Ontwikkeling van elektrisch booglassen
Geschiedenis van booglassen
Eerste praktische toepassing een regenboog in elektrisch lassen van metalen verkregen pas in 1882, toen N.N. Benardos in St. Petersburg de "Methode voor het verbinden en scheiden van metalen door directe werking van elektrische stroom" creëerde, die hij "electrohephaestus" noemde.
Volgens de conclusie van academici N. S. Kurnakov, O. D. Khvolson en anderen, is de essentie van deze methode dat het verwerkte object is verbonden met de ene en de steenkool met de andere pool van de elektrische bron en de spanningsboog gevormd tussen het verwerkte object en de steenkool produceert een actie die vergelijkbaar is met die van de vlam van een steekvlam wanneer metaal wordt verwarmd en gesmolten. Een speciale koolstof- of andere geleidende elektrode wordt in de houder gestoken en de boog wordt met de hand ondersteund.
In 1888 - 1890 werd de methode om de hitte van een elektrische boog te gebruiken voor het lassen van metalen verbeterd door mijningenieur N.G.Slavyanov, die de koolstofelektrode uitsluitend verving door een metalen elektrode en een halfautomatisch apparaat ontwikkelde voor het voeden van een metalen elektrode tijdens het branden en het onderhouden van de boog, die hij een "smelter" noemde.
De essentie van manieren elektrisch booglassen, gecreëerd als resultaat van het werk van getalenteerde ingenieurs-uitvinders N.N. Benardos en N.G. Slavyanov, blijft tot op de dag van vandaag onveranderd en kan als volgt worden gekarakteriseerd: de elektrische boog gevormd tussen de elektrode en de verbonden delen van het product smelt het basismateriaal van het product met zijn warmte en smelt de elektrode die aan de boogvlamzone wordt geleverd - een vulmateriaal dat, in de vorm van druppels gesmolten metaal, de verbinding vult en samensmelt met het basismetaal van het product. In dit geval wordt de totale warmteontwikkeling van de boog geregeld door een geschikte modus te kiezen, waarvan de belangrijkste parameter de stroom is.
In de praktijk zijn en worden tal van verbeteringen aangebracht in de methoden, die de essentie van de processen niet veranderen, maar hun praktische waarde vergroten. De ontwikkeling van de gecreëerde lasmethoden gaat samen met de ontwikkeling van de energiebases van de lastechnologie in de richting van verbetering van de kwaliteit en productiviteit van het lassen.
De belangrijkste voorwaarden die hebben bijgedragen aan deze ontwikkeling waren:
-
zorgen voor een stabiele werking van de boog;
-
het verkrijgen van de juiste kwaliteit en sterkte van de verbinding.
Aan de eerste voorwaarde werd voldaan door energiebronnen te creëren met karakteristieken die bepaald worden door de eigenschappen van een elektrische boog onder lasomstandigheden.
De boog, als belangrijkste verwarmingsbron en verbruiker van energie tijdens het lassen, wordt gekenmerkt door een dynamische belasting, waarbij met tijdsintervallen gemeten in honderdsten van een seconde scherpe veranderingen in het elektrische regime optreden in het boogcircuit.
Het smelten van de elektrode en de overdracht van metaal van de elektrode naar het werkstuk veroorzaakt scherpe schommelingen in de lengte van de boog en herhaalde kortsluitingen van de boogstroombron (tot 30 keer per seconde) met zeer korte tussenpozen. In dit geval blijven stroom en spanning niet constant, maar veranderen ze onmiddellijk van een bepaalde waarde naar een maximum en vice versa.
Dergelijke plotselinge veranderingen in belasting verstoren de evenwichtstoestand van het elektrische boogsysteem - actuele bron… Om de boog lang te laten branden bij een bepaalde waarde van de stroom, zonder te doven en niet over te gaan in andere vormen van elektrische ontlading, is het noodzakelijk dat de stroombron die de boog voedt snel reageert op veranderingen die optreden in de modus van de boog en zorgt voor een stabiele werking.
In het begin van de ontwikkeling van elektrische lastechniek werd dit gedaan met behulp van ingebouwde ballastweerstanden om de stroom te beperken en achtereenvolgens de boog in het hoofdcircuit van de elektrische machines te kalmeren. Vervolgens worden speciale stroombronnen met valkarakteristieken en lage magnetische traagheid gecreëerd, die volledig voldoen aan de eisen die voortvloeien uit de eigenschappen van de lasboog.
Parallel aan de ontwikkeling van elektrische lastechniek worden studies uitgevoerd die het mogelijk maken om de belangrijkste parameters van de statische eigenschappen van de boog in lasomstandigheden vast te stellen en om de optimale omstandigheden en de belangrijkste elektrische parameters van de energiebronnen en hun invloed op de stabiliteit en continuïteit van het branden van de boog tijdens het lassen.
In de daaropvolgende periode werd op basis van het onderzoek naar de statica en dynamiek van het proces in elektrische lasmachines een classificatie van lasmachinesystemen en -apparaten ontwikkeld en een uniforme algemene theorie van lasmachines gecreëerd.
Kenmerken van het booglasproces
Het proces van elektrisch booglassen is een zeer complex complex van fysische, chemische en elektrische verschijnselen die continu in alle stadia optreden in extreem korte tijdsperioden. Vergeleken met conventionele metallurgische processen van het smelten van metalen, is het lasproces anders:
-
klein volume van het bad met gesmolten metaal;
-
hoge temperaturen van metaalverwarming, wat bij hoge snelheden en lokale verwarming leidt tot hoge temperatuurgradiënten:
-
een onlosmakelijke verbinding tussen het toegepaste metaal en het basismetaal, waarbij het laatste als het ware een vorm is voor het eerste.
Het verwarmde en gesmolten metaal in een smeltbad met een klein volume wordt dus omgeven door een aanzienlijke massa van het basismetaal met een lagere temperatuur. Deze omstandigheid bepaalt natuurlijk de hoge opwarm- en afkoelsnelheden van het metaal en bepaalt als gevolg daarvan de aard en richting van de reacties die plaatsvinden in het smeltbad.
Bij het passeren van de boogopening wordt het gesmolten extra metaal blootgesteld aan de atmosfeer van de boog bij zeer hoge temperaturen, wat leidt tot oxidatie van het metaal en absorptie van gassen daaruit, en activering van inerte gassen (voornamelijk stikstof) wordt waargenomen in de boog, waarvan de activiteit verwaarloosbaar is in conventionele metallurgische processen.
Het gesmolten metaal in het lasbad wordt ook blootgesteld aan een boogatmosfeer, waar fysisch-chemische reacties plaatsvinden tussen het metaal, zijn onzuiverheden en de gassen die erdoor worden geabsorbeerd. Als gevolg van deze verschijnselen heeft het neergeslagen lasmetaal een verhoogd gehalte aan zuurstof en stikstof, hetgeen zoals bekend de mechanische eigenschappen van het metaal vermindert.
Wanneer een metaal in een boog overgaat en in gesmolten toestand blijft op de plaats van onzuiverheid in het ijzer, evenals legeringstoevoegingen verbranden, wat ook de mechanische eigenschappen van het metaal verslechtert. Gassen die worden gevormd tijdens de verbranding van onzuiverheden, evenals gassen die in het metaal zijn opgelost tijdens het stollen van het gesmolten metaal, kunnen leiden tot de vorming van holtes en poriën in het neergeslagen metaal.
De processen die plaatsvinden tijdens het lassen maken het dus moeilijk om lasmetaal van hoge kwaliteit te verkrijgen. Deze moeilijkheden bleken zodanig te zijn dat het onmogelijk was om een las te verkrijgen met eigenschappen die dicht bij de eigenschappen van het lasmetaal liggen, wat de belangrijkste indicator is voor de kwaliteit van het lassen, zonder speciale maatregelen te nemen.
Verbetering van booglastechnologie
De belangrijkste maatregel die de kwaliteit en sterkte van metaalverbindingen in bestaande booglasmethoden verhoogde, was het gebruik van speciale coatings - coatings op de elektroden.
In de beginperiode was de functie van dergelijke coatings-coatings om ontsteking te vergemakkelijken en de stabiliteit van de boog te vergroten vanwege hun ioniserende effect. Later, met de ontwikkeling van dikke of hoogwaardige coatings, waarvan de functie, naast het vergroten van de stabiliteit van de boog, het verbeteren van de chemische samenstelling en structuur van het afgezette metaal is, wordt een aanzienlijke toename van de kwaliteit van het lassen opgemerkt.
De ontwikkeling van speciale coatings op elektroden heeft het de afgelopen jaren mogelijk gemaakt om het gebruik van basismethoden voor het lassen en snijden van metalen onder water te verspreiden. In dit geval is het doel van de coatings op de elektroden ook (vanwege hun langzamere verbranding dan de elektrode) om een beschermend schild rond de boog te behouden en een luchtbel te vormen waarin de boog brandt met de gassen die vrijkomen wanneer de coatings branden. .
Gelijktijdig met de verbetering van de kwaliteit van de lasverbinding, wordt een toename van de lasproductiviteit waargenomen, wat bij handmatig lassen wordt bereikt door het vermogen van de lasboog te vergroten met een gelijktijdige toename van de diameter van de metalen elektrode. Een aanzienlijke toename van het vermogen en een toename van de afmetingen van de elektroden leidden tot de vervanging van handmatig lassen door automatisch lassen.
De grootste problemen bij automatisch lassen werden veroorzaakt door de kwestie van elektrodecoatings-coatings, zonder welke hoogwaardig lassen onder moderne eisen bijna onmogelijk is.
Een succesvolle oplossing was om de coating van gemalen granulaire flux niet naar de elektrode te voeren, maar naar het basismetaal.In dit geval brandt de boog onder een fluxlaag, waardoor de warmte van de boog efficiënter wordt gebruikt en de naad wordt beschermd tegen blootstelling aan lucht. Deze toevoeging was een verbetering van het standaard lasproces met metalen elektroden, waardoor de productiviteit en de laskwaliteit aanzienlijk toenam.
De mogelijkheid om de thermische toestand van de te verbinden metalen te beheersen met behulp van moderne energiebronnen voor de lasboog, maakt het mogelijk om alle overgangsvormen van het verbindingsproces te realiseren, van de plastic tot de vloeibare, gesmolten toestand van de materialen. Deze omstandigheid opent nieuwe mogelijkheden om niet alleen verschillende metalen, maar ook niet-metalen materialen met elkaar te verbinden.
Met de verbetering van technologische lasprocessen nemen de sterkte en betrouwbaarheid van gelaste constructies toe. In de beginperiode, toen het lasproces uitsluitend handmatig werd uitgevoerd, werd elektrisch booglassen gebruikt bij alle soorten restauratie- en reparatiewerkzaamheden.
Het belang van elektrisch booglassen als een van de belangrijkste en geavanceerde technologische processen van dit moment valt niet te ontkennen. Ervaring met het gebruik van lassen in verschillende industrieën heeft duidelijk bewezen dat deze methode van metaalbewerking niet alleen metaal bespaart (25 - 50%), maar ook de productie van werken van alle soorten metalen constructies aanzienlijk versnelt.
De ontwikkeling van mechanisatie en automatisering van het proces, gericht op een continue toename van de productiviteit, gecombineerd met een gestage toename van de kwaliteit en sterkte van het lassen, breidt het toepassingsgebied verder uit.Momenteel is elektrisch booglassen het leidende technologische proces bij de productie van alle soorten metalen constructies die werken onder statische en dynamische belastingen bij lage en hoge temperaturen.
Andere interessante en nuttige artikelen over elektrisch lassen: