Desenvolvimento da soldagem a arco elétrico
História da soldagem a arco
Primeira aplicação prática um arco-íris na soldagem elétrica de metais obtida apenas em 1882, quando N.N. Benardos criou em São Petersburgo «Método de união e separação de metais por ação direta da corrente elétrica», que ele chamou de «eletrohefesto».
De acordo com a conclusão dos acadêmicos N. S. Kurnakov, O. D. Khvolson e outros, a essência desse método é que o objeto processado é conectado a um e o carvão ao outro pólo da fonte elétrica e o arco de tensão formado entre o objeto processado e o carvão produz uma ação semelhante à produzida pela chama de um maçarico quando o metal é aquecido e derretido. Um carbono especial ou outro eletrodo condutor é inserido no suporte e o arco é sustentado com a mão.
Em 1888 - 1890, o método de usar o calor de um arco elétrico para soldar metais foi aprimorado pelo engenheiro de minas N.G.Slavyanov, que substituiu o eletrodo de carbono exclusivamente por um de metal e desenvolveu um dispositivo semiautomático para fornecer um eletrodo de metal durante sua queima e manter o arco, que ele chamou de "fundidor".
A essência dos caminhos soldagem a arco elétrico, criado como resultado do trabalho dos talentosos engenheiros-inventores N.N. Benardos e N.G. Slavyanov, permanece inalterado até hoje e pode ser caracterizado da seguinte forma: o arco elétrico formado entre o eletrodo e as partes conectadas do produto derrete o material base de o produto com seu calor e derrete o eletrodo fornecido à zona de chama do arco - um material de enchimento que, na forma de gotas de metal fundido, preenche a junção e se funde com o metal base do produto. Nesse caso, a geração total de calor do arco é regulada escolhendo um modo adequado, cujo principal parâmetro é a corrente.
Na aplicação prática, inúmeras melhorias foram e estão sendo realizadas nos métodos, que não alteram a essência dos processos, mas aumentam seu valor prático. O desenvolvimento dos métodos de soldagem criados acompanha o desenvolvimento das bases energéticas da tecnologia de soldagem no sentido de melhorar a qualidade e a produtividade da soldagem.
As principais condições que contribuíram para esse desenvolvimento foram:
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garantir operação estável do arco;
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obtendo qualidade e resistência adequadas da conexão.
A primeira condição foi atendida criando fontes de energia com características determinadas pelas propriedades de um arco elétrico em condições de soldagem.
O arco, como principal fonte de aquecimento e consumidor de energia durante a soldagem, é caracterizado por uma carga dinâmica, na qual, em intervalos de tempo medidos em centésimos de segundo, ocorrem mudanças bruscas no regime elétrico do circuito do arco.
A fusão do eletrodo e a transferência de metal do eletrodo para a peça de trabalho causam flutuações bruscas no comprimento do arco e repetidos curtos-circuitos da fonte de energia do arco (até 30 vezes por segundo) em intervalos muito curtos. Neste caso, a corrente e a tensão não permanecem constantes, mas têm mudanças instantâneas de um determinado valor até um máximo e vice-versa.
Tais mudanças repentinas na carga perturbam o estado de equilíbrio do sistema de arco elétrico - fonte atual… Para que o arco queime por muito tempo em um determinado valor da corrente, sem se extinguir e não se transformar em outras formas de descarga elétrica, é necessário que a fonte de corrente que alimenta o arco reaja rapidamente às mudanças que ocorrem no modo do arco e garante sua operação estável.
No início do desenvolvimento da engenharia de soldagem elétrica, isso foi feito com a ajuda de resistores de lastro incorporados para limitar a corrente e acalmar sequencialmente o arco no circuito principal das máquinas elétricas. Posteriormente, são criadas fontes de energia especiais com características de queda e baixa inércia magnética, que atendem totalmente aos requisitos decorrentes das propriedades do arco de soldagem.
Paralelamente ao desenvolvimento da engenharia de soldagem elétrica, são realizados estudos que permitem estabelecer os principais parâmetros das características estáticas do arco em condições de soldagem e estudar as condições ótimas e os principais parâmetros elétricos das fontes de energia e sua influência na a estabilidade e continuidade da queima do arco durante a soldagem.
No período seguinte, com base na pesquisa da estática e dinâmica do processo em máquinas de solda elétrica, foi desenvolvida uma classificação de sistemas e aparelhos de máquinas de solda e uma teoria generalizada unificada de máquinas de solda foi criada.
Características do processo de soldagem a arco
O processo de soldagem a arco elétrico é um complexo muito complexo de fenômenos físicos, químicos e elétricos que ocorrem continuamente em todas as etapas em períodos de tempo extremamente curtos. Comparado aos processos metalúrgicos convencionais de fusão de metais, o processo de soldagem é diferente:
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pequeno volume do banho com metal fundido;
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altas temperaturas de aquecimento do metal, que em altas velocidades e aquecimento local leva a altos gradientes de temperatura:
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uma conexão inseparável entre o metal aplicado e o metal base, sendo este último, por assim dizer, uma forma para o primeiro.
Assim, o metal aquecido e fundido em uma poça de fusão de pequeno volume é cercado por uma massa significativa do metal base de temperatura mais baixa. Essa circunstância, é claro, determina as altas taxas de aquecimento e resfriamento do metal e, como resultado, determina a natureza e a direção das reações que ocorrem na poça de fusão.
Passando pelo intervalo do arco, o metal adicional fundido é exposto à atmosfera do arco a temperaturas muito altas, o que leva à oxidação do metal e à absorção de gases dele, e a ativação de gases inertes (principalmente nitrogênio) é observada no arc, cuja atividade é insignificante em processos metalúrgicos convencionais.
O metal fundido na poça de fusão também é exposto a uma atmosfera de arco, onde ocorrem reações físico-químicas entre o metal, suas impurezas e os gases por ele absorvidos. Como resultado desses fenômenos, o metal de solda depositado apresenta um teor aumentado de oxigênio e nitrogênio, o que, como se sabe, reduz as características mecânicas do metal.
Quando um metal passa para um arco e permanece em estado fundido no local de impureza no ferro, assim como as adições de liga queimam, o que também deteriora as propriedades mecânicas do metal. Os gases formados durante a combustão de impurezas, bem como aqueles dissolvidos no metal durante a solidificação do metal fundido, podem levar à formação de vazios e poros no metal depositado.
Assim, os processos que ocorrem durante a soldagem dificultam a obtenção de metal de solda de alta qualidade. Essas dificuldades acabaram sendo tais que era impossível obter uma solda com características próximas às características do metal de solda, que é o principal indicador da qualidade da soldagem, sem tomar medidas especiais.
Melhoria da tecnologia de soldagem a arco
A principal medida que aumentou a qualidade e a resistência das juntas metálicas nos métodos de soldagem a arco existentes foi o uso de revestimentos especiais - revestimentos nos eletrodos.
No período inicial, a função desses revestimentos-revestimentos era facilitar a ignição e aumentar a estabilidade do arco devido ao seu efeito ionizante. Posteriormente, com o desenvolvimento de revestimentos espessos ou de alta qualidade, cuja função, além de aumentar a estabilidade do arco, é melhorar a composição química e a estrutura do metal depositado, aumenta significativamente a qualidade da soldagem. observado.
O desenvolvimento de revestimentos especiais em eletrodos possibilitou nos últimos anos a difusão do uso de métodos básicos de soldagem e corte de metais subaquáticos. Nesse caso, o objetivo dos revestimentos nos eletrodos também é (devido à queima mais lenta que o eletrodo) manter um escudo protetor ao redor do arco e formar uma bolha na qual o arco queima com os gases liberados quando os revestimentos queimam .
Simultaneamente à melhoria da qualidade da conexão soldada, observa-se um aumento na produtividade da soldagem, que na soldagem manual é obtida aumentando a potência do arco de soldagem com o aumento simultâneo do diâmetro do eletrodo metálico. Um aumento significativo na potência e um aumento no tamanho dos eletrodos levaram à substituição da soldagem manual pela automática.
As maiores dificuldades na soldagem automática foram colocadas pela questão dos revestimentos de eletrodos, sem os quais a soldagem de alta qualidade sob os requisitos modernos é quase impossível.
Uma solução bem-sucedida foi alimentar o revestimento de fluxo granular triturado não no eletrodo, mas no metal base.Nesse caso, o arco queima sob uma camada de fluxo, graças à qual o calor do arco é aproveitado com mais eficiência e a costura é protegida da exposição ao ar. Esta adição foi uma melhoria no processo básico de soldagem de eletrodo de metal que aumentou muito a produtividade e melhorou a qualidade da solda.
A capacidade de controlar o estado térmico dos metais a serem unidos usando fontes modernas de energia para o arco de soldagem torna possível realizar todas as formas de transição do processo de união do plástico para o estado líquido e fundido dos materiais. Essa circunstância abre novas possibilidades para conectar não apenas metais diferentes, mas também materiais não metálicos entre si.
Com o aprimoramento dos processos tecnológicos de soldagem, a resistência e a confiabilidade das estruturas soldadas aumentam. No período inicial, quando o processo de soldadura era realizado exclusivamente de forma manual, a soldadura por arco elétrico era utilizada em todo o tipo de trabalhos de restauro e reparação.
É inegável a importância da soldagem a arco elétrico como um dos principais e avançados processos tecnológicos da atualidade. A experiência com o uso de soldagem em várias indústrias provou claramente que esse método de usinagem permite não apenas economizar metal (25 a 50%), mas também acelerar significativamente a produção de trabalhos de todos os tipos de estruturas metálicas.
O desenvolvimento da mecanização e automação do processo, visando o aumento contínuo da produtividade, aliado ao aumento constante da qualidade e resistência da soldagem, amplia ainda mais o escopo de sua aplicação.Atualmente, a soldagem a arco elétrico é o processo tecnológico líder na produção de todos os tipos de estruturas metálicas que operam sob cargas estáticas e dinâmicas em baixas e altas temperaturas.
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