Desarrollo de la soldadura por arco eléctrico.
Historia de la soldadura por arco
Primera aplicación práctica un arcoiris en soldadura eléctrica de metales obtenidos recién en 1882, cuando N.N. Benardos creó en San Petersburgo «Método de unión y separación de metales por acción directa de la corriente eléctrica», al que denominó «electrohephaestus».
Según la conclusión de los académicos N. S. Kurnakov, O. D. Khvolson y otros, la esencia de este método es que el objeto procesado está conectado a uno, y el carbón al otro polo de la fuente eléctrica y el arco de voltaje formado entre el objeto procesado y el carbón produce una acción similar a la que produce la llama de un soplete cuando el metal se calienta y se funde. Se inserta un electrodo especial de carbón u otro electrodo conductor en el soporte y se sostiene el arco con la mano.
En 1888 - 1890, el ingeniero de minas N.G.Slavyanov, quien reemplazó el electrodo de carbón exclusivamente con uno de metal y desarrolló un dispositivo semiautomático para suministrar un electrodo de metal durante su combustión y mantener el arco, al que llamó "fundidor".
La esencia de los caminos. soldadura por arco eléctrico, creado como resultado del trabajo de los talentosos ingenieros e inventores N. N. Benardos y N. G. Slavyanov, permanece sin cambios hasta el día de hoy y se puede caracterizar de la siguiente manera: el arco eléctrico formado entre el electrodo y las partes conectadas del producto derrite el material base de el producto con su calor y derrite el electrodo suministrado a la zona de la llama del arco, un material de relleno que, en forma de gotas de metal fundido, llena la unión y se fusiona con el metal base del producto. En este caso, la generación total de calor del arco se regula eligiendo un modo adecuado, cuyo parámetro principal es la corriente.
En la aplicación práctica, se han realizado y se están realizando numerosas mejoras en los métodos, que no cambian la esencia de los procesos, pero aumentan su valor práctico. El desarrollo de los métodos de soldadura creados va junto con el desarrollo de las bases energéticas de la tecnología de soldadura en la dirección de mejorar la calidad y la productividad de la soldadura.
Las principales condiciones que contribuyeron a este desarrollo fueron:
-
asegurando un funcionamiento estable del arco;
-
obteniendo la calidad y fuerza apropiadas de la conexión.
La primera condición se cumplió creando fuentes de energía con características determinadas por las propiedades de un arco eléctrico en condiciones de soldadura.
El arco, como principal fuente de calentamiento y consumidor de energía durante la soldadura, se caracteriza por una carga dinámica, en la que, a intervalos de tiempo medidos en centésimas de segundo, aparecen cambios bruscos de régimen eléctrico en el circuito del arco.
La fusión del electrodo y la transferencia de metal del electrodo a la pieza de trabajo provoca fluctuaciones bruscas en la longitud del arco y cortocircuitos repetidos de la fuente de alimentación del arco (hasta 30 veces por segundo) en intervalos muy cortos. En este caso, la corriente y el voltaje no se mantienen constantes, sino que tienen cambios instantáneos desde un valor determinado hasta un valor máximo y viceversa.
Tales cambios repentinos en la carga alteran el estado de equilibrio del sistema de arco eléctrico: fuente actual… Para que el arco arda durante mucho tiempo a un cierto valor de corriente, sin extinguirse y no convertirse en otras formas de descarga eléctrica, es necesario que la fuente de corriente que alimenta el arco reaccione rápidamente a los cambios que ocurren en el modo del arco y asegura su funcionamiento estable.
Al principio del desarrollo de la ingeniería de soldadura eléctrica, esto se hizo con la ayuda de resistencias de balasto incorporadas para limitar la corriente y calmar secuencialmente el arco en el circuito principal de las máquinas eléctricas. Posteriormente, se crean fuentes de energía especiales con características de caída y baja inercia magnética, que cumplen completamente con los requisitos derivados de las propiedades del arco de soldadura.
Paralelamente al desarrollo de la ingeniería de soldadura eléctrica, se realizan estudios que permiten establecer los principales parámetros de las características estáticas del arco en condiciones de soldadura y estudiar las condiciones óptimas y los principales parámetros eléctricos de las fuentes de energía y su influencia en la estabilidad y continuidad de la quema del arco durante la soldadura.
En el siguiente período, basado en la investigación de la estática y la dinámica del proceso en las máquinas de soldar eléctricas, se desarrolló una clasificación de los sistemas y aparatos de las máquinas de soldar y se creó una teoría generalizada unificada de las máquinas de soldar.
Características del proceso de soldadura por arco
El proceso de soldadura por arco eléctrico es un complejo muy complejo de fenómenos físicos, químicos y eléctricos que ocurren continuamente en todas las etapas en períodos de tiempo extremadamente cortos. En comparación con los procesos metalúrgicos convencionales de fusión de metales, el proceso de soldadura es diferente:
-
pequeño volumen del baño con metal fundido;
-
altas temperaturas de calentamiento del metal, que a altas velocidades y calentamiento local conduce a altos gradientes de temperatura:
-
una conexión inseparable entre el metal aplicado y el metal base, siendo este último, por así decirlo, una forma para el primero.
Por lo tanto, el metal calentado y fundido en un baño de soldadura de pequeño volumen está rodeado por una masa significativa del metal base de temperatura más baja. Esta circunstancia, por supuesto, determina las altas tasas de calentamiento y enfriamiento del metal y, como resultado, determina la naturaleza y dirección de las reacciones que tienen lugar en el baño de soldadura.
Al pasar a través del espacio del arco, el metal adicional fundido se expone a la atmósfera del arco a temperaturas muy altas, lo que conduce a la oxidación del metal y la absorción de gases del mismo, y se observa la activación de gases inertes (principalmente nitrógeno) en el arco, cuya actividad es despreciable en los procesos metalúrgicos convencionales.
El metal fundido en el baño de soldadura también está expuesto a una atmósfera de arco, donde tienen lugar reacciones físico-químicas entre el metal, sus impurezas y los gases absorbidos por él. Como resultado de estos fenómenos, el metal de soldadura depositado tiene un mayor contenido de oxígeno y nitrógeno, lo que, como es sabido, reduce las características mecánicas del metal.
Cuando un metal pasa a un arco y permanece en estado fundido en el lugar de la impureza en el hierro, además de las adiciones de aleación se queman, lo que también deteriora las propiedades mecánicas del metal. Los gases formados durante la combustión de impurezas, así como los disueltos en el metal durante la solidificación del metal fundido, pueden dar lugar a la formación de huecos y poros en el metal depositado.
Por lo tanto, los procesos que ocurren durante la soldadura dificultan la obtención de metal de soldadura de alta calidad. Estas dificultades resultaron ser tales que era imposible obtener una soldadura con características cercanas a las características del metal de soldadura, que es el principal indicador de la calidad de la soldadura, sin tomar medidas especiales.
Mejora de la tecnología de soldadura por arco
La principal medida que aumentó la calidad y la resistencia de las uniones metálicas en los métodos de soldadura por arco existentes fue el uso de recubrimientos especiales: recubrimientos en los electrodos.
En el período inicial, la función de tales recubrimientos-revestimientos era facilitar la ignición y aumentar la estabilidad del arco debido a su efecto ionizante. Posteriormente, con el desarrollo de recubrimientos gruesos o de alta calidad, cuya función, además de aumentar la estabilidad del arco, es mejorar la composición química y la estructura del metal depositado, se produce un aumento significativo de la calidad de la soldadura. observado.
El desarrollo de recubrimientos especiales sobre electrodos ha permitido en los últimos años extender el uso de métodos básicos de soldadura y corte de metales bajo el agua. En este caso, el propósito de los recubrimientos en los electrodos es también (debido a su combustión más lenta que el electrodo) mantener un escudo protector alrededor del arco y formar una burbuja en la que el arco se quema con los gases liberados cuando se queman los recubrimientos. .
Simultáneamente a la mejora de la calidad de la unión soldada se observa un aumento de la productividad de la soldadura, que en la soldadura manual se consigue aumentando la potencia del arco de soldadura con un aumento simultáneo del diámetro del electrodo metálico. Un aumento significativo en la potencia y un aumento en el tamaño de los electrodos llevaron a la sustitución de la soldadura manual por automática.
Las mayores dificultades en la soldadura automática fueron planteadas por el problema de los recubrimientos de electrodos, sin los cuales la soldadura de alta calidad bajo los requisitos modernos es casi imposible.
Una solución exitosa fue alimentar el revestimiento de fundente granular triturado no al electrodo, sino al metal base.En este caso, el arco se quema bajo una capa de fundente, gracias a lo cual el calor del arco se usa de manera más eficiente y la costura está protegida de la exposición al aire. Esta adición fue una mejora en el proceso básico de soldadura con electrodos metálicos que incrementó en gran medida la productividad y mejoró la calidad de la soldadura.
La capacidad de controlar el estado térmico de los metales que se van a unir usando fuentes modernas de energía para el arco de soldadura hace posible realizar todas las formas de transición del proceso de unión desde el plástico hasta el estado líquido y fundido de los materiales. Esta circunstancia abre nuevas posibilidades para conectar entre sí no solo diferentes metales, sino también materiales no metálicos.
Con la mejora de los procesos tecnológicos de soldadura, aumentan la resistencia y la fiabilidad de las estructuras soldadas. En la época inicial, cuando el proceso de soldadura se realizaba exclusivamente de forma manual, la soldadura por arco eléctrico se utilizaba en todo tipo de trabajos de restauración y reparación.
La importancia de la soldadura por arco eléctrico como uno de los principales y más avanzados procesos tecnológicos del momento es innegable. La experiencia con el uso de soldadura en varias industrias ha demostrado claramente que este método de trabajo de metales permite no solo ahorrar metal (25 - 50%), sino también acelerar significativamente la producción de trabajos de todo tipo de estructuras metálicas.
El desarrollo de la mecanización y automatización del proceso, dirigido a un aumento continuo de la productividad, combinado con un aumento constante de la calidad y resistencia de la soldadura, amplía aún más el alcance de su aplicación.Actualmente, la soldadura por arco eléctrico es el proceso tecnológico líder en la producción de todo tipo de estructuras metálicas que operan bajo cargas estáticas y dinámicas a bajas y altas temperaturas.
Otros artículos interesantes y útiles sobre soldadura eléctrica:
Gases de protección para soldadura.
Ventajas y desventajas de los diferentes tipos de soldadura.