電気アーク溶接の開発
アーク溶接の歴史
初の実用化 虹 金属の電気溶接では、N.N. ベナルドスがサンクトペテルブルクで「電流の直接作用によって金属を接合および分離する方法」を作成し、それを「エレクトロヘファイストス」と呼んだ 1882 年に初めて得られました。
学者のN. S. Kurnakov、O. D. Khvolsonらの結論によると、この方法の本質は、処理対象物が電源の一方の極に接続され、石炭がもう一方の極に接続され、処理対象物と処理対象物との間に電圧アークが形成されることです。石炭は、金属が加熱されて溶けるときにトーチの炎によって生成されるのと同様の作用を生成します。特殊なカーボンまたはその他の導電性電極がホルダーに挿入され、アークは手で支えられます。
1888 年から 1890 年にかけて、電気アークの熱を利用して金属を溶接する方法が、鉱山技師 N.G. によって改良されました。スラビャノフは炭素電極をもっぱら金属電極に置き換え、燃焼中およびアーク維持中に金属電極を供給するための半自動装置を開発し、これを彼は「メルター」と呼んだ。
やり方の本質 電気アーク溶接才能あるエンジニア兼発明家である N.N. ベナルドスと N.G. スラビャノフの研究の結果として作成されたこの製品は、今日に至るまで変更されておらず、次のような特徴があります。電極と製品の接続部分の間に形成された電気アークが、製品の基材を溶かします。製品をその熱で溶かし、アーク炎ゾーンに供給された電極を溶かします。これは、溶融金属の滴の形で接合部を満たし、製品のベースメタルと融合する充填材です。この場合、アークの総発熱量は適切なモードを選択することによって調整され、その主なパラメータは電流です。
実際の応用においては、プロセスの本質を変えることなく、その実用的価値を高める方法において多くの改良が加えられ、行われている。生み出された溶接法の開発は、溶接技術のエネルギー基盤の発展とともに、溶接の品質と生産性の向上を目指します。
この開発に貢献した主な条件は次のとおりです。
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アークの安定した動作を確保します。
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接続の適切な品質と強度を得る。
最初の条件は、溶接条件下での電気アークの特性によって決定される特性を備えたエネルギー源を作成することによって満たされました。
溶接中の主な加熱源およびエネルギー消費源であるアークは、動的負荷によって特徴付けられ、100 分の 1 秒単位で測定される時間間隔で、アーク回路に電気的状態の急激な変化が現れます。
電極の溶解と電極からワークピースへの金属の移動により、アークの長さが急激に変動し、非常に短い間隔でアーク電源の短絡が繰り返されます (1 秒あたり最大 30 回)。この場合、電流と電圧は一定のままではなく、特定の値から最大値へ、またはその逆に瞬間的に変化します。
このような負荷の突然の変化は、アークシステムの平衡状態を乱します。 電流源… アークが消滅したり他の形態の放電に変化したりすることなく、特定の電流値で長時間燃焼するためには、アークを供給する電流源が、アークで発生する変化に迅速に反応する必要があります。アークのモードを調整し、安定した動作を保証します。
電気溶接工学の開発の初期には、これは組み込まれたバラスト抵抗器の助けを借りて行われ、電流を制限し、電気機械の主回路内のアークを順次静めました。その後、落下特性と低磁気慣性を備えた特別な電源が作成され、溶接アークの特性から生じる要件を完全に満たします。
電気溶接工学の発展と並行して、溶接条件におけるアークの静的特性の主なパラメータを確立し、エネルギー源の最適条件と主な電気的パラメータとそれらが溶接に及ぼす影響を研究することを可能にする研究が行われています。溶接中のアーク燃焼の安定性と継続性。
次の時代には、電気溶接機のプロセスの静力学と動力学の研究に基づいて、溶接機システムと装置の分類が開発され、溶接機の統一一般理論が作成されました。
アーク溶接工程の特徴
電気アーク溶接のプロセスは、物理的、化学的、電気的現象が非常に複雑に絡み合ったもので、すべての段階で非常に短時間に継続的に発生します。金属を溶解する従来の冶金プロセスと比較して、溶接プロセスは次の点で異なります。
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溶融金属を含む浴の容積が小さい。
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金属加熱の高温。高速での局所的な加熱により、高い温度勾配が生じます。
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適用された金属とベースの金属の間の切り離せない接続であり、後者はいわば前者の形態です。
したがって、小容積の溶接池内の加熱され溶融した金属は、大量の低温母材によって囲まれます。もちろん、この状況は金属の高速加熱と冷却を決定し、その結果、溶接池で起こる反応の性質と方向を決定します。
アークギャップを通過すると、溶融した追加金属が非常に高温のアーク雰囲気にさらされ、金属の酸化とそこからのガスの吸収が起こり、不活性ガス（主に窒素）の活性化が観察されます。アークの活動は、従来の冶金プロセスでは無視できる程度です。
溶接池内の溶融金属もアーク雰囲気にさらされ、金属、その不純物、および金属に吸収されたガスの間で物理化学反応が起こります。これらの現象の結果、溶着した溶接金属の酸素と窒素の含有量が増加し、知られているように、金属の機械的特性が低下します。
金属がアークに入り、鉄の不純物が存在する場所で溶融状態に留まると、合金添加物が燃焼するだけでなく、金属の機械的特性も劣化します。不純物の燃焼中に生成されるガスや、溶融金属の凝固中に金属に溶解したガスは、堆積した金属に空隙や細孔の形成を引き起こす可能性があります。
このように、溶接中に発生するプロセスにより、高品質の溶接金属を得ることが困難になります。このため、特別な措置を講じなければ、溶接品質の主要な指標である溶接金属の特性に近い特性の溶接を得ることができないことが判明しました。
アーク溶接技術の向上
既存のアーク溶接法における金属接合部の品質と強度を向上させる主な手段は、特殊なコーティング、つまり電極上のコーティングの使用でした。
初期の段階では、このようなコーティングの機能は、そのイオン化効果により点火を促進し、アークの安定性を高めることでした。その後、厚いコーティングまたは高品質のコーティングが開発され、その機能はアークの安定性を高めることに加えて、溶着金属の化学組成と構造を改善することであり、溶接の品質は大幅に向上しました。観察された。
電極上の特殊コーティングの開発により、近年、水中で金属を溶接および切断する基本的な方法の使用を普及させることが可能になりました。この場合、電極上のコーティングの目的は、(電極よりも燃焼が遅いため) アークの周囲に保護シールドを維持し、コーティングが燃焼するときに放出されるガスでアークが燃焼する気泡を形成することでもあります。 。
溶接接続の品質の向上と同時に、溶接生産性の向上が観察されます。これは、手動溶接では、金属電極の直径を同時に大きくしながら溶接アークの出力を増加させることによって達成されます。電力の大幅な増加と電極のサイズの増加により、手動溶接が自動溶接に置き換えられました。
自動溶接における最大の困難は、電極コーティング、つまりコーティングの問題によってもたらされました。コーティングなしでは、現代の要件の下で高品質の溶接を行うことはほとんど不可能です。
成功した解決策は、粉砕した粒状フラックスのコーティングを電極ではなくベース金属に供給することでした。この場合、アークはフラックスの層の下で燃焼します。これにより、アークの熱がより効率的に利用され、継ぎ目は空気への露出から保護されます。この追加により、基本的な金属電極溶接プロセスが改善され、生産性が大幅に向上し、溶接品質が向上しました。
溶接アーク用の最新のエネルギー源を使用して接合する金属の熱状態を制御できるため、プラスチックから材料の液体の溶融状態までの接合プロセスのすべての移行形態を実現できます。この状況は、異なる金属だけでなく非金属材料を相互に接続するための新たな可能性を切り開きます。
溶接技術の向上により、溶接構造の強度と信頼性が向上しました。溶接プロセスがもっぱら手作業で行われていた初期の時代には、あらゆる種類の修復および修理作業に電気アーク溶接が使用されていました。
現時点での主要かつ先進的な技術プロセスの 1 つとしての電気アーク溶接の重要性は否定できません。さまざまな業界で溶接を使用した経験により、この金属加工方法により金属の節約 (25 ～ 50%) が可能になるだけでなく、あらゆる種類の金属構造の製品の生産を大幅にスピードアップできることが明確に証明されました。
生産性の継続的な向上を目的としたプロセスの機械化と自動化の開発と、溶接の品質と強度の着実な向上が組み合わされて、その適用範囲はさらに拡大しています。現在、電気アーク溶接は、低温および高温で静的および動的荷重下で動作するあらゆるタイプの金属構造物の製造における主要な技術プロセスです。
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