διαδικασία της συγκόλλησης ηλεκτρικού τόξου είναι ένα πολύ περίπλοκο σύμπλεγμα φυσικών, χημικών και ηλεκτρικών φαινομένων που συμβαίνουν συνεχώς σε όλα τα στάδια σε εξαιρετικά σύντομα χρονικά διαστήματα. Σε σύγκριση με τις συμβατικές μεταλλουργικές διεργασίες τήξης μετάλλων, η διαδικασία συγκόλλησης είναι διαφορετική:
-
μικρός όγκος του λουτρού με λιωμένο μέταλλο.
-
υψηλές θερμοκρασίες θέρμανσης μετάλλων, που σε υψηλές ταχύτητες και τοπική θέρμανση οδηγεί σε υψηλές θερμοκρασιακές κλίσεις:
-
μια άρρηκτη σύνδεση μεταξύ του εφαρμοζόμενου μετάλλου και του βασικού μετάλλου, το οποίο είναι, όπως λες, μια μορφή για το πρώτο.
Έτσι, το θερμαινόμενο και λιωμένο μέταλλο σε μια δεξαμενή συγκόλλησης μικρού όγκου περιβάλλεται από μια σημαντική μάζα του βασικού μετάλλου χαμηλότερης θερμοκρασίας. Αυτή η περίσταση, φυσικά, καθορίζει τους υψηλούς ρυθμούς θέρμανσης και ψύξης του μετάλλου και, ως αποτέλεσμα, καθορίζει τη φύση και την κατεύθυνση των αντιδράσεων που λαμβάνουν χώρα στη δεξαμενή συγκόλλησης.
Περνώντας μέσα από το διάκενο τόξου, το τετηγμένο πρόσθετο μέταλλο εκτίθεται στην ατμόσφαιρα του τόξου σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, γεγονός που οδηγεί σε οξείδωση του μετάλλου και απορρόφηση αερίων από αυτό και παρατηρείται ενεργοποίηση αδρανών αερίων (κυρίως αζώτου) στο τόξου, η δραστηριότητα του οποίου είναι αμελητέα στις συμβατικές μεταλλουργικές διεργασίες.
Το λιωμένο μέταλλο στη δεξαμενή συγκόλλησης εκτίθεται επίσης σε ατμόσφαιρα τόξου, όπου λαμβάνουν χώρα φυσικοχημικές αντιδράσεις μεταξύ του μετάλλου, των ακαθαρσιών του και των αερίων που απορροφώνται από αυτό. Ως αποτέλεσμα αυτών των φαινομένων, το εναποτιθέμενο μέταλλο συγκόλλησης έχει αυξημένη περιεκτικότητα σε οξυγόνο και άζωτο, γεγονός που, όπως είναι γνωστό, μειώνει τα μηχανικά χαρακτηριστικά του μετάλλου.
Όταν ένα μέταλλο περνά σε ένα τόξο και παραμένει σε λιωμένη κατάσταση στη θέση της ακαθαρσίας στο σίδηρο, καθώς και οι προσθήκες κραμάτων καίγονται, γεγονός που επίσης επιδεινώνει τις μηχανικές ιδιότητες του μετάλλου. Τα αέρια που σχηματίζονται κατά την καύση των ακαθαρσιών, καθώς και αυτά που διαλύονται στο μέταλλο κατά τη στερεοποίηση του τηγμένου μετάλλου, μπορούν να οδηγήσουν στο σχηματισμό κενών και πόρων στο εναποτιθέμενο μέταλλο.
Έτσι, οι διεργασίες που λαμβάνουν χώρα κατά τη συγκόλληση καθιστούν δύσκολη την απόκτηση μετάλλου συγκόλλησης υψηλής ποιότητας. Αυτές οι δυσκολίες αποδείχθηκαν τέτοιες που ήταν αδύνατο να ληφθεί μια συγκόλληση με χαρακτηριστικά κοντά στα χαρακτηριστικά του μετάλλου συγκόλλησης, που είναι ο κύριος δείκτης της ποιότητας της συγκόλλησης, χωρίς να ληφθούν ειδικά μέτρα.
Βελτίωση της τεχνολογίας συγκόλλησης τόξου
Το κύριο μέτρο που αύξησε την ποιότητα και την αντοχή των μεταλλικών αρμών στις υπάρχουσες μεθόδους συγκόλλησης με τόξο ήταν η χρήση ειδικών επικαλύψεων - επικαλύψεων στα ηλεκτρόδια.
Στην αρχική περίοδο, η λειτουργία τέτοιων επικαλύψεων-επικαλύψεων ήταν να διευκολύνουν την ανάφλεξη και να αυξάνουν τη σταθερότητα του τόξου λόγω της ιονιστικής τους δράσης. Αργότερα, με την ανάπτυξη παχιών ή υψηλής ποιότητας επιστρώσεων, η λειτουργία των οποίων, εκτός από την αύξηση της σταθερότητας του τόξου, είναι η βελτίωση της χημικής σύνθεσης και δομής του εναποτιθέμενου μετάλλου, μια σημαντική αύξηση στην ποιότητα της συγκόλλησης είναι παρατηρήθηκε.
Η ανάπτυξη ειδικών επικαλύψεων σε ηλεκτρόδια κατέστησε δυνατή τα τελευταία χρόνια τη διάδοση της χρήσης βασικών μεθόδων συγκόλλησης και κοπής μετάλλων υποβρύχια. Στην περίπτωση αυτή, ο σκοπός των επικαλύψεων στα ηλεκτρόδια είναι επίσης (λόγω της βραδύτερης καύσης τους από το ηλεκτρόδιο) να διατηρήσουν μια προστατευτική ασπίδα γύρω από το τόξο και να σχηματίσουν μια φυσαλίδα στην οποία το τόξο καίγεται με τα αέρια που απελευθερώνονται όταν καίγονται οι επικαλύψεις. .
Ταυτόχρονα με τη βελτίωση της ποιότητας της συγκολλημένης σύνδεσης, παρατηρείται αύξηση της παραγωγικότητας συγκόλλησης, η οποία στη χειροκίνητη συγκόλληση επιτυγχάνεται με αύξηση της ισχύος του τόξου συγκόλλησης με ταυτόχρονη αύξηση της διαμέτρου του μεταλλικού ηλεκτροδίου. Η σημαντική αύξηση της ισχύος και η αύξηση του μεγέθους των ηλεκτροδίων οδήγησαν στην αντικατάσταση της χειροκίνητης συγκόλλησης με αυτόματη.
Τις μεγαλύτερες δυσκολίες στην αυτόματη συγκόλληση έφερε το ζήτημα των επικαλύψεων-επικαλύψεων ηλεκτροδίων, χωρίς τις οποίες η συγκόλληση υψηλής ποιότητας υπό τις σύγχρονες απαιτήσεις είναι σχεδόν αδύνατη.
Μια επιτυχημένη λύση ήταν να τροφοδοτηθεί η επίστρωση της θρυμματισμένης κοκκώδους ροής όχι στο ηλεκτρόδιο, αλλά στο βασικό μέταλλο.Σε αυτή την περίπτωση, το τόξο καίγεται κάτω από ένα στρώμα ροής, χάρη στο οποίο η θερμότητα του τόξου χρησιμοποιείται πιο αποτελεσματικά και η ραφή προστατεύεται από την έκθεση στον αέρα. Αυτή η προσθήκη ήταν μια βελτίωση στη διαδικασία συγκόλλησης βασικών μεταλλικών ηλεκτροδίων που αύξησε σημαντικά την παραγωγικότητα και βελτίωσε την ποιότητα της συγκόλλησης.
Η ικανότητα ελέγχου της θερμικής κατάστασης των μετάλλων που πρόκειται να ενωθούν χρησιμοποιώντας σύγχρονες πηγές ενέργειας για το τόξο συγκόλλησης καθιστά δυνατή την πραγματοποίηση όλων των μεταβατικών μορφών της διαδικασίας σύνδεσης από το πλαστικό στην υγρή, τηγμένη κατάσταση των υλικών. Αυτή η περίσταση ανοίγει νέες δυνατότητες για τη σύνδεση όχι μόνο διαφορετικών μετάλλων, αλλά και μη μεταλλικών υλικών μεταξύ τους.
Με τη βελτίωση των τεχνολογικών διαδικασιών συγκόλλησης, αυξάνεται η αντοχή και η αξιοπιστία των συγκολλημένων κατασκευών. Στην αρχική περίοδο, όταν η διαδικασία συγκόλλησης γινόταν αποκλειστικά χειροκίνητα, η ηλεκτροσυγκόλληση χρησιμοποιήθηκε σε κάθε είδους εργασίες αποκατάστασης και επισκευής.
Η σημασία της συγκόλλησης με ηλεκτρικό τόξο ως μία από τις κύριες και προηγμένες τεχνολογικές διαδικασίες αυτή τη στιγμή είναι αναμφισβήτητη. Η εμπειρία με τη χρήση συγκόλλησης σε διάφορες βιομηχανίες έχει αποδείξει ξεκάθαρα ότι αυτή η μέθοδος επεξεργασίας μετάλλων επιτρέπει όχι μόνο την εξοικονόμηση μετάλλου (25-50%), αλλά και την σημαντική επιτάχυνση της παραγωγής έργων όλων των τύπων μεταλλικών κατασκευών.
Η ανάπτυξη μηχανοποίησης και αυτοματοποίησης της διαδικασίας, με στόχο τη συνεχή αύξηση της παραγωγικότητας, σε συνδυασμό με τη σταθερή αύξηση της ποιότητας και της αντοχής της συγκόλλησης, διευρύνει περαιτέρω το πεδίο εφαρμογής της.Επί του παρόντος, η ηλεκτροσυγκόλληση με τόξο είναι η κορυφαία τεχνολογική διαδικασία στην παραγωγή όλων των τύπων μεταλλικών κατασκευών που λειτουργούν υπό στατικά και δυναμικά φορτία σε χαμηλές και υψηλές θερμοκρασίες.
Άλλα ενδιαφέροντα και χρήσιμα άρθρα σχετικά με την ηλεκτρική συγκόλληση:
Προστατευτικά αέρια για συγκόλληση