Razvoj elektroobločnega varjenja
Zgodovina obločnega varjenja
Prva praktična uporaba mavrica v električnem varjenju kovin, pridobljenih šele leta 1882, ko je N. N. Benardos v Sankt Peterburgu ustvaril "Metodo spajanja in ločevanja kovin z neposrednim delovanjem električnega toka", ki jo je imenoval "elektrohefest".
Po zaključku akademikov N. S. Kurnakova, O. D. Khvolsona in drugih je bistvo te metode v tem, da se obdelani predmet poveže z enim, premog pa z drugim polom električnega vira in napetostni lok, ki nastane med obdelanim predmetom in premog povzroči delovanje, podobno tistemu, ki ga povzroči plamen pihalnika, ko se kovina segreje in stopi. V držalo se vstavi posebna ogljikova ali druga prevodna elektroda in z roko podpira oblok.
V letih 1888 - 1890 je metodo uporabe toplote električnega obloka za varjenje kovin izboljšal rudarski inženir N.G.Slavyanov, ki je zamenjal ogljikovo elektrodo izključno s kovinsko in razvil polavtomatsko napravo za napajanje kovinske elektrode med njenim gorenjem in vzdrževanjem obloka, ki jo je imenoval "talilnik".
Bistvo načinov elektroobločno varjenje, ki je nastala kot rezultat dela nadarjenih inženirjev-izumiteljev N. N. Benardosa in N. G. Slavjanova, ostaja nespremenjena do danes in jo lahko označimo na naslednji način: električni oblok, ki nastane med elektrodo in povezanimi deli izdelka, topi osnovni material izdelka. produkt s svojo toploto in tali elektrodo, ki je dovedena v območje plamena obloka — polnilni material, ki v obliki kapljic staljene kovine zapolni spoj in se zlije z osnovno kovino izdelka. V tem primeru se skupna proizvodnja toplote loka regulira z izbiro ustreznega načina, katerega glavni parameter je tok.
V praksi so bile in se izvajajo številne izboljšave metod, ki ne spreminjajo bistva procesov, povečujejo pa njihovo uporabno vrednost. Razvoj ustvarjenih varilnih metod poteka skupaj z razvojem energetskih osnov varilne tehnologije v smeri izboljšanja kakovosti in produktivnosti varjenja.
Glavni pogoji, ki so prispevali k temu razvoju, so bili:
-
zagotavljanje stabilnega delovanja loka;
-
pridobitev ustrezne kakovosti in trdnosti povezave.
Prvi pogoj je bil izpolnjen z ustvarjanjem virov energije z lastnostmi, ki jih določajo lastnosti električnega obloka v pogojih varjenja.
Za oblok kot glavni vir ogrevanja in porabnika energije med varjenjem je značilna dinamična obremenitev, pri kateri se v časovnih intervalih, merjenih v stotinkah sekunde, v obločnem tokokrogu pojavijo ostre spremembe električnega režima.
Taljenje elektrode in prenos kovine z elektrode na obdelovanec povzroči ostro nihanje dolžine obloka in ponavljajoče se kratke stike vira napajanja obloka (do 30-krat na sekundo) v zelo kratkih intervalih. V tem primeru tok in napetost ne ostaneta konstantna, ampak imata trenutne spremembe od določene vrednosti do maksimuma in obratno.
Takšne nenadne spremembe obremenitve porušijo ravnotežno stanje sistema električnega obloka — trenutni vir… Da bi oblok dolgo gorel pri določeni vrednosti toka, ne da bi ugasnil in se ne spremenil v druge oblike električne razelektritve, je potrebno, da se vir toka, ki napaja oblok, hitro odzove na spremembe, ki se pojavljajo v način obloka in zagotavlja njegovo stabilno delovanje.
Na začetku razvoja električnega varilnega inženirstva je bilo to storjeno s pomočjo vgrajenih balastnih uporov za omejevanje toka in zaporedno umirjanje obloka v glavnem tokokrogu električnih strojev. Nato se ustvarijo posebni viri energije s padajočimi lastnostmi in nizko magnetno vztrajnostjo, ki v celoti izpolnjujejo zahteve, ki izhajajo iz lastnosti varilnega obloka.
Vzporedno z razvojem elektrovarilnega inženirstva se izvajajo študije, ki omogočajo določitev glavnih parametrov statičnih značilnosti obloka v varilnih pogojih ter preučevanje optimalnih pogojev in glavnih električnih parametrov virov energije ter njihov vpliv na stabilnost in kontinuiteta gorenja obloka med varjenjem.
V naslednjem obdobju je bila na podlagi raziskav statike in dinamike procesa pri električnih varilnih strojih razvita klasifikacija sistemov in aparatov varilnih strojev ter oblikovana enotna posplošena teorija varilnih strojev.
Značilnosti postopka obločnega varjenja
Postopek elektroobločnega varjenja je zelo kompleksen kompleks fizikalnih, kemijskih in električnih pojavov, ki se neprekinjeno pojavljajo na vseh stopnjah v izjemno kratkih časovnih obdobjih. V primerjavi s klasičnimi metalurškimi postopki taljenja kovin je postopek varjenja drugačen:
-
majhna prostornina kopeli s staljeno kovino;
-
visoke temperature segrevanja kovine, ki pri visokih hitrostih in lokalnem segrevanju povzroči visoke temperaturne gradiente:
-
neločljiva povezava med uporabljeno kovino in osnovno kovino, pri čemer je slednja tako rekoč oblika za prvo.
Tako je segreta in staljena kovina v zvarnem bazenu majhne prostornine obdana s precejšnjo maso osnovne kovine pri nižji temperaturi. Ta okoliščina seveda določa visoke stopnje segrevanja in hlajenja kovine in posledično določa naravo in smer reakcij, ki potekajo v zvarnem bazenu.
Pri prehodu skozi obločno režo je staljena dodatna kovina izpostavljena atmosferi obloka pri zelo visokih temperaturah, kar vodi do oksidacije kovine in absorpcije plinov iz nje, v lok, katerega aktivnost je v običajnih metalurških procesih zanemarljiva.
Staljena kovina v zvarnem bazenu je prav tako izpostavljena atmosferi obloka, kjer potekajo fizikalno-kemijske reakcije med kovino, njenimi nečistočami in plini, ki jih absorbira. Zaradi teh pojavov ima navarjeni zvar povečano vsebnost kisika in dušika, kar, kot je znano, zmanjšuje mehanske lastnosti kovine.
Ko kovina preide v oblok in ostane v staljenem stanju na mestu nečistoč v železu zgorijo tudi legirni dodatki, kar poslabša tudi mehanske lastnosti kovine. Plini, ki nastanejo med zgorevanjem nečistoč, kot tudi tisti, ki so raztopljeni v kovini med strjevanjem staljene kovine, lahko povzročijo nastanek praznin in por v nanešeni kovini.
Tako procesi, ki se pojavljajo med varjenjem, otežujejo pridobivanje visokokakovostnega zvara. Te težave so se izkazale za takšne, da brez posebnih ukrepov ni bilo mogoče dobiti zvara z lastnostmi, ki so blizu lastnostim zvara, ki je glavni pokazatelj kakovosti varjenja.
Izboljšanje tehnologije obločnega varjenja
Glavni ukrep, ki je povečal kakovost in trdnost kovinskih spojev pri obstoječih metodah obločnega varjenja, je bila uporaba posebnih premazov - premazov na elektrodah.
V začetnem obdobju je bila funkcija takšnih prevlek-prevlek olajšanje vžiga in povečanje stabilnosti obloka zaradi njihovega ionizirajočega učinka. Kasneje, z razvojem debelih oziroma visokokakovostnih prevlek, katerih funkcija je poleg povečanja stabilnosti obloka tudi izboljšanje kemične sestave in strukture nanesene kovine, se bistveno poveča kakovost varjenja. opazili.
Razvoj posebnih prevlek na elektrodah je v zadnjih letih omogočil širjenje uporabe osnovnih metod varjenja in rezanja kovin pod vodo. V tem primeru je namen oblog na elektrodah tudi (zaradi njihovega počasnejšega gorenja kot elektroda) ohranjanje zaščitnega ščita okoli obloka in oblikovanje mehurčka, v katerem oblok gori s plini, ki se sproščajo pri gorenju oblog. .
Hkrati z izboljšanjem kakovosti varjenega spoja opazimo povečanje produktivnosti varjenja, kar pri ročnem varjenju dosežemo s povečanjem moči varilnega obloka s hkratnim povečanjem premera kovinske elektrode. Znatno povečanje moči in povečanje velikosti elektrod je povzročilo zamenjavo ročnega varjenja z avtomatskim.
Največje težave pri avtomatskem varjenju je predstavljalo vprašanje elektrodnih prevlek - prevlek, brez katerih kakovostno varjenje v sodobnih zahtevah skorajda ni mogoče.
Uspešna rešitev je bila dovajanje prevleke iz zdrobljenega zrnatega talila ne na elektrodo, temveč na osnovno kovino.V tem primeru oblok gori pod plastjo fluksa, zaradi česar se toplota obloka učinkoviteje uporablja, šiv pa je zaščiten pred izpostavljenostjo zraku. Ta dodatek je bil izboljšava osnovnega postopka varjenja s kovinsko elektrodo, ki je močno povečal produktivnost in izboljšal kakovost zvara.
Možnost nadzora toplotnega stanja spojenih kovin z uporabo sodobnih virov energije za varilni oblok omogoča realizacijo vseh prehodnih oblik procesa spajanja od plastičnega do tekočega, staljenega stanja materialov. Ta okoliščina odpira nove možnosti za povezovanje ne le različnih kovin, ampak tudi nekovinskih materialov med seboj.
Z izboljšanjem tehnoloških varilnih procesov se poveča trdnost in zanesljivost varjenih konstrukcij. V začetnem obdobju, ko je postopek varjenja potekal izključno ročno, se je elektroobločno varjenje uporabljalo pri vseh vrstah restavratorskih in popravljalnih del.
Pomen elektroobločnega varjenja kot enega glavnih in naprednih tehnoloških postopkov v tem trenutku je nesporen. Izkušnje z uporabo varjenja v različnih panogah so jasno pokazale, da ta metoda obdelave kovin omogoča ne le varčevanje s kovino (25-50%), temveč tudi znatno pospešitev proizvodnje vseh vrst kovinskih konstrukcij.
Razvoj mehanizacije in avtomatizacije procesa, namenjen nenehnemu povečevanju produktivnosti, v kombinaciji s stalnim povečevanjem kakovosti in trdnosti varjenja, še dodatno širi obseg njegove uporabe.Trenutno je elektroobločno varjenje vodilni tehnološki postopek pri izdelavi vseh vrst kovinskih konstrukcij, ki delujejo pri statičnih in dinamičnih obremenitvah pri nizkih in visokih temperaturah.
Drugi zanimivi in uporabni članki o električnem varjenju: