Desenvolupament de la soldadura per arc elèctric
Història de la soldadura per arc
Primera aplicació pràctica un arc de Sant Martí en soldadura elèctrica de metalls obtinguda només l'any 1882, quan N.N.Benardos va crear a Sant Petersburg «Mètode d'unió i separació de metalls per acció directa del corrent elèctric», que va anomenar «electrohephaestus».
Segons la conclusió dels acadèmics N. S. Kurnakov, O. D. Khvolson i altres, l'essència d'aquest mètode és que l'objecte processat està connectat a un, i el carbó a l'altre pol de la font elèctrica i l'arc de tensió format entre l'objecte processat i el carbó produeix una acció semblant a la produïda per la flama d'un bufador quan el metall s'escalfa i es fon. S'insereix un elèctrode especial de carboni o un altre conductor al suport i l'arc es recolza amb la mà.
El 1888 - 1890, el mètode d'utilitzar la calor d'un arc elèctric per soldar metalls va ser millorat per l'enginyer de mines N.G.Slavyanov, que va substituir l'elèctrode de carboni exclusivament per un de metall i va desenvolupar un dispositiu semiautomàtic per subministrar un elèctrode metàl·lic durant la seva combustió i mantenir l'arc, que va anomenar "fusor".
L'essència de les maneres soldadura per arc elèctric, creat com a resultat del treball dels talentosos enginyers-inventors N.N. Benardos i N.G. Slavyanov, es manté sense canvis fins als nostres dies i es pot caracteritzar de la següent manera: l'arc elèctric format entre l'elèctrode i les parts connectades del producte fon el material base de el producte amb la seva calor i fon l'elèctrode subministrat a la zona de la flama de l'arc: un material de farciment que, en forma de gotes de metall fos, omple la unió i es fusiona amb el metall base del producte. En aquest cas, la generació total de calor de l'arc es regula escollint un mode adequat, el paràmetre principal del qual és el corrent.
En l'aplicació pràctica, s'han fet i s'estan realitzant nombroses millores en els mètodes, que no modifiquen l'essència dels processos, sinó que n'augmenten el valor pràctic. El desenvolupament dels mètodes de soldadura creats va juntament amb el desenvolupament de les bases energètiques de la tecnologia de soldadura en la direcció de millorar la qualitat i la productivitat de la soldadura.
Les principals condicions que van contribuir a aquest desenvolupament van ser:
-
assegurant un funcionament estable de l'arc;
-
obtenint la qualitat i la força adequades de la connexió.
La primera condició es va complir mitjançant la creació de fonts d'energia amb característiques determinades per les propietats d'un arc elèctric en condicions de soldadura.
L'arc, com a principal font d'escalfament i consumidor d'energia durant la soldadura, es caracteritza per una càrrega dinàmica, en la qual, a intervals de temps mesurats en centèsimes de segon, apareixen canvis bruscos en el règim elèctric al circuit de l'arc.
La fusió de l'elèctrode i la transferència de metall de l'elèctrode a la peça de treball provoca fluctuacions pronunciades en la longitud de l'arc i curtcircuits repetits de la font d'alimentació de l'arc (fins a 30 vegades per segon) a intervals molt curts. En aquest cas, el corrent i la tensió no es mantenen constants, sinó que presenten canvis instantanis d'un valor determinat a un màxim i viceversa.
Aquests canvis sobtats de càrrega pertorben l'estat d'equilibri del sistema d'arc elèctric. font actual… Perquè l'arc cremi durant molt de temps a un determinat valor del corrent, sense extingir-se i no convertir-se en altres formes de descàrrega elèctrica, és necessari que la font de corrent que subministra l'arc reaccioni ràpidament als canvis que es produeixen en el mode de l'arc i garanteix el seu funcionament estable.
Al principi del desenvolupament de l'enginyeria de soldadura elèctrica, això es va fer amb l'ajuda de resistències de balast incorporades per limitar el corrent i calmar seqüencialment l'arc en el circuit principal de les màquines elèctriques. Posteriorment, es creen fonts d'energia especials amb característiques de caiguda i baixa inèrcia magnètica, que compleixen plenament els requisits derivats de les propietats de l'arc de soldadura.
Paral·lelament al desenvolupament de l'enginyeria de soldadura elèctrica, es realitzen estudis que permeten establir els principals paràmetres de les característiques estàtiques de l'arc en condicions de soldadura i estudiar les condicions òptimes i els principals paràmetres elèctrics de les fonts d'energia i la seva influència en l'estabilitat i continuïtat de la combustió de l'arc durant la soldadura.
En el període següent, a partir de la investigació de l'estàtica i la dinàmica del procés en màquines de soldadura elèctriques, es va desenvolupar una classificació dels sistemes i aparells de les màquines de soldadura i es va crear una teoria generalitzada unificada de les màquines de soldadura.
Característiques del procés de soldadura per arc
El procés de soldadura per arc elèctric és un complex molt complex de fenòmens físics, químics i elèctrics que es produeixen contínuament en totes les etapes en períodes de temps extremadament curts. En comparació amb els processos metal·lúrgics convencionals de fusió de metalls, el procés de soldadura és diferent:
-
petit volum del bany amb metall fos;
-
altes temperatures d'escalfament metàl·lic, que a altes velocitats i escalfament local condueixen a alts gradients de temperatura:
-
una connexió inseparable entre el metall aplicat i el metall base, sent aquest últim, per dir-ho, una forma per al primer.
Així, el metall escalfat i fos en un grup de soldadura de petit volum està envoltat per una massa important del metall base de temperatura més baixa. Aquesta circumstància, per descomptat, determina les altes velocitats d'escalfament i refredament del metall i, com a resultat, determina la naturalesa i la direcció de les reaccions que tenen lloc a la piscina de soldadura.
En passar per l'espai de l'arc, el metall addicional fos s'exposa a l'atmosfera de l'arc a temperatures molt elevades, la qual cosa condueix a l'oxidació del metall i a l'absorció de gasos d'aquest, i s'observa l'activació de gasos inerts (principalment nitrogen) al arc, l'activitat del qual és insignificant en els processos metal·lúrgics convencionals.
El metall fos de la piscina de soldadura també està exposat a una atmosfera d'arc, on es produeixen reaccions fisicoquímiques entre el metall, les seves impureses i els gasos absorbits per aquest. Com a conseqüència d'aquests fenòmens, el metall de soldadura dipositat presenta un contingut augmentat d'oxigen i nitrogen, la qual cosa, com és sabut, redueix les característiques mecàniques del metall.
Quan un metall passa a un arc i es manté en estat fos al lloc d'impuresa del ferro, així com les addicions d'aliatge es cremen, la qual cosa també deteriora les propietats mecàniques del metall. Els gasos formats durant la combustió d'impureses, així com els dissolts en el metall durant la solidificació del metall fos, poden provocar la formació de buits i porus en el metall dipositat.
Així, els processos que es produeixen durant la soldadura dificulten l'obtenció de metalls de soldadura d'alta qualitat. Aquestes dificultats van resultar ser tals que era impossible obtenir una soldadura amb característiques properes a les característiques del metall de soldadura, que és el principal indicador de la qualitat de la soldadura, sense prendre mesures especials.
Millora de la tecnologia de soldadura per arc
La mesura principal que va augmentar la qualitat i la resistència de les juntes metàl·liques en els mètodes de soldadura per arc existents va ser l'ús de recobriments especials: recobriments als elèctrodes.
En el període inicial, la funció d'aquests recobriments-recobriments era facilitar l'encesa i augmentar l'estabilitat de l'arc a causa del seu efecte ionitzant. Més tard, amb el desenvolupament de recobriments gruixuts o d'alta qualitat, la funció dels quals, a més d'augmentar l'estabilitat de l'arc, és millorar la composició química i l'estructura del metall dipositat, es produeix un augment significatiu de la qualitat de la soldadura. observat.
El desenvolupament de recobriments especials sobre elèctrodes ha permès en els últims anys difondre l'ús de mètodes bàsics de soldadura i tall de metalls sota l'aigua. En aquest cas, la finalitat dels recobriments dels elèctrodes també és (a causa de la seva combustió més lenta que l'elèctrode) mantenir un escut protector al voltant de l'arc i formar una bombolla en la qual l'arc crema amb els gasos alliberats quan es cremen els recobriments. .
Simultàniament a la millora de la qualitat de la connexió soldada, s'observa un augment de la productivitat de la soldadura, que en la soldadura manual s'aconsegueix augmentant la potència de l'arc de soldadura amb un augment simultani del diàmetre de l'elèctrode metàl·lic. Un augment significatiu de la potència i un augment de la mida dels elèctrodes van portar a la substitució de la soldadura manual per automàtica.
Les dificultats més grans en la soldadura automàtica es van plantejar pel problema dels recobriments d'elèctrodes, sense els quals la soldadura d'alta qualitat sota els requisits moderns és gairebé impossible.
Una solució reeixida va ser alimentar el recobriment de flux granular triturat no a l'elèctrode, sinó al metall base.En aquest cas, l'arc crema sota una capa de flux, gràcies a la qual la calor de l'arc s'utilitza de manera més eficient i la costura està protegida de l'exposició a l'aire. Aquesta addició va suposar una millora del procés bàsic de soldadura d'elèctrodes metàl·lics que va augmentar molt la productivitat i va millorar la qualitat de la soldadura.
La capacitat de controlar l'estat tèrmic dels metalls a unir utilitzant fonts d'energia modernes per a l'arc de soldadura permet realitzar totes les formes de transició del procés d'unió des del plàstic fins a l'estat líquid i fos dels materials. Aquesta circumstància obre noves possibilitats per connectar no només diferents metalls, sinó també materials no metàl·lics entre si.
Amb la millora dels processos tecnològics de soldadura, augmenta la resistència i la fiabilitat de les estructures soldades. En el període inicial, quan el procés de soldadura es realitzava exclusivament de manera manual, s'utilitzava la soldadura per arc elèctric en tot tipus de treballs de restauració i reparació.
És innegable la importància de la soldadura per arc elèctric com un dels principals i avançats processos tecnològics del moment. L'experiència amb l'ús de la soldadura en diverses indústries ha demostrat clarament que aquest mètode de treball del metall permet no només estalviar metall (25-50%), sinó també accelerar significativament la producció d'obres de tot tipus d'estructures metàl·liques.
El desenvolupament de la mecanització i l'automatització del procés, orientat a un augment continu de la productivitat, combinat amb un augment constant de la qualitat i la resistència de la soldadura, amplia encara més l'àmbit de la seva aplicació.Actualment, la soldadura per arc elèctric és el procés tecnològic líder en la producció de tot tipus d'estructures metàl·liques que funcionen sota càrregues estàtiques i dinàmiques a baixes i altes temperatures.
Altres articles interessants i útils sobre soldadura elèctrica:
Gasos de protecció per a la soldadura
Màquines de soldadura inverter
Avantatges i inconvenients dels diferents tipus de soldadura