Développement du soudage à l'arc électrique
Histoire du soudage à l'arc
Première application pratique un arc-en-ciel en soudage électrique des métaux obtenu seulement en 1882, lorsque N.N. Benardos créa à Saint-Pétersbourg «Méthode d'assemblage et de séparation des métaux par action directe du courant électrique», qu'il appela «électrohephaestus».
Selon la conclusion des académiciens N. S. Kurnakov, O. D. Khvolson et d'autres, l'essence de cette méthode est que l'objet traité est connecté à un, et le charbon à l'autre pôle de la source électrique et l'arc de tension formé entre l'objet traité et le charbon produit une action similaire à celle produite par la flamme d'un chalumeau lorsque le métal est chauffé et fondu. Un charbon spécial ou une autre électrode conductrice est insérée dans le support et l'arc est soutenu à la main.
En 1888 - 1890, la méthode d'utilisation de la chaleur d'un arc électrique pour le soudage des métaux a été améliorée par l'ingénieur des mines N.G.Slavyanov, qui a remplacé l'électrode de carbone exclusivement par une électrode métallique et a développé un dispositif semi-automatique pour alimenter une électrode métallique pendant sa combustion et maintenir l'arc, qu'il a appelé un "fondeur".
L'essence des voies soudage à l'arc électrique, créé à la suite du travail des talentueux ingénieurs-inventeurs N.N. Benardos et N.G. Slavyanov, reste inchangé à ce jour et peut être caractérisé comme suit : l'arc électrique formé entre l'électrode et les parties connectées du produit fait fondre le matériau de base de le produit avec sa chaleur et fait fondre l'électrode fournie à la zone de flamme d'arc - un matériau de remplissage qui, sous la forme de gouttes de métal en fusion, remplit la jonction et fusionne avec le métal de base du produit. Dans ce cas, la génération de chaleur totale de l'arc est régulée en choisissant un mode approprié, dont le paramètre principal est le courant.
Dans l'application pratique, de nombreuses améliorations ont été apportées et sont apportées aux méthodes, qui ne changent pas l'essence des processus, mais augmentent leur valeur pratique. Le développement des méthodes de soudage créées va de pair avec le développement des bases énergétiques de la technologie de soudage dans le sens de l'amélioration de la qualité et de la productivité du soudage.
Les principales conditions qui ont contribué à ce développement sont :
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assurer un fonctionnement stable de l'arc ;
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obtenir une qualité et une résistance appropriées de la connexion.
La première condition a été remplie en créant des sources d'énergie dont les caractéristiques sont déterminées par les propriétés d'un arc électrique dans des conditions de soudage.
L'arc, en tant que principale source d'échauffement et consommateur d'énergie pendant le soudage, se caractérise par une charge dynamique dans laquelle, à des intervalles de temps mesurés en centièmes de seconde, des changements brusques du régime électrique apparaissent dans le circuit de l'arc.
La fusion de l'électrode et le transfert du métal de l'électrode à la pièce provoquent de fortes fluctuations de la longueur de l'arc et des courts-circuits répétés de la source d'alimentation de l'arc (jusqu'à 30 fois par seconde) à des intervalles très courts. Dans ce cas, le courant et la tension ne restent pas constants, mais changent instantanément d'une certaine valeur à un maximum et vice versa.
De tels changements soudains de charge perturbent l'état d'équilibre du système à arc électrique - source actuelle… Pour que l'arc brûle longtemps à une certaine valeur du courant, sans s'éteindre et sans se transformer en d'autres formes de décharge électrique, il est nécessaire que la source de courant alimentant l'arc réagisse rapidement aux changements survenant dans le mode de l'arc et assure son fonctionnement stable.
Au début du développement de l'ingénierie du soudage électrique, cela a été fait à l'aide de résistances de ballast incorporées pour limiter le courant et calmer séquentiellement l'arc dans le circuit principal des machines électriques. Par la suite, des sources d'alimentation spéciales avec des caractéristiques de chute et une faible inertie magnétique sont créées, qui répondent pleinement aux exigences découlant des propriétés de l'arc de soudage.
Parallèlement au développement de l'ingénierie du soudage électrique, des études sont menées qui permettent d'établir les principaux paramètres des caractéristiques statiques de l'arc dans les conditions de soudage et d'étudier les conditions optimales et les principaux paramètres électriques des sources d'énergie et leur influence sur la stabilité et la continuité de la combustion de l'arc pendant le soudage.
Au cours de la période suivante, basée sur la recherche de la statique et de la dynamique du processus dans les machines de soudage électriques, une classification des systèmes et appareils de soudage a été développée et une théorie généralisée unifiée des machines de soudage a été créée.
Caractéristiques du procédé de soudage à l'arc
Le processus de soudage à l'arc électrique est un complexe très complexe de phénomènes physiques, chimiques et électriques qui se produisent en continu à toutes les étapes dans des périodes de temps extrêmement courtes. Par rapport aux procédés métallurgiques conventionnels de fusion des métaux, le procédé de soudage est différent :
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petit volume du bain avec du métal en fusion;
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hautes températures de chauffage du métal, qui à des vitesses élevées et un chauffage local entraînent des gradients de température élevés :
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une liaison inséparable entre le métal appliqué et le métal de base, ce dernier étant en quelque sorte une forme pour le premier.
Ainsi, le métal chauffé et fondu dans un bain de soudure de petit volume est entouré d'une masse importante de métal de base à plus basse température. Cette circonstance, bien sûr, détermine les vitesses élevées de chauffage et de refroidissement du métal et, par conséquent, détermine la nature et la direction des réactions se produisant dans le bain de soudure.
En passant à travers l'espace de l'arc, le métal supplémentaire fondu est exposé à l'atmosphère de l'arc à des températures très élevées, ce qui conduit à l'oxydation du métal et à l'absorption des gaz de celui-ci, et l'activation des gaz inertes (principalement l'azote) est observée dans le arc, dont l'activité est négligeable dans les procédés métallurgiques conventionnels.
Le métal en fusion dans le bain de soudure est également exposé à une atmosphère d'arc, où se produisent des réactions physico-chimiques entre le métal, ses impuretés et les gaz absorbés par celui-ci. Du fait de ces phénomènes, le métal fondu déposé présente une teneur accrue en oxygène et en azote, ce qui, comme on le sait, réduit les caractéristiques mécaniques du métal.
Lorsqu'un métal passe dans un arc et reste à l'état fondu à l'endroit de l'impureté dans le fer, ainsi que des ajouts d'alliage brûlent, ce qui détériore également les propriétés mécaniques du métal. Les gaz formés lors de la combustion des impuretés, ainsi que ceux dissous dans le métal lors de la solidification du métal en fusion, peuvent conduire à la formation de vides et de pores dans le métal déposé.
Ainsi, les processus qui se produisent lors du soudage rendent difficile l'obtention d'un métal fondu de haute qualité. Ces difficultés se sont avérées telles qu'il était impossible d'obtenir une soudure avec des caractéristiques proches des caractéristiques du métal fondu, qui est le principal indicateur de la qualité du soudage, sans prendre des mesures particulières.
Amélioration de la technologie de soudage à l'arc
La principale mesure qui a augmenté la qualité et la résistance des joints métalliques dans les méthodes de soudage à l'arc existantes a été l'utilisation de revêtements spéciaux - revêtements sur les électrodes.
Dans la période initiale, la fonction de tels revêtements-revêtements était de faciliter l'allumage et d'augmenter la stabilité de l'arc grâce à leur effet ionisant. Plus tard, avec le développement de revêtements épais ou de haute qualité, dont la fonction, en plus d'augmenter la stabilité de l'arc, est d'améliorer la composition chimique et la structure du métal déposé, une augmentation significative de la qualité du soudage est observé.
Le développement de revêtements spéciaux sur les électrodes a permis ces dernières années de généraliser l'utilisation des méthodes de base de soudage et de coupage des métaux sous l'eau. Dans ce cas, le but des revêtements sur les électrodes est également (en raison de leur combustion plus lente que l'électrode) de maintenir un écran protecteur autour de l'arc et de former une bulle dans laquelle l'arc brûle avec les gaz libérés lorsque les revêtements brûlent. .
Simultanément à l'amélioration de la qualité de la connexion soudée, on observe une augmentation de la productivité du soudage qui, dans le soudage manuel, est obtenue en augmentant la puissance de l'arc de soudage avec une augmentation simultanée du diamètre de l'électrode métallique. Une augmentation significative de la puissance et une augmentation de la taille des électrodes ont conduit au remplacement du soudage manuel par un soudage automatique.
Les plus grandes difficultés du soudage automatique ont été posées par le problème des revêtements d'électrodes, sans lesquels un soudage de haute qualité selon les exigences modernes est presque impossible.
Une solution efficace consistait à alimenter le revêtement de flux granulaire broyé non pas vers l'électrode, mais vers le métal de base.Dans ce cas, l'arc brûle sous une couche de flux, grâce à laquelle la chaleur de l'arc est utilisée plus efficacement, et la couture est protégée de l'exposition à l'air. Cet ajout était une amélioration du processus de soudage à l'électrode métallique de base qui a considérablement augmenté la productivité et amélioré la qualité de la soudure.
La capacité de contrôler l'état thermique des métaux à assembler à l'aide de sources d'énergie modernes pour l'arc de soudage permet de réaliser toutes les formes de transition du processus d'assemblage du plastique à l'état liquide et fondu des matériaux. Cette circonstance ouvre de nouvelles possibilités pour connecter non seulement différents métaux, mais également des matériaux non métalliques les uns aux autres.
Avec l'amélioration des procédés de soudage technologiques, la résistance et la fiabilité des structures soudées augmentent. Dans la période initiale, lorsque le processus de soudage était effectué exclusivement manuellement, le soudage à l'arc électrique était utilisé dans tous les types de travaux de restauration et de réparation.
L'importance du soudage à l'arc électrique comme l'un des procédés technologiques principaux et avancés à l'heure actuelle est indéniable. L'expérience de l'utilisation du soudage dans diverses industries a clairement prouvé que cette méthode de travail des métaux permet non seulement d'économiser du métal (25 - 50%), mais également d'accélérer considérablement la production d'ouvrages de tous types de structures métalliques.
Le développement de la mécanisation et de l'automatisation du processus, visant une augmentation continue de la productivité, combinée à une augmentation constante de la qualité et de la résistance du soudage, élargit encore le champ de son application.Actuellement, le soudage à l'arc électrique est le procédé technologique de pointe dans la production de tous types de structures métalliques fonctionnant sous des charges statiques et dynamiques à basses et hautes températures.
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