تطوير اللحام بالقوس الكهربائي

تاريخ اللحام بالقوس

أول تطبيق عملي قوس قزح في اللحام الكهربائي للمعادن تم الحصول عليها فقط في عام 1882 ، عندما أنشأ N.N. Benardos في سانت بطرسبرغ «طريقة ربط المعادن وفصلها عن طريق العمل المباشر للتيار الكهربائي» ، والتي أطلق عليها اسم «electrohephaestus».

وفقًا لاستنتاج الأكاديميين N. ينتج الفحم عملاً مشابهًا لما ينتج عن لهب موقد اللحام عند تسخين المعدن وصهره. يتم إدخال كربون خاص أو قطب كهربائي موصل آخر في الحامل ويتم دعم القوس باليد.

في عام 1888 - 1890 ، تم تحسين طريقة استخدام حرارة القوس الكهربائي لمعادن اللحام بواسطة مهندس التعدين N.G.سلافيانوف ، الذي استبدل قطب الكربون بشكل حصري بآخر معدني وطور جهازًا شبه آلي لتزويد قطب كهربائي معدني أثناء احتراق القوس وصيانته ، والذي أطلق عليه اسم "صهر".

جوهر الطرق لحام القوس الكهربائي، الذي تم إنشاؤه نتيجة لعمل المهندسين والمخترعين الموهوبين N. المنتج بحرارته ويذوب القطب الكهربائي المزود بمنطقة لهب القوس - مادة حشو ، على شكل قطرات من المعدن المنصهر ، تملأ الوصلة والصمامات بالمعدن الأساسي للمنتج. في هذه الحالة ، يتم تنظيم إجمالي توليد الحرارة للقوس عن طريق اختيار الوضع المناسب ، والذي يكون المعلمة الرئيسية له هي التيار.

في التطبيق العملي ، تم إجراء العديد من التحسينات التي يتم إجراؤها في الأساليب ، والتي لا تغير جوهر العمليات ، ولكنها تزيد من قيمتها العملية. يتماشى تطوير طرق اللحام التي تم إنشاؤها مع تطوير قواعد الطاقة لتكنولوجيا اللحام في اتجاه تحسين جودة وإنتاجية اللحام.

الشروط الرئيسية التي ساهمت في هذا التطور كانت:

• ضمان التشغيل المستقر للقوس ؛

• الحصول على جودة وقوة الاتصال المناسبة.

تم استيفاء الشرط الأول من خلال إنشاء مصادر طاقة بخصائص تحددها خصائص القوس الكهربائي تحت ظروف اللحام.

يتميز القوس ، باعتباره المصدر الرئيسي للتدفئة ومستهلكًا للطاقة أثناء اللحام ، بالحمل الديناميكي ، حيث تظهر تغيرات حادة في النظام الكهربائي في دائرة القوس على فترات زمنية تقاس بأجزاء من الثانية.

يؤدي انصهار القطب الكهربائي ونقل المعدن من القطب إلى قطعة الشغل إلى تقلبات حادة في طول القوس ودوائر قصيرة متكررة لمصدر طاقة القوس (حتى 30 مرة في الثانية) على فترات قصيرة جدًا. في هذه الحالة ، لا يظل التيار والجهد ثابتًا ، ولكن لهما تغييرات فورية من قيمة معينة إلى قيمة قصوى والعكس صحيح.

هذه التغييرات المفاجئة في الحمل تزعج حالة التوازن لنظام القوس الكهربائي - المصدر الحالي... لكي يحترق القوس لفترة طويلة عند قيمة معينة للتيار ، دون أن ينطفئ ولا يتحول إلى أشكال أخرى من التفريغ الكهربائي ، من الضروري أن يتفاعل مصدر التيار الذي يزود القوس بسرعة مع التغيرات التي تحدث في وضع القوس ويضمن تشغيله المستقر.

في وقت مبكر من تطوير هندسة اللحام الكهربائي ، تم ذلك بمساعدة مقاومات الصابورة المدمجة للحد من التيار وتهدئة القوس بالتتابع في الدائرة الرئيسية للآلات الكهربائية. بعد ذلك ، يتم إنشاء مصادر طاقة خاصة بخصائص السقوط وقصور ذاتي مغناطيسي منخفض ، والتي تلبي تمامًا المتطلبات الناشئة عن خصائص قوس اللحام.

بالتوازي مع تطور هندسة اللحام الكهربائي ، يتم إجراء دراسات تسمح بتحديد المعلمات الرئيسية للخصائص الثابتة للقوس في ظروف اللحام ودراسة الظروف المثلى والمعايير الكهربائية الرئيسية لمصادر الطاقة وتأثيرها على استقرار واستمرارية حرق القوس أثناء اللحام.

في الفترة التالية ، بناءً على بحث إحصائيات وديناميكيات العملية في آلات اللحام الكهربائية ، تم تطوير تصنيف لأنظمة وآلات اللحام وتم إنشاء نظرية عامة موحدة لآلات اللحام.

خصائص عملية اللحام بالقوس الكهربائي

تعتبر عملية اللحام بالقوس الكهربائي معقدة للغاية من الظواهر الفيزيائية والكيميائية والكهربائية التي تحدث بشكل مستمر في جميع المراحل في فترات زمنية قصيرة للغاية. بالمقارنة مع العمليات المعدنية التقليدية لصهر المعادن ، تختلف عملية اللحام:

• حجم صغير من الحمام مع المعدن المنصهر.

• درجات حرارة عالية للتسخين المعدني ، والتي تؤدي عند السرعات العالية والتدفئة المحلية إلى درجات حرارة عالية:

• اتصال لا ينفصل بين المعدن المطبق والمعدن الأساسي ، وهذا الأخير هو ، كما كان ، شكلاً للأول.

وبالتالي ، فإن المعدن المسخن والمصهور في حوض لحام صغير الحجم محاط بكتلة كبيرة من المعدن الأساسي ذي درجة الحرارة المنخفضة. يحدد هذا الظرف ، بالطبع ، المعدلات العالية لتسخين وتبريد المعدن ، ونتيجة لذلك ، يحدد طبيعة واتجاه التفاعلات التي تحدث في حوض اللحام.

بالمرور عبر فجوة القوس ، يتعرض المعدن الإضافي المنصهر لجو القوس عند درجات حرارة عالية جدًا ، مما يؤدي إلى أكسدة المعدن وامتصاص الغازات منه ، ويلاحظ تنشيط الغازات الخاملة (النيتروجين بشكل أساسي) في القوس ، نشاطه لا يكاد يذكر في العمليات المعدنية التقليدية.

يتعرض المعدن المنصهر في حوض اللحام أيضًا لجو قوسي ، حيث تحدث تفاعلات فيزيائية كيميائية بين المعدن وشوائبه والغازات التي تمتصها. نتيجة لهذه الظواهر ، يحتوي معدن اللحام المترسب على نسبة متزايدة من الأكسجين والنيتروجين ، مما يقلل ، كما هو معروف ، من الخصائص الميكانيكية للمعدن.

عندما يمر المعدن في قوس ويبقى في حالة منصهرة في مكان الشوائب في الحديد ، وكذلك يحترق إضافات السبائك ، مما يؤدي أيضًا إلى تدهور الخواص الميكانيكية للمعدن. يمكن أن تؤدي الغازات المتكونة أثناء احتراق الشوائب ، وكذلك الغازات المذابة في المعدن أثناء تصلب المعدن المنصهر ، إلى تكوين فراغات ومسام في المعدن المترسب.

وبالتالي ، فإن العمليات التي تحدث أثناء اللحام تجعل من الصعب الحصول على معدن لحام عالي الجودة. اتضح أن هذه الصعوبات كانت تجعل من المستحيل الحصول على لحام بخصائص قريبة من خصائص معدن اللحام ، وهو المؤشر الرئيسي لجودة اللحام ، دون اتخاذ تدابير خاصة.

تحسين تكنولوجيا اللحام بالقوس الكهربائي

كان المقياس الرئيسي الذي زاد من جودة وقوة الوصلات المعدنية في طرق اللحام القوسي الحالية هو استخدام الطلاءات الخاصة - الطلاءات على الأقطاب الكهربائية.

في الفترة الأولى ، كانت وظيفة هذه الطلاءات هي تسهيل الاشتعال وزيادة ثبات القوس بسبب تأثيرها المؤين. في وقت لاحق ، مع تطوير طبقات سميكة أو عالية الجودة ، تتمثل وظيفتها ، بالإضافة إلى زيادة ثبات القوس ، في تحسين التركيب الكيميائي وهيكل المعدن المترسب ، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في جودة اللحام لاحظ.

لقد أتاح تطوير الطلاءات الخاصة على الأقطاب الكهربائية في السنوات الأخيرة انتشار استخدام الطرق الأساسية للحام وقطع المعادن تحت الماء. في هذه الحالة ، يكون الغرض من الطلاء على الأقطاب الكهربائية أيضًا (بسبب احتراقها أبطأ من القطب الكهربي) هو الحفاظ على درع واقٍ حول القوس وتشكيل فقاعة يحترق فيها القوس بالغازات المنبعثة عند احتراق الطلاء .

بالتزامن مع تحسين جودة الاتصال الملحوم ، لوحظ زيادة في إنتاجية اللحام ، والتي يتم تحقيقها في اللحام اليدوي عن طريق زيادة قوة قوس اللحام مع زيادة متزامنة في قطر القطب المعدني. أدت الزيادة الكبيرة في الطاقة وزيادة حجم الأقطاب الكهربائية إلى استبدال اللحام اليدوي بآلي.

كانت أكبر الصعوبات في اللحام الأوتوماتيكي ناتجة عن قضية طلاء الأقطاب الكهربائية ، والتي بدونها يكاد يكون من المستحيل تقريبًا اللحام عالي الجودة وفقًا للمتطلبات الحديثة.

كان الحل الناجح هو تغذية طلاء التدفق الحبيبي المسحوق ليس بالقطب الكهربي ، ولكن للمعدن الأساسي.في هذه الحالة ، يحترق القوس تحت طبقة من التدفق ، وبفضل ذلك يتم استخدام حرارة القوس بشكل أكثر كفاءة ، ويتم حماية التماس من التعرض للهواء. كانت هذه الإضافة بمثابة تحسين لعملية اللحام الكهربائي المعدني الأساسية التي زادت بشكل كبير من الإنتاجية وحسنت جودة اللحام.

إن القدرة على التحكم في الحالة الحرارية للمعادن المراد ربطها باستخدام مصادر الطاقة الحديثة لقوس اللحام تجعل من الممكن تحقيق جميع الأشكال الانتقالية لعملية الربط من البلاستيك إلى الحالة السائلة المنصهرة للمواد. يفتح هذا الظرف إمكانيات جديدة لربط ليس فقط المعادن المختلفة ، ولكن أيضًا المواد غير المعدنية ببعضها البعض.

مع تحسين عمليات اللحام التكنولوجي ، تزداد قوة وموثوقية الهياكل الملحومة. في الفترة الأولى ، عندما كانت عملية اللحام تتم يدويًا بشكل حصري ، تم استخدام لحام القوس الكهربائي في جميع أنواع أعمال الترميم والإصلاح.

لا يمكن إنكار أهمية اللحام بالقوس الكهربائي كواحدة من العمليات التكنولوجية الرئيسية والمتقدمة في الوقت الحالي. أثبتت تجربة استخدام اللحام في مختلف الصناعات بوضوح أن طريقة تشغيل المعادن هذه لا تسمح فقط بتوفير المعادن (25-50٪) ، ولكن أيضًا تسريع إنتاج أعمال جميع أنواع الهياكل المعدنية بشكل كبير.

إن تطوير الميكنة والأتمتة للعملية ، التي تهدف إلى زيادة مستمرة في الإنتاجية ، جنبًا إلى جنب مع زيادة مطردة في جودة وقوة اللحام ، يوسع نطاق تطبيقه.يعتبر اللحام بالقوس الكهربائي حاليًا العملية التكنولوجية الرائدة في إنتاج جميع أنواع الهياكل المعدنية التي تعمل تحت أحمال ثابتة وديناميكية في درجات حرارة منخفضة وعالية.

مقالات أخرى مثيرة للاهتمام ومفيدة حول اللحام الكهربائي:

الغازات الواقية للحام

ماكينات اللحام العاكس

مزايا وعيوب أنواع اللحام المختلفة

اللحام بالموجات فوق الصوتية

لحام الانفجار - ما هو وكيف يتم استخدامه