24artstroy.ru

Строительный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Кто изобрел сварку

Кто изобрел сварку

История развития сварки далеко до нашей эры. С тех пор, как люди научились добывать металл, они стремились создавать из него что-то полезное. Самый надежный способ соединения – горячим методом. Сейчас трудно представить, что два века назад русские ученые стояли у истоков современных сварочных аппаратов.

С тех пор началась новая страница жизни человечества. Сейчас существует несколько и видов сварочных технологий, применяемых на производстве и в быту. Современная история сварки – это изобретение новых агрегатов, методов соединения металлов, индивидуальных средств защиты нового поколения. Но по-прежнему популярной остается традиционная дуговая с помощью расплавляемых и тугоплавких электродов. Сварщики создают огромные металлоконструкции и миниатюрные произведения искусства.

Описание процесса

К электроду и свариваемому изделию для образования и поддержания электрической дуги от сварочного трансформатора (или сварочного агрегата, сварочного преобразователя, сварочного инвертора) подводится электроэнергия. При соприкосновении сварочного электрода и свариваемого изделия протекает сварочный ток. Под действием теплоты электрической дуги (до 7000°С) кромки свариваемых деталей и электродный металл расплавляются, образуя сварочную ванну, которая некоторое время находится в расплавленном состоянии. В сварочной ванне металл электрода смешивается с расплавленным металлом изделия (основным металлом), а расплавленный шлак всплывает на поверхность, образуя защитную плёнку. При затвердевании металла образуется сварное соединение. Энергия, необходимая для образования и поддержания электрической дуги, получается от специальных источников питания постоянного или переменного тока [3] .

В процессе электросварки могут быть использованы плавящиеся и неплавящиеся электроды. В первом случае формирование сварного шва происходит при расплавлении самого электрода, во втором случае — при расплавлении присадочной проволоки (прутков и т. п.), которую вводят непосредственно в сварочную ванну.

Для защиты от окисления металла сварного шва применяются защитные газы (аргон, гелий, углекислый газ и их смеси), подающиеся из сварочной головки в процессе электросварки.

Для повышения устойчивости электрической дуги в электроды могут вводиться легко ионизируемые элементы (калий, натрий, кальций) [4] ..

Различают электросварку переменным током и электросварку постоянным током. При сварке постоянным током шов получается с меньшим количеством брызг металла, поскольку нет перехода через ноль и смены полярности тока.

В аппаратах для электросварки постоянным током применяются выпрямители.

Возможно управление положением сварочной дуги при сварке постоянным током. Дуга является проводником тока и как обычный проводник отклоняется в магнитном поле в соответствии с законом Ампера.

Современность

Кратко изложим виды современного сварочного процесса.

Электрическая дуговая сварка.

На данный момент занимает лидирующую позицию среди прочих видов. Сегодня она самая распространенная, доступная и дешевая.

Электрошлаковая сварка.

Самый новейший процесс в области сварки крупногабаритных деталей, например, строительства судов, несущих конструкций, котлов, рельсов и пр. Основополагающий принцип этого вида сварки – электрический ток пропускается через шлак. Шлак образуется при расплавлении флюса, и он же является проводником электрического тока. Вследствие пропускания электрического тока через шлак выделяется теплота.

Существуют следующие виды электрошлаковой сварки:

  • тремя электродными проволоками;
  • электродами большого сечения.

Сущность электрошлаковой сварки

Контактная и прессовая сварка.

Контактная сварка является наиболее старой. Основатель – Уильям Томпсон. Первоначально она была распространена в США, после чего стала использоваться и в России. Это сопровождалось увеличением объема научно-исследовательской деятельности в данной области в России: открывались заводы и комбинаты «Оргаметалл» (ЦНИИТМАШ), «Электрик», «Институт электросварки им. Е.О. Патона», МВТУ им. Баумана, ВНИИЭСО и других.

  • Стыковую (соединение деталей по всей плоскости их касания путем нагрева);
  • Точечную (детали соединяются в одной или в нескольких точках одновременно);
  • Рельефную (элементы соединяются в одной/нескольких точках со специальными выступами-рельефами);
  • Шовную (соединение элементов швом).

Контактная сварка

Прессовая сварка или сварка давлением представляет собой соединение металлов без их расплавления (твердые поверхности), только с деформацией применением силы. Этот вид сварки пришел к нам прямиком из древности с ее холодной сваркой.

Газовая сварка и резка.

Газовая сварка представляет собой процесс расплавления металла с помощью специальных горелок, в которых сжигаются горючие газы. Первая газовая горелка изобретена во Франции в конце 19 века. Работала на смеси кислорода и водорода.

При резке металла происходит путем «сгорания» металла в струе кислорода.

Лучевые виды сварки.

Современные исследования ученых в области оптики, квантовой механики позволяют выделить совершенно новейшие виды лучевой сварки, основанной на энергии ионных и фотонных лучей. Выделяются следующие виды лучевой сварки:

  • Электронно-лучевая (источник теплоты — электронный луч; процесс сварки происходит в специальной установке: в вакуумных камерах);
  • Лазерная (источник теплоты – лазерный луч). Данный вид отличителен следующими чертами: экологическая безопасность, отсутствие механической обработки, высокая скорость сварки, значительной стоимостью лазерных установок.

Сварка лазером

  • Плазменная сварка (источник теплоты – струя из плазмы, то есть дуга, получаемая с помощью плазмотрона). Плазмотрон может быть прямого и косвенного действия.

Работа с алюминием

Угольными электродами соединяют даже алюминиевые изделия, которые традиционно считаются сложными для сваривания. Алюминий обладает малой плотностью, значительной теплопроводностью и стойкостью к коррозии.

Плавится этот металл при температуре 660 °C, к тому же он достаточно хорошо сочетается с кислородом, из-за чего покрывается плёнкой окиси алюминия (химическая формула – Al2O3).

Наличие такой плёнки, а также лёгкость образования трещинок и пор в металле шва – главные трудности, с которыми сталкиваются при сварке алюминия. Но применение угольных электродов позволяет справляться с ними.

Читать еще:  Из чего сделать электроды для точечной сварки?

В частности, именно такой способ используют для соединения алюминиевых шин в цехах электролиза. Сваривают шины традиционно встык на подкладке из графита или алюминия.

По бокам шин монтируют графитовые пластины с вырезами напротив шва. Данные вырезы дают возможность вывести конечную и начальную точку шва за границы рабочего сечения.

При сварке алюминиевых поверхностей угольной дуговой сваркой присадочным материалом служит проволока или пруток из того же металла. Для того чтобы окисная плёнка не мешала и не повлияла на результат, на кромки шва добавляют флюс марки АФ-4А, который представляет собой однородный мелкодисперсный порошок белого цвета.

Технология

Сварка медных проводов в домашних условиях возможна как на переменном, так и на постоянном токе. Его напряжение составляет 12-36 В. Обязательное требование — возможность регулировать ток. Подобным требованиям отвечает основная масса сварочных инверторов. Но наилучшим вариантом все равно остается специализированная модель, предназначенная для электриков.

Мощность такой аппаратуры для сварки медных проводов колеблется от 1 до 1,5 кВт. Мощность можно понизить до 30 или поднять до 120 А. Такая техника легче типового инвертора и относительно компактна. Края сварочных кабелей оборудуются особым держателем под угольные электроды. Впрочем, когда уже есть подходящий типовой инвертор, специальный аппарат покупать необязательно.

Заменить стандартный держатель электрода способен всякий мощный зажим, надо лишь изолировать ручки.

В некоторых случаях применяют точечную контактную сварку (продолжительностью не более 2 секунд). Соединение бытовых проводов возможно при помощи простого трансформатора мощностью 0,5 кВт. Напряжение на вторичной обмотке должно варьироваться от 12 до 36 В. Именно к этой обмотке подключают держатель для электрода и проводов. Опытным путем было выяснено такое оптимальное значение силы тока:

  • 2 жилы по 1,5 кв. мм – 70 А;
  • 3 жилы того же сечения — 80 А;
  • 3-жильный кабель на 2,5 кв. мм – от 90 до 100 А.

Подавать ток от 100 до 120 А нужно, чтобы сварить четырехжильный провод сечением 2,5 кв. мм. Но это правило работает не всегда. Каждый производитель может добавлять в продукцию свои особые примеси сообразно рецептуре. Это прямо влияет на теплопроводность и на электрические свойства материала. Точно подобрать параметры работы можно путем экспериментов с отрезами.

Изоляцию следует снимать осторожно. Жилы не должны быть повреждены. Перед скручиванием их стоит зачищать наждаком и снимать жир ацетоном. Торцам скруток следует придавать плоскую форму. Передержка дуги крайне вредна, она может привести к пережогу меди.

Сварку меди своими руками можно выполнять только на постоянном токе прямой полярности. Использование обратной полярности грозит не просто неустойчивым горением, но и быстрым исчерпанием ресурса графитового электрода. Важно: полярность сварочных машин проверяют всякий раз перед запуском. Часто перемагничивание обесценивает маркировку, сделанную на заводе. Рекомендуется применять для работы с медью угольные электроды.

Оптимальная длина электрода составляет от 0,12 до 0,15 м. Слишком длинная рабочая часть наращивает омическое сопротивление. Он перегреется и быстрее сгорит. Чтобы сэкономить время при перестановке электродов и сократить их нагрев рекомендуется затачивать эти инструменты. Сильно выгоревший или перегревшийся электрод не вытаскивают, просто разворачивают держатель.

Знатоки советуют использовать пару параллельно подсоединяемых держателей. В результате надежно предотвращается чрезмерный разогрев как самих держателей, так и электродов. Металл присадки — в идеале бронза БрОФ9-0,3. Несколько худших механических параметров можно достичь при помощи БрКМ2З-1, меди М1. Но БрКМ2З-1 отлично проявляет себя при приварке вспомогательных деталей и наваривании металла.

Иначе поступают при сварке свинца. Общее то, что нежелательно применять ток обратной полярности. Кромки зачищают до блестящего состояния. Ширина зачищаемой полосы — минимум 0,03 м от границ швов. Для двусторонней сварки изделий толщиной не более 0,01 м скосы можно и не делать.

С помощью угольных электродов можно выполнить сварку тонкого металла. Работать придется максимально быстро. Никаких норм для траекторий движения нет — что поможет ускорить работу, то и правильно. Чрезмерно нагревать тонкий металл нежелательно.

Требуется варить на малых токах и создавать короткую дугу.

Вот еще несколько рекомендаций:

  • заботиться об отводе тепла и использовании подкладок;
  • располагать листы без зазоров;
  • делать короткие прихватки через 0,07-0,1 м;
  • использовать струбцины и прочие приспособления.

О том, как сваривать угольным электродом, смотрите в следующем видео.

Описание процесса [ | ]

К электроду и свариваемому изделию для образования и поддержания электрической дуги от сварочного трансформатора (или сварочного агрегата, сварочного преобразователя, сварочного инвертора) подводится электроэнергия. При соприкосновении сварочного электрода и свариваемого изделия протекает сварочный ток. Под действием теплоты электрической дуги (до 7000°С) кромки свариваемых деталей и электродный металл расплавляются, образуя сварочную ванну, которая некоторое время находится в расплавленном состоянии. В сварочной ванне металл электрода смешивается с расплавленным металлом изделия (основным металлом), а расплавленный шлак всплывает на поверхность, образуя защитную плёнку. При затвердевании металла образуется сварное соединение. Энергия, необходимая для образования и поддержания электрической дуги, получается от специальных источников питания постоянного или переменного тока [3] .

Читать еще:  Электроды с основным покрытием что это такое?

В процессе электросварки могут быть использованы плавящиеся и неплавящиеся электроды. В первом случае формирование сварного шва происходит при расплавлении самого электрода, во втором случае — при расплавлении присадочной проволоки (прутков и т. п.), которую вводят непосредственно в сварочную ванну.

Для защиты от окисления металла сварного шва применяются защитные газы (аргон, гелий, углекислый газ и их смеси), подающиеся из сварочной головки в процессе электросварки.

Для повышения устойчивости электрической дуги в электроды могут вводиться легко ионизируемые элементы (калий, натрий, кальций) [4] ..

Различают электросварку переменным током и электросварку постоянным током. При сварке постоянным током шов получается с меньшим количеством брызг металла, поскольку нет перехода через ноль и смены полярности тока.

В аппаратах для электросварки постоянным током применяются выпрямители.

Возможно управление положением сварочной дуги при сварке постоянным током. Дуга является проводником тока и как обычный проводник отклоняется в магнитном поле в соответствии с законом Ампера.

Электродуговая сварка — основы технологии

Технологии работы с металлами улучшаются и заменяются лучшими вариантами. Ежедневно исследователи и ученые делают новые открытия в сфере работы с металлами, которые помогают использовать их в своих целях всё эффективнее. На сегодняшний день известно множество видов сварки, об одном из которых пойдет речь в следующей статье.

Сущность электродуговой сварки

Данный вид сварки предполагает возникновение электрической дуги между электродом и свариваемой деталью. Происходит преобразование электрической энергии в тепловую. Температура электрической дуги может составлять до 7000°С, а это – температура плавления всех известных на сегодняшний день металлов. Этот факт позволяет использовать электродуговую сварку эффективно в очень широком спектре возникающих ситуаций.

Такую сварку выполняют при наличии очень мощного источника тока, но при этом с невысоким напряжением. Ток от источника подается сразу в два места – на сварочный электрод и на саму заготовку. При их контакте и «рождается» электрическая дуга, благодаря которой происходит сваривание.

Под действием высочайших температур электродный металл и свариваемая деталь плавятся, образую, так называемую, сварочную ванну. Сварочная ванна – это область, где свариваемый металл достиг точки плавления и куда в результате соединяется присадочный материал. Внутри этой области электрод контактирует со свариваемым металлом, образуется шлак, который, поднимаясь на поверхность, образует защитную пленку. После всего процесса происходит затвердевание, образуется сварное соединение.

Для того, чтобы электрическая дуга стала устойчивее, эффективнее и не гасла, в состав электрода добавляются различные элементы, которые отличаются высоким уровнем ионизации – калий, натрий и т.д. А так же, для зашиты сварного шва от окисления, могут быть использованы различные газы – гелий, аргон, углекислый газ.

Свойства электрической дуги

Сварочная дуга – самый главный элемент всего процесса сварки. Она возникает в среде газов и, по сути, является электрическим разрядом. Сама дуга имеет электрическое поле и именно благодаря ему, в дуге способен перемещаться ток — постоянный пряой, постоянный обратный, либо же переменный.

Одной из самых важных характеристик электрической дуги является расстояние между двумя контактирующими электродами. Это расстояние между двумя электродами, по которому движется ток, называется дуговым диапазоном. Наличие тока в такой области возможно только благодаря наличию в этой цепи заряженных частиц, то есть, ионов и электронов.

Классификация электродуговой сварки

Классификация электродуговой сварки выполняется в зависимости от степени механизации процесса, рода тока и полярности, типа сварочной дуги и др.

При сварке могут быть использованы электроды двух типов:

  1. Плавящиеся – в таком случае создание сварного соединения выполняется за счет расплавления самого электрода.
  2. Неплавящиеся – в этом случае сварной шов образуется благодаря расплавлению вспомогательных элементов – проволки, прутков и др. Их вводят в саму сварочную ванну.

По степени механизации существуют:

  • Ручная электродуговая сварка. Процессы, необходимые для образования качественного сварного шва происходят вручную, без использования механизмов и специальных приборов.
  • Полуавтоматическая электродуговая сварка. В данном случае, процесс подачи электродной проволоки в сварочную ванну происходит с использованием механизмов, а остальные процессы происходят вручную.
  • Автоматическая электродуговая сварка. Противоположность ручной сварки, все процессы происходят автоматически с использование механизмов.

По типу дуги классифицируют:

  1. Дуга прямого действия. Дуга возникает при взаимодействии между электродом и металлом.
  2. Дуга косвенного действия. Дуга возникает между двумя электродами.

По роду тока классифицируют:

  • Дуга, питаемая постоянным током прямой полярности.
  • Дуга, питаемая током обратной полярности.
  • Дуга, питаемая переменным током.

Общая оценка статьи: Опубликовано: 2017.05.16

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Описание процесса [ править ]

К электроду и свариваемому изделию для образования и поддержания электрической дуги от сварочного трансформатора подводится электроэнергия. Под действием теплоты электрической дуги (до 7000°С) кромки свариваемых деталей и электродный металл расплавляются, образуя сварочную ванну, которая некоторое время находится в расплавленном состоянии. В сварочной ванне металл электрода смешивается с расплавленным металлом изделия (основным металлом), а расплавленный шлак всплывает на поверхность, образуя защитную плёнку. При затвердевании металла образуется сварное соединение. Энергия, необходимая для образования и поддержания электрической дуги, получается от специальных источников питания постоянного или переменного тока [2] .

В процессе электросварки могут быть использованы плавящиеся и неплавящиеся электроды. В первом случае формирование сварного шва происходит при расплавлении самого электрода, во втором случае — при расплавлении присадочной проволоки (прутков и т. п.), которую вводят непосредственно в сварочную ванну.

Читать еще:  Автоматическая аргонодуговая сварка неплавящимся электродом

Для защиты от окисления металла сварного шва применяются защитные газы (аргон, гелий, углекислый газ и их смеси), подающиеся из сварочной головки в процессе электросварки.

Для повышения устойчивости электрической дуги в электроды могут вводиться легко ионизируемые элементы (калий, натрий, кальций) [3] ..

Различают электросварку переменным током и электросварку постоянным током. При сварке постоянным током шов получается с меньшим количеством брызг металла, поскольку нет перехода через ноль и смены полярности тока.

В аппаратах для электросварки постоянным током применяются выпрямители.

Возможно управление положением сварочной дуги при сварке постоянным током. Дуга является таким же проводником тока как и обычный проводник, и отклоняется в магнитном поле в соответствии с законом Ампера.

Классификация

Классификация дуговой сварки производится в зависимости от степени механизации процесса, рода тока и полярности, типа сварочной дуги, свойств сварочного электрода, вида защиты зоны сварки от атмосферного воздуха и др.

По степени механизации различают:

  • ручную дуговую сварку
  • механизированную (полуавтоматическую) дуговую сварку
  • автоматическую дуговую сварку

Отнесение процессов к тому или иному способу зависит от того, как выполняются зажигание и поддержание определённой длины дуги, манипуляция электродом для придания шву нужной формы, перемещение электрода по линии наложения шва и прекращения процесса сварки.

При ручной дуговой сварке (ММА -Manual Metal Arc) указанные операции, необходимые для образования шва, выполняются человеком вручную без применения механизмов.

При механизированной (полуавтоматической) дуговой сварке (MIG/MAG -Metal Inert/Active Gas) плавящимся электродом автоматизируется подача электродной проволоки в сварочную зону, а остальные операции процесса сварки остаются ручными.

При автоматической дуговой сварке под флюсом механизируются операции по возбуждению дуги, поддержанию определённой длины дуги, перемещению дуги по линии наложения шва. Автоматическая сварка плавящимся электродом ведётся сварочной проволокой диаметром 1-6 мм; при этом режим сварки (ток, напряжение, скорость перемещения дуги и др.) более стабилен, что обеспечивает однородность качества шва по его длине, в то же время требуется большая точность в подготовке и сборке деталей под сварку.

По роду тока различают:

  • электрическая дуга, питаемая постоянным током прямой полярности (минус на электроде);
  • электрическая дуга, питаемая постоянным током обратной полярности (плюс на электроде);
  • электрическая дуга, питаемая переменным током.

По типу дуги различают:

  • дугу прямого действия (зависимую дугу);
  • дугу косвенного действия (независимую дугу).

В первом случае дуга горит между электродом и основным металлом, который также является частью сварочной цепи, и для сварки используется теплота, выделяемая в столбе дуги и на электродах; во втором — дуга горит между двумя электродами.

По свойствам сварочного электрода различают:

  • способы сварки плавящимся электродом;
  • способы сварки неплавящимся электродом (угольным, графитовым и вольфрамовым).

Сварка плавящимся электродом является самым распространённым способом сварки; при этом дуга горит между основным металлом и металлическим стержнем, подаваемым в зону сварки по мере плавления. Этот вид сварки можно производить одним или несколькими электродами. Если два электрода подсоединены к одному полюсу источника питания дуги, то такой метод называют двухэлектродной сваркой, а если больше — многоэлектродной сваркой пучком электродов. Если каждый из электродов получает независимое питание — сварку называют двухдуговой (многодуговой) сваркой. При дуговой сварке плавлением КПД дуги достигает 0,7-0,9.

По условиям наблюдения за процессом горения дуги различают:

  • открытую;
  • закрытую;
  • полуоткрытую дугу.

При открытой дуге визуальное наблюдение за процессом горения дуги производится через специальные защитные стёкла — светофильтры. Открытая дуга применяется при многих способах сварки: при ручной сварке металлическим и угольным электродом и сварке в защитных газах. Закрытая дуга располагается полностью в расплавленном флюсе — шлаке, основном металле и под гранулированным флюсом, и она невидима. Полуоткрытая дуга характерна тем, что одна её часть находится в основном металле и расплавленном флюсе, а другая над ним. Наблюдение за процессом производится через светофильтры. Используется при автоматической сварке алюминия по флюсу.

По роду защиты зоны сварки от окружающего воздуха различают:

  • дуговая сварка без защиты (голым электродом, электродом со стабилизирующим покрытием);
  • дуговая сварка со шлаковой защитой (толстопокрытыми электродами, под флюсом);
  • дуговая сварка со шлакогазовой защитой (толстопокрытыми электродами);
  • дуговая сварка с газовой защитой (в среде защитных газов) (MIG-MAG);
  • дуговая сварка с комбинированной защитой (газовая среда и покрытие или флюс).

Стабилизирующие покрытия представляют собой материалы, содержащие элементы, легко ионизирующие сварочную дугу. Наносятся тонким слоем на стержни электродов (тонкопокрытые электроды), предназначенных для ручной дуговой сварки.

Защитные покрытия представляют собой механическую смесь различных материалов, предназначенных ограждать расплавленный металл от воздействия воздуха, стабилизировать горение дуги, легировать и рафинировать металл шва.

Наибольшее применение имеют средне — и толстопокрытые сварочные электроды, предназначенные для ручной дуговой сварки и наплавки, изготовляемые в специальных цехах или на заводах.

В последнее время получает распространение плазменная сварка, где дуга между инертными неплавящимися электродами используется для высокотемпературного нагрева промежуточного носителя, например — водяного пара. Известна также сварка атомарным водородом, получаемым в дуге между вольфрамовыми электродами, и выделяющем тепло при рекомбинации в молекулы на свариваемых деталях.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector