Pembangunan kimpalan arka elektrik
Sejarah kimpalan arka
Permohonan praktikal pertama pelangi dalam kimpalan elektrik logam diperolehi hanya pada tahun 1882, apabila N.N. Benardos dicipta di St. Petersburg «Kaedah menyambung dan memisahkan logam dengan tindakan terus arus elektrik», yang dipanggilnya «electrohephaestus».
Menurut kesimpulan ahli akademik N. S. Kurnakov, O. D. Khvolson dan lain-lain, intipati kaedah ini ialah objek yang diproses disambungkan kepada satu, dan arang batu ke kutub lain sumber elektrik dan arka voltan terbentuk di antara objek yang diproses dan arang batu menghasilkan tindakan yang serupa dengan yang dihasilkan oleh nyalaan obor apabila logam dipanaskan dan cair. Karbon khas atau elektrod konduktif lain dimasukkan ke dalam pemegang dan arka disokong dengan tangan.
Pada tahun 1888 - 1890, kaedah menggunakan haba arka elektrik untuk logam kimpalan telah diperbaiki oleh jurutera perlombongan N.G.Slavyanov, yang menggantikan elektrod karbon secara eksklusif dengan logam dan membangunkan peranti separa automatik untuk membekalkan elektrod logam semasa pembakaran dan mengekalkan arka, yang dipanggilnya "lebur".
Intipati cara kimpalan arka elektrik, yang dicipta sebagai hasil kerja jurutera-pencipta berbakat N.N. Benardos dan N.G. Slavyanov, kekal tidak berubah hingga ke hari ini dan boleh dicirikan seperti berikut: arka elektrik yang terbentuk di antara elektrod dan bahagian yang disambungkan produk mencairkan bahan asas produk dengan habanya dan mencairkan elektrod yang dibekalkan ke zon nyalaan arka — bahan pengisi yang, dalam bentuk titisan logam cair, mengisi simpang dan bercantum dengan logam asas produk. Dalam kes ini, jumlah penjanaan haba arka dikawal dengan memilih mod yang sesuai, parameter utamanya ialah arus.
Dalam aplikasi praktikal, banyak penambahbaikan telah dibuat dan sedang dibuat dalam kaedah, yang tidak mengubah intipati proses, tetapi meningkatkan nilai praktikalnya. Pembangunan kaedah kimpalan yang dicipta berjalan seiring dengan pembangunan asas tenaga teknologi kimpalan ke arah meningkatkan kualiti dan produktiviti kimpalan.
Keadaan utama yang menyumbang kepada pembangunan ini ialah:
-
memastikan operasi arka yang stabil;
-
mendapatkan kualiti dan kekuatan sambungan yang sesuai.
Syarat pertama dipenuhi dengan mencipta sumber tenaga dengan ciri-ciri yang ditentukan oleh sifat-sifat arka elektrik di bawah keadaan kimpalan.
Arka, sebagai sumber utama pemanasan dan pengguna tenaga semasa kimpalan, dicirikan oleh beban dinamik, di mana, pada selang masa yang diukur dalam seperseratus saat, perubahan mendadak dalam rejim elektrik muncul dalam litar arka.
Pencairan elektrod dan pemindahan logam dari elektrod ke bahan kerja menyebabkan turun naik tajam dalam panjang arka dan litar pintas berulang sumber kuasa arka (sehingga 30 kali sesaat) pada selang waktu yang sangat singkat. Dalam kes ini, arus dan voltan tidak kekal malar, tetapi mempunyai perubahan serta-merta daripada nilai tertentu kepada maksimum dan sebaliknya.
Perubahan mendadak dalam beban sedemikian mengganggu keadaan keseimbangan sistem arka elektrik — sumber semasa… Agar arka terbakar untuk masa yang lama pada nilai arus tertentu, tanpa padam dan tidak bertukar menjadi bentuk nyahcas elektrik lain, adalah perlu bahawa punca arus yang membekalkan arka dengan cepat bertindak balas terhadap perubahan yang berlaku dalam mod arka dan memastikan operasinya yang stabil.
Pada awal pembangunan kejuruteraan kimpalan elektrik, ini dilakukan dengan bantuan perintang balast yang digabungkan untuk mengehadkan arus dan secara berurutan menenangkan arka dalam litar utama mesin elektrik. Selepas itu, sumber kuasa khas dengan ciri jatuh dan inersia magnet rendah dicipta, yang memenuhi sepenuhnya keperluan yang timbul daripada sifat arka kimpalan.
Selari dengan pembangunan kejuruteraan kimpalan elektrik, kajian dijalankan yang membolehkan untuk menetapkan parameter utama ciri statik arka dalam keadaan kimpalan dan untuk mengkaji keadaan optimum dan parameter elektrik utama sumber tenaga dan pengaruhnya terhadap kestabilan dan kesinambungan pembakaran arka semasa mengimpal.
Dalam tempoh seterusnya, berdasarkan penyelidikan statik dan dinamik proses dalam mesin kimpalan elektrik, klasifikasi sistem dan radas mesin kimpalan telah dibangunkan dan teori umum bersatu mesin kimpalan dicipta.
Ciri-ciri proses kimpalan arka
Proses kimpalan arka elektrik adalah kompleks fenomena fizikal, kimia dan elektrik yang sangat kompleks yang berlaku secara berterusan pada semua peringkat dalam tempoh masa yang sangat singkat. Berbanding dengan proses metalurgi konvensional logam lebur, proses kimpalan adalah berbeza:
-
jumlah kecil mandi dengan logam cair;
-
suhu tinggi pemanasan logam, yang pada kelajuan tinggi dan pemanasan tempatan membawa kepada kecerunan suhu tinggi:
-
sambungan yang tidak dapat dipisahkan antara logam yang digunakan dan logam asas, yang kedua adalah, seolah-olah, satu bentuk untuk yang pertama.
Oleh itu, logam yang dipanaskan dan cair dalam kolam kimpalan isipadu kecil dikelilingi oleh jisim ketara logam asas suhu rendah. Keadaan ini, sudah tentu, menentukan kadar pemanasan dan penyejukan logam yang tinggi dan, akibatnya, menentukan sifat dan arah tindak balas yang berlaku dalam kolam kimpalan.
Melepasi celah arka, logam tambahan cair terdedah kepada atmosfera arka pada suhu yang sangat tinggi, yang membawa kepada pengoksidaan logam dan penyerapan gas daripadanya, dan pengaktifan gas lengai (terutamanya nitrogen) diperhatikan dalam arka, aktiviti yang boleh diabaikan dalam proses metalurgi konvensional.
Logam cair dalam kolam kimpalan juga terdedah kepada suasana arka, di mana tindak balas fiziko-kimia berlaku antara logam, kekotoran dan gas yang diserap olehnya. Hasil daripada fenomena ini, logam kimpalan yang didepositkan mempunyai kandungan oksigen dan nitrogen yang meningkat, yang, seperti yang diketahui, mengurangkan ciri mekanikal logam.
Apabila logam masuk ke dalam arka dan kekal dalam keadaan cair di tempat kekotoran dalam besi, serta pengaloian tambahan terbakar, yang juga merosot sifat mekanikal logam. Gas yang terbentuk semasa pembakaran kekotoran, serta yang terlarut dalam logam semasa pemejalan logam cair, boleh menyebabkan pembentukan lompang dan liang dalam logam termendap.
Oleh itu, proses yang berlaku semasa mengimpal menyukarkan untuk mendapatkan logam kimpalan berkualiti tinggi. Kesukaran ini ternyata sedemikian rupa sehingga mustahil untuk mendapatkan kimpalan dengan ciri-ciri yang hampir dengan ciri-ciri logam kimpalan, yang merupakan penunjuk utama kualiti kimpalan, tanpa mengambil langkah khas.
Penambahbaikan teknologi kimpalan arka
Ukuran utama yang meningkatkan kualiti dan kekuatan sambungan logam dalam kaedah kimpalan arka sedia ada ialah penggunaan salutan khas - salutan pada elektrod.
Dalam tempoh awal, fungsi salutan-salutan tersebut adalah untuk memudahkan pencucuhan dan meningkatkan kestabilan arka disebabkan oleh kesan pengionannya. Kemudian, dengan pembangunan salutan tebal atau berkualiti tinggi, fungsinya, sebagai tambahan untuk meningkatkan kestabilan arka, adalah untuk memperbaiki komposisi kimia dan struktur logam yang dimendapkan, peningkatan ketara dalam kualiti kimpalan adalah diperhatikan.
Pembangunan salutan khas pada elektrod telah memungkinkan dalam beberapa tahun kebelakangan ini untuk menyebarkan penggunaan kaedah asas kimpalan dan pemotongan logam di bawah air. Dalam kes ini, tujuan salutan pada elektrod juga (disebabkan pembakarannya yang lebih perlahan daripada elektrod) untuk mengekalkan perisai pelindung di sekeliling arka dan untuk membentuk gelembung di mana arka terbakar dengan gas yang dilepaskan apabila salutan terbakar. .
Pada masa yang sama dengan peningkatan kualiti sambungan yang dikimpal, peningkatan produktiviti kimpalan diperhatikan, yang dalam kimpalan manual dicapai dengan meningkatkan kuasa arka kimpalan dengan peningkatan serentak dalam diameter elektrod logam. Peningkatan kuasa yang ketara dan peningkatan saiz elektrod membawa kepada penggantian kimpalan manual dengan automatik.
Kesukaran terbesar dalam kimpalan automatik ditimbulkan oleh isu salutan elektrod-salutan, tanpanya kimpalan berkualiti tinggi di bawah keperluan moden hampir mustahil.
Penyelesaian yang berjaya adalah memberi salutan fluks butiran yang dihancurkan bukan kepada elektrod, tetapi kepada logam asas.Dalam kes ini, arka terbakar di bawah lapisan fluks, berkat haba arka digunakan dengan lebih cekap, dan jahitan dilindungi daripada pendedahan kepada udara. Penambahan ini merupakan penambahbaikan kepada proses kimpalan elektrod logam asas yang banyak meningkatkan produktiviti dan meningkatkan kualiti kimpalan.
Keupayaan untuk mengawal keadaan haba logam yang akan dicantumkan menggunakan sumber tenaga moden untuk arka kimpalan memungkinkan untuk merealisasikan semua bentuk peralihan proses penyambungan daripada plastik kepada keadaan cair dan bahan lebur. Keadaan ini membuka kemungkinan baru untuk menyambung bukan sahaja logam yang berbeza, tetapi juga bahan bukan logam antara satu sama lain.
Dengan peningkatan proses kimpalan teknologi, kekuatan dan kebolehpercayaan struktur yang dikimpal meningkat. Dalam tempoh awal, apabila proses kimpalan dijalankan secara eksklusif secara manual, kimpalan arka elektrik digunakan dalam semua jenis kerja pemulihan dan pembaikan.
Kepentingan kimpalan arka elektrik sebagai salah satu proses teknologi utama dan maju pada masa ini tidak dapat dinafikan. Pengalaman menggunakan kimpalan dalam pelbagai industri telah membuktikan dengan jelas bahawa kaedah kerja logam ini membolehkan bukan sahaja menjimatkan logam (25 — 50%), tetapi juga mempercepatkan pengeluaran kerja semua jenis struktur logam dengan ketara.
Pembangunan mekanisasi dan automasi proses, yang bertujuan untuk peningkatan berterusan dalam produktiviti, digabungkan dengan peningkatan berterusan dalam kualiti dan kekuatan kimpalan, memperluaskan lagi skop aplikasinya.Pada masa ini, kimpalan arka elektrik adalah proses teknologi terkemuka dalam pengeluaran semua jenis struktur logam yang beroperasi di bawah beban statik dan dinamik pada suhu rendah dan tinggi.
Artikel menarik dan berguna lain mengenai kimpalan elektrik: