פיתוח ריתוך בקשת חשמלית

היסטוריה של ריתוך קשת

יישום מעשי ראשון קשת בענן בריתוך חשמלי של מתכות שהושג רק בשנת 1882, כאשר N.N. Benardos יצר בסנט פטרסבורג את "שיטת החיבור וההפרדה של מתכות על ידי פעולה ישירה של זרם חשמלי", אותה כינה "electrohephaestus".

על פי מסקנתם של האקדמאים N. S. Kurnakov, O. D. Khvolson ואחרים, המהות של שיטה זו היא שהאובייקט המעובד מחובר לאחד, והפחם לקוטב השני של המקור החשמלי וקשת המתח הנוצרת בין האובייקט המעובד הפחם מייצר פעולה דומה לזו המופקת על ידי להבת מבער כאשר מתכת מחוממת ונמסה. אל המחזיק מוכנסת אלקטרודת פחמן מיוחדת או מוליכה אחרת והקשת נתמכת ביד.

בשנים 1888 - 1890 שופרה שיטת השימוש בחום של קשת חשמלית לריתוך מתכות על ידי מהנדס המכרות נ.ג.סלביאנוב, שהחליף את אלקטרודת הפחמן אך ורק במתכתית ופיתח מכשיר חצי אוטומטי לאספקת אלקטרודת מתכת במהלך שריפתה ותחזוקת הקשת, אותה כינה "מתכת".

מהות הדרכים ריתוך בקשת חשמלית, שנוצר כתוצאה מעבודתם של המהנדסים-הממציאים המוכשרים N.N. Benardos ו- N.G. Slavyanov, נותר ללא שינוי עד היום וניתן לאפיין אותו כך: הקשת החשמלית הנוצרת בין האלקטרודה והחלקים המחוברים של המוצר ממיסה את חומר הבסיס של המוצר עם החום שלו וממיס את האלקטרודה המסופקת לאזור להבת הקשת - חומר מילוי שבצורת טיפות מתכת מותכת ממלא את הצומת ומתמזג עם המתכת הבסיסית של המוצר. במקרה זה, יצירת החום הכוללת של הקשת מווסתת על ידי בחירת מצב מתאים, שהפרמטר העיקרי שלו הוא הזרם.

ביישום המעשי נעשו ונעשים שיפורים רבים בשיטות, אשר אינם משנים את מהות התהליכים, אלא מעלים את ערכם המעשי. פיתוח שיטות הריתוך שנוצרו הולך יחד עם פיתוח בסיסי האנרגיה של טכנולוגיית הריתוך בכיוון של שיפור איכות ופרודוקטיביות הריתוך.

התנאים העיקריים שתרמו להתפתחות זו היו:

• הבטחת פעולה יציבה של הקשת;

• השגת איכות וחוזק מתאימות של החיבור.

התנאי הראשון התקיים על ידי יצירת מקורות אנרגיה בעלי מאפיינים שנקבעו על ידי תכונות של קשת חשמלית בתנאי ריתוך.

הקשת, כמקור החימום העיקרי וצרכן האנרגיה במהלך הריתוך, מאופיינת בעומס דינמי, שבו, במרווחי זמן הנמדדים במאות השנייה, מופיעים שינויים חדים במשטר החשמלי במעגל הקשת.

התכת האלקטרודה והעברת המתכת מהאלקטרודה לחומר העבודה גורמת לתנודות חדות באורך הקשת ולקצרים חוזרים ונשנים של מקור הכוח בקשת (עד 30 פעמים בשנייה) במרווחים קצרים מאוד. במקרה זה, הזרם והמתח אינם נשארים קבועים, אלא יש שינויים מיידיים מערך מסוים למקסימום ולהיפך.

שינויים פתאומיים כאלה בעומס מפריעים למצב שיווי המשקל של מערכת הקשת החשמלית - מקור נוכחי... על מנת שהקשת תישרף במשך זמן רב בערך מסוים של הזרם, מבלי לכבות ולא להפוך לצורות אחרות של פריקה חשמלית, יש צורך שמקור הזרם המספק את הקשת יגיב במהירות לשינויים המתרחשים ב-. מצב הקשת ומבטיח את פעולתה היציבה.

בתחילת הפיתוח של הנדסת ריתוך חשמלי, זה נעשה בעזרת נגדי נטל משולבים כדי להגביל את הזרם ולהרגיע באופן רציף את הקשת במעגל הראשי של המכונות החשמליות. לאחר מכן, נוצרים מקורות כוח מיוחדים עם מאפייני נפילה ואינרציה מגנטית נמוכה, העונים במלואם על הדרישות הנובעות מתכונות קשת הריתוך.

במקביל להתפתחות הנדסת ריתוך חשמלי, מתבצעים מחקרים המאפשרים לקבוע את הפרמטרים העיקריים של המאפיינים הסטטיים של הקשת בתנאי ריתוך ולחקור את התנאים האופטימליים ואת הפרמטרים החשמליים העיקריים של מקורות האנרגיה והשפעתם על היציבות וההמשכיות של שריפת הקשת במהלך הריתוך.

בתקופה הבאה, בהתבסס על מחקר הסטטיקה והדינמיקה של התהליך במכונות ריתוך חשמליות, פותח סיווג של מערכות ומכונות ריתוך ונוצרה תיאוריה כללית מאוחדת של מכונות ריתוך.

מאפיינים של תהליך ריתוך קשת

תהליך ריתוך קשת חשמלי הוא קומפלקס מורכב מאוד של תופעות פיזיקליות, כימיות וחשמליות המתרחשות ברציפות בכל השלבים בפרקי זמן קצרים ביותר. בהשוואה לתהליכים מתכתיים קונבנציונליים של התכת מתכות, תהליך הריתוך שונה:

• נפח קטן של האמבטיה עם מתכת מותכת;

• טמפרטורות גבוהות של חימום מתכת, אשר במהירויות גבוהות וחימום מקומי מוביל לשיפועי טמפרטורה גבוהים:

• קשר בלתי נפרד בין המתכת המיושמת למתכת הבסיס, שהאחרונה היא, כביכול, צורה לראשונה.

לפיכך, המתכת המחוממת והמותכת בבריכת ריתוך בנפח קטן מוקפת במסה משמעותית של מתכת הבסיס בטמפרטורה נמוכה יותר. נסיבות אלו, כמובן, קובעות את שיעורי החימום והקירור הגבוהים של המתכת, וכתוצאה מכך, קובעת את אופי וכיווני התגובות המתרחשות בבריכת הריתוך.

במעבר דרך מרווח הקשת, המתכת הנוספת המותכת נחשפת לאטמוספירה של הקשת בטמפרטורות גבוהות מאוד, מה שמוביל לחמצון המתכת ולספיגה של גזים ממנה, ונצפה הפעלה של גזים אינרטיים (בעיקר חנקן) קשת, שפעילותה זניחה בתהליכים מתכתיים קונבנציונליים.

המתכת המותכת בבריכת הריתוך חשופה גם לאטמוספרת קשת, שבה מתרחשות תגובות פיזיקו-כימיות בין המתכת, זיהומיה וגזים הנספגים בה. כתוצאה מתופעות אלו, למתכת הריתוך המופקדת יש תכולה מוגברת של חמצן וחנקן, אשר, כידוע, מפחית את המאפיינים המכניים של המתכת.

כאשר מתכת עוברת לתוך קשת ונשארת במצב מותך במקום הטומאה בברזל, כמו גם תוספות סגסוגת שורפות, מה שמדרדר גם את התכונות המכניות של המתכת. גזים הנוצרים במהלך בעירה של זיהומים, כמו גם אלו המומסים במתכת במהלך התמצקות המתכת המותכת, עלולים להוביל להיווצרות חללים ונקבוביות במתכת המופקדת.

לפיכך, התהליכים המתרחשים במהלך הריתוך מקשים על השגת מתכת ריתוך איכותית. קשיים אלה התבררו ככאלה שאי אפשר היה להשיג ריתוך בעל מאפיינים קרובים למאפייני מתכת הריתוך, שהיא האינדיקטור העיקרי לאיכות הריתוך, מבלי לנקוט באמצעים מיוחדים.

שיפור טכנולוגיית ריתוך קשת

המדד העיקרי שהגדיל את האיכות והחוזק של מפרקי מתכת בשיטות קיימות לריתוך קשת היה השימוש בציפויים מיוחדים - ציפויים על האלקטרודות.

בתקופה הראשונית, תפקידם של ציפויים-ציפויים כאלה היה להקל על ההצתה ולהגביר את יציבות הקשת בשל השפעתם המייננת. מאוחר יותר, עם התפתחותם של ציפויים עבים או איכותיים, שתפקידם, בנוסף להגברת יציבות הקשת, הוא לשפר את ההרכב הכימי והמבנה של המתכת המופקדת, עלייה משמעותית באיכות הריתוך. נצפים.

פיתוח ציפויים מיוחדים על אלקטרודות אפשר בשנים האחרונות להפיץ את השימוש בשיטות בסיסיות של ריתוך וחיתוך מתכות מתחת למים. במקרה זה, מטרת הציפויים על האלקטרודות היא גם (בשל בעירתם האיטית יותר מהאלקטרודה) לשמור על מגן מגן סביב הקשת וליצור בועה בה הקשת נשרפת עם הגזים המשתחררים בעת שריפת הציפויים. .

במקביל לשיפור איכות החיבור המרותך, נצפית עלייה בתפוקת הריתוך, אשר בריתוך ידני מושגת על ידי הגדלת כוחה של קשת הריתוך עם עלייה בו זמנית בקוטר אלקטרודת המתכת. עלייה משמעותית בהספק ועלייה בגודל האלקטרודות הביאו להחלפת הריתוך הידני באוטומטי.

הקשיים הגדולים ביותר בריתוך אוטומטי נוצרו על ידי נושא ציפויים-ציפוי אלקטרודות, שבלעדיו ריתוך איכותי בדרישות מודרניות כמעט בלתי אפשרי.

פתרון מוצלח היה להזין את הציפוי של שטף גרגירים מרוסק לא לאלקטרודה, אלא למתכת הבסיס.במקרה זה, הקשת נשרפת מתחת לשכבת שטף, שבזכותה נעשה שימוש יעיל יותר בחום הקשת, והתפר מוגן מחשיפה לאוויר. תוספת זו הייתה שיפור לתהליך הריתוך הבסיסי של אלקטרודות מתכת שהגדיל מאוד את הפרודוקטיביות ושיפר את איכות הריתוך.

היכולת לשלוט במצב התרמי של המתכות לחיבור באמצעות מקורות אנרגיה מודרניים לקשת הריתוך מאפשרת לממש את כל צורות המעבר של תהליך החיבור מהפלסטיק למצב הנוזלי והמותך של החומרים. נסיבות אלה פותחות אפשרויות חדשות לחיבור לא רק מתכות שונות, אלא גם חומרים לא מתכתיים זה לזה.

עם שיפור תהליכי הריתוך הטכנולוגיים, החוזק והאמינות של מבנים מרותכים גדלים. בתקופה הראשונית, כאשר תהליך הריתוך בוצע באופן ידני בלבד, נעשה שימוש בריתוך קשת חשמלי בכל סוגי עבודות השיקום והתיקונים.

חשיבותו של ריתוך בקשת חשמלית כאחד התהליכים הטכנולוגיים המרכזיים והמתקדמים כיום אינה ניתנת להכחשה. ניסיון בשימוש בריתוך בתעשיות שונות הוכיח בבירור כי שיטה זו של עיבוד מתכת מאפשרת לא רק לחסוך במתכת (25 - 50%), אלא גם להאיץ באופן משמעותי את הייצור של עבודות מכל סוגי מבני מתכת.

פיתוח המיכון והאוטומציה של התהליך, שמטרתו גידול מתמשך בפריון, בשילוב עם עלייה מתמדת באיכות וחוזק הריתוך, מרחיב עוד יותר את היקף היישום שלו.כיום, ריתוך קשת חשמלי הוא התהליך הטכנולוגי המוביל בייצור כל סוגי מבני המתכת הפועלים בעומסים סטטיים ודינאמיים בטמפרטורות נמוכות וגבוהות.

מאמרים מעניינים ושימושיים נוספים על ריתוך חשמלי:

גזי מיגון לריתוך

מכונות ריתוך אינוורטר

יתרונות וחסרונות של סוגי ריתוך שונים

ריתוך אולטראסוני

ריתוך פיצוץ - מה זה וכיצד משתמשים בו