Развој електролучног заваривања
Историја лучног заваривања
Прва практична примена Дуга у електричном заваривању метала добијено тек 1882. године, када је Н.Н. Бенардос у Санкт Петербургу створио „Метод спајања и раздвајања метала директним дејством електричне струје”, који је назвао „електрохефест”.
Према закључку академика Н. С. Курнакова, О. Д. Кхволсона и других, суштина ове методе је да се обрађени објекат повезује на један, а угаљ на други пол извора електричне енергије и напонски лук који се формира између обрађеног објекта и угаљ производи радњу сличну оној коју производи пламен дувачке лампе када се метал загрева и топи. Специјална угљенична или друга проводљива електрода се убацује у држач и лук се држи руком.
У 1888 - 1890, метод коришћења топлоте електричног лука за заваривање метала побољшао је рударски инжењер Н.Г.Славјанов, који је угљеничну електроду заменио искључиво металном и развио полуаутоматски уређај за снабдевање металне електроде при њеном сагоревању и одржавању лука, који је назвао „топилац“.
Суштина начина електролучно заваривање, настао као резултат рада талентованих инжењера-проналазача Н.Н. Бенардоса и Н.Г. Славјанова, остао је непромењен до данас и може се окарактерисати на следећи начин: електрични лук формиран између електроде и повезаних делова производа топи основни материјал производ својом топлотом и топи електроду доведену у зону пламена лука — материјал за пуњење који, у облику капи растопљеног метала, испуњава спој и стапа се са основним металом производа. У овом случају, укупна производња топлоте лука се регулише избором одговарајућег режима, чији је главни параметар струја.
У практичној примени учињена су и врше се бројна побољшања метода, која не мењају суштину процеса, већ повећавају њихову практичну вредност. Развој створених метода заваривања иде упоредо са развојем енергетских основа технологије заваривања у правцу побољшања квалитета и продуктивности заваривања.
Главни услови који су допринели овом развоју били су:
-
обезбеђивање стабилног рада лука;
-
добијање одговарајућег квалитета и чврстоће везе.
Први услов је испуњен стварањем извора енергије са карактеристикама одређеним својствима електричног лука у условима заваривања.
Лук, као главни извор загревања и потрошач енергије при заваривању, карактерише динамичко оптерећење, при чему се у временским интервалима мереним у стотим деловима секунде јављају оштре промене електричног режима у струјном колу.
Топљење електроде и прелазак метала са електроде на радни предмет изазива оштре флуктуације у дужини лука и поновљене кратке спојеве извора напајања лука (до 30 пута у секунди) у веома кратким интервалима. У овом случају струја и напон не остају константни, већ имају тренутне промене од одређене вредности до максимума и обрнуто.
Такве нагле промене оптерећења ремете равнотежно стање система електричног лука — струјни извор… Да би лук горио дуго времена при одређеној вредности струје, а да се не угаси и не претвори у друге облике електричног пражњења, потребно је да извор струје који напаја лук брзо реагује на промене које се дешавају у режим лука и обезбеђује његов стабилан рад.
На почетку развоја електротехнике заваривања, ово је урађено уз помоћ уграђених баластних отпорника да би се ограничила струја и секвенцијално смирио лук у главном колу електричних машина. Затим се стварају специјални извори енергије са падајућим карактеристикама и малом магнетном инерцијом, који у потпуности испуњавају захтеве који произилазе из својстава лука за заваривање.
Паралелно са развојем електротехнике заваривања, спроводе се истраживања која омогућавају да се утврде главни параметри статичких карактеристика лука у условима заваривања и да се изуче оптимални услови и главни електрични параметри извора енергије и њихов утицај на стабилност и континуитет горења лука током заваривања.
У наредном периоду, на основу истраживања статике и динамике процеса у машинама за електро заваривање, развијена је класификација система и апарата машина за заваривање и створена јединствена генерализована теорија машина за заваривање.
Карактеристике процеса електролучног заваривања
Процес електролучног заваривања је веома сложен комплекс физичких, хемијских и електричних појава које се јављају непрекидно у свим фазама у изузетно кратким временским периодима. У поређењу са конвенционалним металуршким процесима топљења метала, процес заваривања је другачији:
-
мала запремина купатила са растопљеним металом;
-
високе температуре загревања метала, што при великим брзинама и локалном загревању доводи до високих температурних градијената:
-
нераскидива веза између примењеног метала и основног метала, при чему је овај други, такорећи, облик за први.
Дакле, загрејани и растопљени метал у базену за варење мале запремине је окружен значајном масом основног метала ниже температуре. Ова околност, наравно, одређује високе стопе загревања и хлађења метала и, као резултат, одређује природу и правац реакција које се одвијају у завареном базену.
Пролазећи кроз лучни отвор, растопљени додатни метал се излаже атмосфери лука на веома високим температурама, што доводи до оксидације метала и апсорпције гасова из њега, а уочава се активација инертних гасова (углавном азота). лука, чија је активност занемарљива у конвенционалним металуршким процесима.
Истопљени метал у базену за заваривање је такође изложен атмосфери лука, где се одвијају физичко-хемијске реакције између метала, његових нечистоћа и гасова које он апсорбује. Као резултат ових појава, таложени метал шава има повећан садржај кисеоника и азота, што, као што је познато, смањује механичке карактеристике метала.
Када метал пређе у лук и остане у растопљеном стању на месту нечистоће у гвожђу, као и легирајући додаци сагоревају, што такође погоршава механичка својства метала. Гасови који настају при сагоревању нечистоћа, као и они растворени у металу током очвршћавања растопљеног метала, могу довести до стварања шупљина и пора у таложеном металу.
Дакле, процеси који се дешавају током заваривања отежавају добијање висококвалитетног метала за заваривање. Испоставило се да су ове потешкоће биле такве да је било немогуће добити завар са карактеристикама блиским карактеристикама метала шава, што је главни показатељ квалитета заваривања, без предузимања посебних мера.
Унапређење технологије електролучног заваривања
Главна мера која је повећала квалитет и чврстоћу металних спојева у постојећим методама електролучног заваривања била је употреба специјалних премаза — премаза на електродама.
У почетном периоду, функција оваквих премаза-превлака је била да олакшају паљење и повећају стабилност лука због њиховог јонизујућег дејства. Касније, развојем дебелих или висококвалитетних премаза, чија је функција, поред повећања стабилности лука, побољшање хемијског састава и структуре депонованог метала, долази до значајног повећања квалитета заваривања. посматрано.
Развој специјалних премаза на електродама омогућио је последњих година ширење употребе основних метода заваривања и сечења метала под водом. У овом случају, сврха превлака на електродама је такође (због њиховог споријег сагоревања од електроде) да одрже заштитни штит око лука и да формирају мехур у коме лук гори са гасовима који се ослобађају када превлаке изгоре. .
Истовремено са побољшањем квалитета завареног споја, примећује се повећање продуктивности заваривања, што се код ручног заваривања постиже повећањем снаге лука заваривања уз истовремено повећање пречника металне електроде. Значајно повећање снаге и повећање величине електрода довело је до замене ручног заваривања аутоматским.
Највеће потешкоће у аутоматском заваривању представљало је питање електродних премаза-превлака, без којих је квалитетно заваривање по савременим захтевима готово немогуће.
Успешно решење је било да се премаз од уситњеног зрнастог флукса нанесе не на електроду, већ на основни метал.У овом случају, лук гори под слојем флукса, захваљујући чему се топлота лука ефикасније користи, а шав је заштићен од излагања ваздуху. Овај додатак је био побољшање основног процеса заваривања металних електрода који је значајно повећао продуктивност и побољшао квалитет завара.
Могућност контроле термичког стања метала који се спајају коришћењем савремених извора енергије за лук заваривања омогућава реализацију свих прелазних облика процеса спајања од пластичног до течног, растопљеног стања материјала. Ова околност отвара нове могућности за повезивање не само различитих метала, већ и неметалних материјала једни са другима.
Са унапређењем технолошких процеса заваривања повећава се чврстоћа и поузданост заварених конструкција. У почетном периоду, када се процес заваривања одвијао искључиво ручно, електролучно заваривање се користило у свим врстама рестаураторских и поправних радова.
Значај електролучног заваривања као једног од главних и напредних технолошких процеса у овом тренутку је неспоран. Искуство са употребом заваривања у различитим индустријама јасно је показало да овај метод обраде метала омогућава не само уштеду метала (25 — 50%), већ и значајно убрзање израде радова свих врста металних конструкција.
Развој механизације и аутоматизације процеса, са циљем континуираног повећања продуктивности, у комбинацији са сталним повећањем квалитета и чврстоће заваривања, додатно проширује обим његове примене.Тренутно је електролучно заваривање водећи технолошки процес у производњи свих врста металних конструкција које раде под статичким и динамичким оптерећењима на ниским и високим температурама.
Други занимљиви и корисни чланци о електричном заваривању:
Инвертерске машине за заваривање