Дуговая сварка

редактировать
Процесс плавления металла с использованием тепла электрической дуги

Дуговая сварка в газовой среде Файл: Мужчина, сваривающий металлическую конструкцию в недавно построенном доме в Бангалоре, Индия.webm Воспроизвести носитель Человек, сваривающий металлическую конструкцию в недавно построенном доме в Бангалоре, Индия

Дуговая сварка - это процесс сварки, который используется для соединения металла с металлом с использованием электричество для создания тепла, достаточного для плавления металла, а расплавленные металлы при охлаждении приводят к их связыванию. Это тип сварки, при котором используется источник питания для создания электрической дуги между металлической палкой («электрод ») и основным материалом для плавления. металлы в точке контакта. В аппаратах для дуговой сварки можно использовать постоянный (DC) или переменный (AC) ток, а также расходуемые или неплавящиеся электроды.

Зона сварки обычно защищена каким-либо защитным газом, паром или шлаком. Процессы дуговой сварки могут быть ручными, полуавтоматическими или полностью автоматизированными. Дуговая сварка, впервые разработанная в конце XIX века, стала коммерчески важной в судостроении во время Второй мировой войны. Сегодня это остается важным процессом изготовления стальных конструкций и транспортных средств.

Содержание

  • 1 Источники питания
  • 2 Методы использования расходуемых электродов
  • 3 Методы использования неизрасходованных электродов
  • 4 Проблемы с коррозией
  • 5 Вопросы безопасности
    • 5.1 Опасность нагрева, пожара и взрыва
    • 5.2 Повреждение глаз
    • 5.3 Вдыхание
    • 5.4 Помехи для кардиостимуляторов
  • 6 История
  • 7 См. Также
  • 8 Ссылки
    • 8.1 Примечания
    • 8.2 Источники
  • 9 Дополнительная литература
  • 10 Внешние ссылки

Источники питания

Сварочный аппарат с приводом от двигателя, способный выполнять сварку постоянным и переменным током. Дизельный сварочный генератор (электрический генератор слева), используемый в Индонезии.

Для подачи электрической энергии, необходимой для процессов дуговой сварки, можно использовать несколько различных источников питания. Наиболее распространенная классификация - это источники питания постоянного тока и постоянного напряжения. При дуговой сварке напряжение напрямую связано с длиной дуги, а сила тока связана с количеством подводимого тепла. Источники питания постоянного тока чаще всего используются для процессов ручной сварки, таких как дуговая сварка вольфрамовым электродом и дуговая сварка в среде защитного металла, поскольку они поддерживают относительно постоянный ток даже при изменении напряжения. Это важно, потому что при ручной сварке может быть трудно удерживать электрод идеально устойчивым, и в результате длина дуги и, следовательно, напряжение имеют тенденцию к колебаниям. Источники питания с постоянным напряжением поддерживают постоянное напряжение и изменяют ток, и, как следствие, чаще всего используются для автоматизированных сварочных процессов, таких как газовая дуговая сварка, дуговая сварка порошковой проволокой и сварка под флюсом. В этих процессах длина дуги поддерживается постоянной, поскольку любые колебания расстояния между проволокой и основным материалом быстро устраняются за счет большого изменения тока. Например, если проволока и основной материал подойдут слишком близко, ток будет быстро увеличиваться, что, в свою очередь, приведет к увеличению тепла и расплавлению кончика проволоки, возвращая его на исходное расстояние разделения.

Направление тока, используемого при дуговой сварке, также играет важную роль при сварке. В процессах с плавящимся электродом, таких как дуговая сварка в защитном металлическом корпусе и газовая дуговая сварка, обычно используется постоянный ток, но электрод может заряжаться как положительно, так и отрицательно. Как правило, положительно заряженный анод будет иметь более высокую концентрацию тепла (около 60%). «Обратите внимание, что для сварки штангой в целом чаще всего используется полярность DC +. Она обеспечивает хороший профиль шва с более высоким уровнем проплавления. Полярность DC- приводит к меньшему провару и более высокой скорости плавления электрода. Иногда она используется, например, на тонком листе металла, чтобы предотвратить прожог ». «За некоторыми исключениями, положительный электрод (обратная полярность) приводит к более глубокому проникновению. Отрицательный электрод (прямая полярность) приводит к более быстрому оплавлению электрода и, следовательно, более высокой скорости осаждения». В процессах с использованием неплавящихся электродов, таких как сварка газовой вольфрамовой дугой, можно использовать как постоянный ток (DC), так и переменный ток (AC). Однако при постоянном токе, поскольку электрод создает только дугу и не обеспечивает присадочный материал, положительно заряженный электрод вызывает неглубокие сварные швы, а отрицательно заряженный электрод - более глубокие сварные швы. Между ними быстро проходит переменный ток, что приводит к сварным швам со средней проплавкой. Один из недостатков переменного тока, тот факт, что дуга должна повторно зажигаться после каждого перехода через ноль, был устранен с помощью изобретения специальных блоков питания, которые создают прямоугольную диаграмму вместо нормального синуса. волна, устраняющая время низкого напряжения после пересечения нуля и сводя к минимуму последствия проблемы.

Рабочий цикл - это спецификация сварочного оборудования, которая определяет количество минут в течение 10-минутного периода в течение который может безопасно использоваться данным аппаратом для дуговой сварки. Например, сварщик на 80 А с рабочим циклом 60% должен находиться в состоянии «отдыха» не менее 4 минут после 6 минут непрерывной сварки. Несоблюдение ограничений рабочего цикла может привести к повреждению сварщика. Сварщики промышленного или профессионального уровня обычно имеют 100% рабочий цикл.

Методы сварки плавящимся электродом

Дуговая сварка металлическим экраном

Одним из наиболее распространенных видов дуговой сварки является дуговая сварка металлическим электродом (SMAW), также известная как ручная сварка металла. дуговая сварка (MMAW) или сварка стержнем. Электрический ток используется для зажигания дуги между основным материалом и стержнем или стержнем расходуемого электрода. Электродный стержень изготовлен из материала, совместимого с основным свариваемым материалом, и покрыт флюсом, который выделяет пары, которые служат в качестве защитного газа и образуют слой шлака, которые защищают зону сварки от атмосферного загрязнения.. Сам сердечник электрода действует как наполнитель, поэтому отдельный наполнитель не нужен. Этот процесс очень универсален, требует небольшого обучения операторов и недорогого оборудования. Однако время сварки довольно велико, поскольку расходные электроды необходимо часто заменять, а шлак, остатки флюса, необходимо удалять после сварки. Кроме того, процесс обычно ограничивается сваркой черных металлов, хотя специальные электроды сделали возможной сварку чугуна, никеля, алюминия, меди. и другие металлы. Универсальность этого метода делает его популярным в ряде приложений, включая ремонтные работы и строительство.

Дуговая сварка металлическим электродом в газовой среде (GMAW), обычно называемая MIG (для металла / инертного газа), представляет собой полуавтоматический или автоматический процесс сварки с непрерывно подаваемой расходной проволокой, действующей как электрод и присадочный металл, вместе с инертным или полуинертным защитным газом, обтекаемым вокруг проволоки для защиты места сварки от загрязнения. Источник постоянного напряжения постоянного тока чаще всего используется с GMAW, но также используется постоянный ток переменный ток. Благодаря непрерывной подаче присадочных электродов GMAW обеспечивает относительно высокие скорости сварки; однако более сложное оборудование снижает удобство и универсальность по сравнению с процессом SMAW. Первоначально разработанный для сварки алюминия и других цветных металлов в 1940-х годах, GMAW вскоре был экономически применен для стали. Сегодня GMAW широко используется в таких отраслях, как автомобильная промышленность из-за его качества, универсальности и скорости. Из-за необходимости поддерживать стабильный кожух защитного газа вокруг места сварки может быть проблематичным использование процесса GMAW в областях с сильным движением воздуха, например на открытом воздухе.

Дуговая сварка порошковой проволокой (FCAW) представляет собой разновидность метода GMAW. Проволока FCAW представляет собой тонкую металлическую трубку, заполненную порошкообразным флюсом. Иногда используется защитный газ, подаваемый извне, но часто сам флюс используется для создания необходимой защиты от атмосферы. Этот процесс широко используется в строительстве из-за высокой скорости сварки и портативности.

Дуговая сварка под флюсом (SAW) - это высокопроизводительный сварочный процесс, при котором дуга зажигается под покровным слоем гранулированного флюса. Это увеличивает качество дуги, поскольку загрязняющие вещества в атмосфере блокируются флюсом. Шлак, образующийся на сварном шве, обычно снимается сам по себе, и в сочетании с использованием непрерывной подачи проволоки скорость наплавки высока. Рабочие условия значительно улучшаются по сравнению с другими процессами дуговой сварки, поскольку флюс скрывает дугу и не образуется дыма. Этот процесс обычно используется в промышленности, особенно для крупногабаритных изделий. Поскольку дуга не видна, она обычно автоматизирована. Пила возможна только в положениях 1F (плоская кромка), 2F (горизонтальная кромка) и 1G (плоская канавка).

Методы сварки неплавящимся электродом

Дуговая сварка вольфрамовым электродом (GTAW) или сварка вольфрамовым электродом в инертном газе (TIG) - это процесс ручной сварки, в котором используется неплавящийся электрод, изготовленный из вольфрам, смесь инертных или полуинертных газов и отдельный наполнитель. Этот метод, особенно полезный для сварки тонких материалов, характеризуется стабильной дугой и высококачественными сварными швами, но требует значительных навыков оператора и может выполняться только на относительно низких скоростях. Его можно использовать практически для всех свариваемых металлов, хотя чаще всего его применяют для нержавеющей стали и легких металлов. Он часто используется, когда качество сварных швов чрезвычайно важно, например, в велосипеде, в самолетах и ​​на море.

В родственном процессе плазменная сварка также используется вольфрамовый электрод, но для создания дуги используется плазменный газ. Дуга более концентрированная, чем дуга GTAW, что делает поперечный контроль более критичным и, таким образом, в целом ограничивает технику механизированным процессом. Благодаря стабильному току, этот метод может использоваться для материалов более широкого диапазона толщин, чем процесс GTAW, и он намного быстрее. Его можно применять ко всем тем же материалам, что и GTAW, за исключением магния ; Автоматическая сварка нержавеющей стали - одно из важных применений этого процесса. Разновидностью процесса является плазменная резка, эффективный процесс резки стали.

Другие процессы дуговой сварки включают атомарно-водородную сварку, углеродную дуговую сварку, электрошлаковую сварку. сварка, электрогазовая сварка и дуговая сварка шпилек.

Проблемы коррозии

Некоторые материалы, особенно высокопрочные стали, алюминий и титановые сплавы, восприимчивы к водородное охрупчивание. Если электроды, используемые для сварки, содержат следы влаги, вода разлагается под действием тепла дуги и выделяющийся водород попадает в решетку материала, вызывая его хрупкость. Электроды для таких материалов со специальным низководородным покрытием поставляются в герметичной влагонепроницаемой упаковке. Новые электроды можно использовать прямо из банки, но при подозрении на поглощение влаги их необходимо высушить путем запекания (обычно при температуре от 450 до 550 ° C или от 840 до 1020 ° F) в сушильном шкафу. Используемый флюс также должен быть сухим.

Некоторые аустенитные нержавеющие стали и сплавы на основе никеля являются склонны к межкристаллитной коррозии. При длительном воздействии температур около 700 ° C (1300 ° F) хром реагирует с углеродом в материале, образуя карбид хрома и истощая кромки кристаллов хрома, ухудшающие их коррозионную стойкость в процессе, называемом сенсибилизацией. Такая сенсибилизированная сталь подвергается коррозии в областях вблизи сварных швов, где температура и время были благоприятными для образования карбида. Этот вид коррозии часто называют распадом сварного шва.

Knifeline attack (KLA) - это еще один вид коррозии, влияющей на сварные швы, ударные по стали, стабилизированной ниобием. Ниобий и карбид ниобия растворяются в стали при очень высоких температурах. При некоторых режимах охлаждения карбид ниобия не осаждается, и тогда сталь ведет себя как нестабилизированная сталь, вместо этого образуя карбид хрома. Это затрагивает только тонкую зону шириной несколько миллиметров в непосредственной близости от сварного шва, что затрудняет обнаружение и увеличивает скорость коррозии. Конструкции из таких сталей должны быть нагреты в целом до примерно 1000 ° C (1830 ° F), когда карбид хрома растворяется и образуется карбид ниобия. Скорость охлаждения после этой обработки не имеет значения.

Неправильно выбранный присадочный металл (материал электрода) для условий окружающей среды может также сделать их коррозионно-чувствительными. Также существуют проблемы гальванической коррозии, если состав электрода достаточно отличается от свариваемых материалов или сами материалы не похожи друг на друга. Даже между разными марками нержавеющих сталей на никелевой основе коррозия сварных соединений может быть серьезной, несмотря на то, что они редко подвергаются гальванической коррозии при механическом соединении.

Проблемы безопасности

Контрольный список безопасности сварки

Сварка может быть опасной и вредной для здоровья занятием без надлежащих мер предосторожности; однако при использовании новых технологий и надлежащей защиты риск травм или смерти, связанных со сваркой, может быть значительно снижен.

Опасность нагрева, пожара и взрыва

Поскольку многие обычные сварочные процедуры включают в себя открытую электрическую дугу или пламя, риск ожогов от тепла и искр является значительным. Чтобы предотвратить их, сварщики носят защитную одежду в виде тяжелых кожаных перчаток и защитных курток с длинными рукавами, чтобы избежать воздействия сильной жары., пламя и искры. Использование сжатых газов и пламени во многих сварочных процессах также создает опасность взрыва и пожара; некоторые общие меры предосторожности включают ограничение количества кислорода в воздухе и удаление горючих материалов от рабочего места.

Повреждение глаз

Сварочный кожух с автоматическим затемнением с картриджем 90 × 110 мм и 3,78 × 1,85 в зоне обзора

Воздействие яркости области сварного шва приводит к состоянию, называемому дуговым глазком, при котором ультрафиолетовый свет вызывает воспаление роговицы и может вызвать ожог сетчатки глаз. Сварочные очки и шлемы с темными лицевыми пластинами - намного темнее, чем очки в солнцезащитных очках или кислородно-топливных очках - во избежание этого носят контакт. В последние годы были выпущены новые модели шлемов с лицевой панелью, автоматически затемняющейся электронным способом. Чтобы защитить посторонних, зону сварки часто окружают прозрачные сварочные завесы. Эти завесы, сделанные из поливинилхлоридной пластиковой пленки, защищают находящихся поблизости рабочих от воздействия ультрафиолетового излучения электрической дуги.

Вдыхаемый материал

Сварщики также часто подвергаются воздействию опасным газам и твердым частицам. Процессы наподобие порошковой При дуговой сварке и дуговой сварке в среде защитного металла образуется дым, содержащий частицы различных типов оксидов. Размер рассматриваемых частиц имеет тенденцию влиять на токсичность дыма, при этом более мелкие частицы представляют большую опасность. Кроме того, многие процессы производят различные газы (чаще всего диоксид углерода и озон, но также и другие), которые могут оказаться опасными при недостаточной вентиляции.

Помехи для кардиостимуляторов

Было обнаружено, что некоторые сварочные аппараты, в которых используется высокочастотный компонент переменного тока, влияют на работу кардиостимуляторов в пределах 2 метров от блока питания и 1 метра от места сварки.

История

Николай Бенардос

Хотя примеры кузнечной сварки восходят к бронзовому веку и железному веку, дуговая сварка не вошли в практику намного позже.

В 1800 Хэмфри Дэви открыл короткие импульсные электрические дуги. Самостоятельно русский физик Василий Петров открыл непрерывную электрическую дугу в 1802 году и впоследствии предложил ее возможные практические применения, включая сварку. Впервые дуговая сварка была разработана, когда Николай Бенардос представил дуговую сварку металлов угольным электродом на Международной выставке электричества в Париже в 1881 году, которая была запатентована вместе с Станиславом Ольшевским. в 1887 году. В том же году французский изобретатель-электрик Огюст де Меритен также изобрел метод дуговой сварки угольным газом, запатентованный в 1881 году, который успешно применялся для сварки свинца в производство свинцово-кислотных аккумуляторов. Успехи в дуговой сварке продолжились с изобретением металлических электродов в конце 19 века русским Николаем Славяновым (1888 г.) и американцем К. Л. Коффин. Примерно в 1900 г. А. П. Штроменгер выпустил в Великобритании металлический электрод с покрытием, который давал более стабильную дугу. В 1905 году русский ученый Владимир Миткевич предложил использовать для сварки трехфазную электрическую дугу. В 1919 году CJ Holslag изобрел сварку на переменном токе, но она не стала популярной в течение следующего десятилетия.

Были разработаны конкурирующие сварочные процессы, такие как контактная сварка и кислородно-топливная сварка в это время тоже; но оба, особенно последний, столкнулись с жесткой конкуренцией со стороны дуговой сварки, особенно после того, как продолжалась разработка металлического покрытия (известного как флюс ) для электрода, чтобы стабилизировать дугу и защитить основной материал от примесей.

Молодая женщина дуговой сваркой на заводе по производству боеприпасов в Австралии в 1943 году.

Во время Первой мировой войны сварка начала использоваться в судостроении в Великобритании вместо клепаные стальные пластины. Американцы также стали более восприимчивыми к новой технологии, когда процесс позволил им быстро ремонтировать свои корабли после немецкой атаки в гавани Нью-Йорка в начале войны. Впервые дуговая сварка была применена к самолетам во время войны, и фюзеляжи некоторых немецких самолетов были построены с использованием этого процесса. В 1919 году британский кораблестроитель Каммелл Лэрд приступил к постройке торгового судна «Фуллагар» с цельносварным корпусом; она была запущена в 1921 году.

В 1920-е годы в технологии сварки были достигнуты большие успехи, включая введение в 1920 году автоматической сварки, при которой электродная проволока подавалась непрерывно. Защитный газ стал предметом пристального внимания, поскольку ученые пытались защитить сварные швы от воздействия кислорода и азота в атмосфере. Пористость и хрупкость были основными проблемами, и разработанные решения включали использование водорода, аргона и гелия как сварочная атмосфера. В течение следующего десятилетия дальнейшие успехи позволили сварку химически активных металлов, таких как алюминий и магний. Это, в сочетании с разработками в области автоматической сварки, переменного тока и флюсов, привело к значительному развитию дуговой сварки в течение 1930-х годов, а затем во время Второй мировой войны.

В середине века было изобретено много новых методов сварки.. Сварка под флюсом была изобретена в 1930 году и продолжает оставаться популярной сегодня. В 1932 году россиянин Константин Хренов успешно осуществил первую подводную электродуговую сварку. Дуговая сварка вольфрамовым электродом после десятилетий развития была окончательно доведена до совершенства в 1941 году, а в 1948 году последовала дуговая сварка металлическим металлом, которая позволила быстро сваривать цветные металлы материалы, но требующие дорогих защитных газов. Благодаря использованию расходуемого электрода и атмосферы двуокиси углерода в качестве защитного газа он быстро стал самым популярным процессом дуговой сварки металла. В 1957 году дебютировал процесс дуговой сварки порошковой проволокой, в котором самозащитный проволочный электрод можно было использовать с автоматическим оборудованием, что привело к значительному увеличению скорости сварки. В том же году была изобретена плазменная сварка . Электрошлаковая сварка была выпущена в 1958 году, за ней последовала ее кузина, электрогазовая сварка, в 1961 году.

См. Также

Ссылки

Примечания

Источники

  • Кэри, Ховард Б.; Хелзер, Скотт С. (2005), Современные сварочные технологии, Верхняя Сэдл-Ривер, Нью-Джерси: Pearson Education, ISBN 978-0-13-113029-6
  • Калпакджан, Сероп; Шмид, Стивен Р. (2001), Производство и технология, Прентис-Холл, ISBN 978-0-201-36131-5
  • Lincoln Electric (1994), Справочник по дуговой сварке, Кливленд, Огайо: Lincoln Electric, ISBN 978-99949-25-82-7
  • Weman, Klas (2003), Справочник по процессам сварки, Нью-Йорк: CRC Press, ISBN 978-0-8493-1773-6

Дополнительная литература

  • ASM International (общество) (2003). Тенденции исследований в области сварки. Парк материалов, Огайо : ASM International. ISBN 0-87170-780-2
  • Блант, Джейн и Найджел С. Балчин (2002). Здоровье и безопасность при сварке и родственных процессах. Кембридж : Вудхед. ISBN 1-85573-538-5.
  • Хикс, Джон (1999). Сварные соединения конструкции. Нью-Йорк : Industrial Press. ISBN 0-8311-3130-6.

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-11 23:47:24
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте