พัฒนาการเชื่อมอาร์คไฟฟ้า

ประวัติการเชื่อมอาร์ค

การใช้งานจริงครั้งแรก รุ้ง ในการเชื่อมโลหะด้วยไฟฟ้าที่ได้รับในปี พ.ศ. 2425 เมื่อ N.N. Benardos สร้างขึ้นในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก «วิธีการเชื่อมและแยกโลหะโดยการกระทำโดยตรงของกระแสไฟฟ้า» ซึ่งเขาเรียกว่า

ตามข้อสรุปของนักวิชาการ N. S. Kurnakov, O. D. Khvolson และคนอื่น ๆ สาระสำคัญของวิธีนี้คือวัตถุที่ผ่านการประมวลผลนั้นเชื่อมต่อกับวัตถุหนึ่งและถ่านหินไปยังอีกขั้วของแหล่งไฟฟ้าและส่วนโค้งของแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างวัตถุที่ผ่านการประมวลผลและ ถ่านหินก่อให้เกิดการกระทำที่คล้ายกับที่เกิดจากเปลวไฟของคบเพลิงเมื่อโลหะถูกทำให้ร้อนและหลอมละลาย ใส่คาร์บอนพิเศษหรืออิเล็กโทรดนำไฟฟ้าอื่นๆ ลงในตัวจับยึดและใช้มือประคองส่วนโค้ง

ในปี พ.ศ. 2431 - 2433 วิธีการใช้ความร้อนของอาร์คไฟฟ้าสำหรับการเชื่อมโลหะได้รับการปรับปรุงโดยวิศวกรเหมืองแร่ N.G.Slavyanov ผู้เปลี่ยนอิเล็กโทรดคาร์บอนด้วยโลหะโดยเฉพาะและพัฒนาอุปกรณ์กึ่งอัตโนมัติสำหรับจ่ายอิเล็กโทรดโลหะระหว่างการเผาไหม้และบำรุงรักษาส่วนโค้งซึ่งเขาเรียกว่า "เครื่องหลอม"

สาระสำคัญของวิธีการ การเชื่อมอาร์คไฟฟ้าสร้างขึ้นจากผลงานของวิศวกรและนักประดิษฐ์ที่มีความสามารถ N.N. Benardos และ N.G. Slavyanov ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงจนถึงทุกวันนี้และสามารถระบุได้ดังนี้: ส่วนโค้งไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรดและชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อของผลิตภัณฑ์จะละลายวัสดุฐานของ ผลิตภัณฑ์ด้วยความร้อนและหลอมละลายอิเล็กโทรดที่จ่ายให้กับโซนอาร์คเปลวไฟ ซึ่งเป็นวัสดุตัวเติมที่ในรูปของหยดโลหะหลอมเหลว เติมทางแยกและหลอมรวมกับโลหะพื้นฐานของผลิตภัณฑ์ ในกรณีนี้ การสร้างความร้อนทั้งหมดของส่วนโค้งจะถูกควบคุมโดยการเลือกโหมดที่เหมาะสม ซึ่งพารามิเตอร์หลักคือกระแส

ในการใช้งานจริง มีการปรับปรุงมากมายและกำลังดำเนินการในวิธีการ ซึ่งไม่ได้เปลี่ยนสาระสำคัญของกระบวนการ แต่เพิ่มมูลค่าในทางปฏิบัติ การพัฒนาวิธีการเชื่อมที่สร้างขึ้นนั้นดำเนินไปพร้อมกับการพัฒนาฐานพลังงานของเทคโนโลยีการเชื่อมในทิศทางของการปรับปรุงคุณภาพและผลผลิตของการเชื่อม

เงื่อนไขหลักที่สนับสนุนการพัฒนานี้คือ:

• รับประกันการทำงานที่มั่นคงของส่วนโค้ง

• ได้คุณภาพและความแข็งแรงของข้อต่อที่เหมาะสม

เงื่อนไขแรกเกิดขึ้นโดยการสร้างแหล่งพลังงานที่มีลักษณะที่กำหนดโดยคุณสมบัติของอาร์คไฟฟ้าภายใต้เงื่อนไขการเชื่อม

ส่วนโค้งซึ่งเป็นแหล่งความร้อนหลักและการใช้พลังงานในระหว่างการเชื่อมนั้นมีลักษณะเฉพาะคือโหลดแบบไดนามิกซึ่งในช่วงเวลาหนึ่งหน่วยเป็นร้อยของวินาทีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของระบอบไฟฟ้าจะปรากฏในวงจรส่วนโค้ง

การหลอมละลายของอิเล็กโทรดและการถ่ายโอนโลหะจากอิเล็กโทรดไปยังชิ้นงานทำให้เกิดความผันผวนอย่างมากในความยาวของส่วนโค้งและการลัดวงจรซ้ำ ๆ ของแหล่งพลังงานส่วนโค้ง (สูงสุด 30 ครั้งต่อวินาที) ในช่วงเวลาสั้น ๆ ในกรณีนี้ กระแสและแรงดันไม่คงที่ แต่มีการเปลี่ยนแปลงทันทีจากค่าหนึ่งเป็นค่าสูงสุดและในทางกลับกัน

การเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันของโหลดรบกวนสภาวะสมดุลของระบบอาร์คไฟฟ้า — แหล่งที่มาปัจจุบัน… เพื่อให้ส่วนโค้งเผาไหม้เป็นเวลานานที่ค่าหนึ่งของกระแส โดยไม่ดับและไม่เปลี่ยนเป็นรูปแบบอื่นของการปล่อยไฟฟ้า จำเป็นที่แหล่งที่มาของกระแสที่จ่ายส่วนโค้งจะตอบสนองอย่างรวดเร็วต่อการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นใน โหมดของส่วนโค้งและทำให้การทำงานมีเสถียรภาพ

ในช่วงต้นของการพัฒนาวิศวกรรมการเชื่อมไฟฟ้า สิ่งนี้ทำได้ด้วยความช่วยเหลือของตัวต้านทานแบบบัลลาสต์ในตัวเพื่อจำกัดกระแสและทำให้ส่วนโค้งสงบลงตามลำดับในวงจรหลักของเครื่องใช้ไฟฟ้า ต่อจากนั้นจะมีการสร้างแหล่งพลังงานพิเศษที่มีลักษณะการตกและความเฉื่อยแม่เหล็กต่ำ ซึ่งเป็นไปตามข้อกำหนดที่เกิดจากคุณสมบัติของส่วนเชื่อม

ควบคู่ไปกับการพัฒนาวิศวกรรมการเชื่อมไฟฟ้า มีการศึกษาที่อนุญาตให้สร้างพารามิเตอร์หลักของลักษณะคงที่ของส่วนโค้งในสภาวะการเชื่อม และศึกษาสภาวะที่เหมาะสมและพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าหลักของแหล่งพลังงานและอิทธิพลที่มีต่อ ความเสถียรและความต่อเนื่องของการเผาไหม้ของส่วนโค้งระหว่างการเชื่อม

ในช่วงเวลาต่อไป ตามการวิจัยสถิตยศาสตร์และไดนามิกของกระบวนการในเครื่องเชื่อมไฟฟ้า การจำแนกประเภทของระบบเครื่องเชื่อมและอุปกรณ์ได้รับการพัฒนา และสร้างทฤษฎีทั่วไปของเครื่องเชื่อมที่เป็นหนึ่งเดียว

ลักษณะของกระบวนการเชื่อมอาร์ค

กระบวนการเชื่อมอาร์กไฟฟ้าเป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพ เคมี และไฟฟ้าที่ซับซ้อนมากซึ่งเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องในทุกขั้นตอนในช่วงเวลาสั้นมาก เมื่อเทียบกับกระบวนการหลอมโลหะแบบดั้งเดิมของโลหะ กระบวนการเชื่อมจะแตกต่างกัน:

• อ่างอาบน้ำขนาดเล็กที่มีโลหะหลอมเหลว

• อุณหภูมิความร้อนสูงของโลหะซึ่งด้วยความเร็วสูงและความร้อนในพื้นที่จะนำไปสู่การไล่ระดับสีที่อุณหภูมิสูง:

• การเชื่อมต่อที่แยกกันไม่ออกระหว่างโลหะที่ใช้กับโลหะฐาน ซึ่งอย่างหลังเป็นรูปแบบสำหรับอย่างแรก

ดังนั้น โลหะที่ร้อนและหลอมเหลวในสระเชื่อมที่มีปริมาตรน้อยจะถูกล้อมรอบด้วยมวลที่มีนัยสำคัญของโลหะฐานที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า แน่นอนว่าสถานการณ์นี้เป็นตัวกำหนดอัตราการทำความร้อนและความเย็นที่สูงของโลหะ และเป็นผลให้กำหนดลักษณะและทิศทางของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในสระเชื่อม

เมื่อผ่านช่องว่างส่วนโค้ง โลหะเพิ่มเติมที่หลอมเหลวจะสัมผัสกับบรรยากาศของส่วนโค้งที่อุณหภูมิสูงมาก ซึ่งนำไปสู่การเกิดออกซิเดชันของโลหะและการดูดซับก๊าซจากโลหะนั้น และการเปิดใช้งานของก๊าซเฉื่อย (ส่วนใหญ่เป็นไนโตรเจน) สังเกตได้ใน ส่วนโค้งซึ่งเป็นกิจกรรมที่ไม่สำคัญในกระบวนการทางโลหะวิทยาทั่วไป

โลหะที่หลอมเหลวในสระเชื่อมยังสัมผัสกับบรรยากาศอาร์ค ซึ่งปฏิกิริยาเคมีและกายภาพเกิดขึ้นระหว่างโลหะ สิ่งเจือปน และก๊าซที่โลหะนั้นดูดซับไว้ จากปรากฏการณ์เหล่านี้ โลหะเชื่อมที่สะสมไว้มีปริมาณออกซิเจนและไนโตรเจนเพิ่มขึ้น ซึ่งอย่างที่ทราบกันดีว่าคุณสมบัติทางกลของโลหะลดลง

เมื่อโลหะผ่านเข้าไปในส่วนโค้งและยังคงอยู่ในสถานะหลอมเหลว ณ ตำแหน่งของสิ่งเจือปนในเหล็ก เช่นเดียวกับการเติมโลหะผสม การเผาไหม้ซึ่งทำให้คุณสมบัติเชิงกลของโลหะเสื่อมลง ก๊าซที่เกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้ของสิ่งเจือปน รวมทั้งที่ละลายในโลหะระหว่างการแข็งตัวของโลหะหลอมเหลว สามารถนำไปสู่การก่อตัวของช่องว่างและรูพรุนในโลหะที่สะสม

ดังนั้น กระบวนการที่เกิดขึ้นระหว่างการเชื่อมทำให้ยากที่จะได้โลหะเชื่อมคุณภาพสูง ความยากลำบากเหล่านี้กลายเป็นว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะได้รอยเชื่อมที่มีลักษณะใกล้เคียงกับลักษณะของโลหะเชื่อมซึ่งเป็นตัวบ่งชี้หลักของคุณภาพของการเชื่อมโดยไม่ต้องใช้มาตรการพิเศษ

การปรับปรุงเทคโนโลยีการเชื่อมอาร์ค

มาตรการหลักที่เพิ่มคุณภาพและความแข็งแรงของข้อต่อโลหะในวิธีการเชื่อมอาร์คที่มีอยู่คือการใช้สารเคลือบพิเศษ — การเคลือบบนอิเล็กโทรด

ในช่วงแรก หน้าที่ของสารเคลือบ-สารเคลือบดังกล่าวคือการอำนวยความสะดวกในการจุดระเบิดและเพิ่มความเสถียรของส่วนโค้งเนื่องจากผลของไอออไนซ์ ต่อมาด้วยการพัฒนาสารเคลือบหนาหรือคุณภาพสูง หน้าที่นอกเหนือจากการเพิ่มความเสถียรของส่วนโค้งคือการปรับปรุงองค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างของโลหะที่เคลือบ การเพิ่มคุณภาพการเชื่อมอย่างมีนัยสำคัญคือ สังเกต

การพัฒนาสารเคลือบพิเศษบนอิเล็กโทรดทำให้ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาสามารถแพร่กระจายการใช้วิธีพื้นฐานในการเชื่อมและตัดโลหะใต้น้ำได้ ในกรณีนี้ จุดประสงค์ของการเคลือบบนอิเล็กโทรดก็เช่นกัน (เนื่องจากการเผาไหม้ช้ากว่าอิเล็กโทรด) เพื่อรักษาเกราะป้องกันรอบส่วนโค้งและเพื่อสร้างฟองอากาศที่ส่วนโค้งเผาไหม้พร้อมกับก๊าซที่ปล่อยออกมาเมื่อสารเคลือบไหม้ .

พร้อมกันกับการปรับปรุงคุณภาพของการเชื่อมเชื่อม สังเกตการเพิ่มขึ้นของผลผลิตการเชื่อม ซึ่งในการเชื่อมด้วยมือทำได้โดยการเพิ่มพลังของอาร์คเชื่อมพร้อมกับการเพิ่มขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของอิเล็กโทรดโลหะ พลังงานที่เพิ่มขึ้นอย่างมากและการเพิ่มขนาดของอิเล็กโทรดนำไปสู่การแทนที่การเชื่อมแบบแมนนวลด้วยระบบอัตโนมัติ

ปัญหาที่ใหญ่ที่สุดในการเชื่อมอัตโนมัติเกิดจากปัญหาของการเคลือบอิเล็กโทรด-การเคลือบ โดยที่การเชื่อมคุณภาพสูงภายใต้ข้อกำหนดสมัยใหม่แทบจะเป็นไปไม่ได้เลย

วิธีแก้ปัญหาที่ประสบความสำเร็จคือการป้อนการเคลือบของเม็ดฟลักซ์ที่บดแล้วไม่ให้อิเล็กโทรด แต่ไปที่โลหะฐานในกรณีนี้ ส่วนโค้งจะถูกเผาไหม้ภายใต้ชั้นของฟลักซ์ ซึ่งความร้อนของส่วนโค้งจะถูกใช้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น และรอยต่อได้รับการปกป้องจากการสัมผัสกับอากาศ การเพิ่มนี้เป็นการปรับปรุงกระบวนการเชื่อมอิเล็กโทรดโลหะขั้นพื้นฐานที่เพิ่มผลผลิตอย่างมากและปรับปรุงคุณภาพการเชื่อม

ความสามารถในการควบคุมสถานะความร้อนของโลหะที่จะเชื่อมต่อโดยใช้แหล่งพลังงานที่ทันสมัยสำหรับอาร์คเชื่อม ทำให้สามารถรับรู้รูปแบบการเปลี่ยนผ่านทั้งหมดของกระบวนการเชื่อมต่อตั้งแต่พลาสติกไปจนถึงสถานะของเหลวที่หลอมละลายของวัสดุ สถานการณ์นี้เปิดโอกาสใหม่สำหรับการเชื่อมต่อโลหะที่แตกต่างกันไม่เพียง แต่ยังรวมถึงวัสดุที่ไม่ใช่โลหะเข้าด้วยกัน

ด้วยการปรับปรุงกระบวนการเชื่อมทางเทคโนโลยี ความแข็งแรงและความน่าเชื่อถือของโครงสร้างรอยเชื่อมจึงเพิ่มขึ้น ในช่วงแรก เมื่อกระบวนการเชื่อมดำเนินการด้วยตนเองเท่านั้น การเชื่อมอาร์กไฟฟ้าจะใช้ในงานบูรณะและซ่อมแซมทุกประเภท

ความสำคัญของการเชื่อมอาร์กด้วยไฟฟ้าซึ่งเป็นหนึ่งในกระบวนการทางเทคโนโลยีหลักและขั้นสูงในขณะนี้เป็นสิ่งที่ไม่อาจปฏิเสธได้ ประสบการณ์การใช้การเชื่อมในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ได้พิสูจน์ให้เห็นอย่างชัดเจนว่าวิธีการทำงานโลหะนี้ไม่เพียงช่วยประหยัดโลหะ (25 — 50%) แต่ยังช่วยเร่งการผลิตงานโครงสร้างโลหะทุกประเภทได้อย่างมีนัยสำคัญ

การพัฒนาเครื่องจักรและระบบอัตโนมัติของกระบวนการโดยมุ่งเป้าไปที่การเพิ่มผลผลิตอย่างต่อเนื่อง รวมกับคุณภาพและความแข็งแรงของการเชื่อมที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ขยายขอบเขตการใช้งานต่อไปปัจจุบัน การเชื่อมอาร์กด้วยไฟฟ้าเป็นกระบวนการทางเทคโนโลยีชั้นนำในการผลิตโครงสร้างโลหะทุกประเภทที่ทำงานภายใต้โหลดแบบสถิตและไดนามิกที่อุณหภูมิต่ำและสูง

บทความอื่นๆ ที่น่าสนใจและเป็นประโยชน์เกี่ยวกับการเชื่อมไฟฟ้า:

ป้องกันก๊าซสำหรับการเชื่อม

เครื่องเชื่อมอินเวอร์เตอร์

ข้อดีข้อเสียของการเชื่อมแบบต่างๆ

การเชื่อมด้วยคลื่นเสียง

การเชื่อมแบบระเบิด - มันคืออะไรและใช้อย่างไร