Pengembangan las busur listrik
Sejarah pengelasan busur
Aplikasi praktis pertama Pelangi dalam pengelasan listrik logam diperoleh hanya pada tahun 1882, ketika N.N. Benardos menciptakan di St. Petersburg «Metode penyambungan dan pemisahan logam dengan aksi langsung arus listrik», yang disebutnya «electrohephaestus».
Menurut kesimpulan akademisi N. S. Kurnakov, O. D. Khvolson dan lain-lain, inti dari metode ini adalah objek yang diproses dihubungkan ke satu, dan batubara ke kutub lain dari sumber listrik dan busur tegangan terbentuk antara objek yang diproses dan batubara menghasilkan aksi yang mirip dengan yang dihasilkan oleh nyala obor ketika logam dipanaskan dan dilelehkan. Karbon khusus atau elektroda konduktif lainnya dimasukkan ke dudukan dan busur ditopang dengan tangan.
Pada tahun 1888 - 1890, metode penggunaan panas busur listrik untuk pengelasan logam diperbaiki oleh insinyur pertambangan N.G.Slavyanov, yang mengganti elektroda karbon secara eksklusif dengan yang logam dan mengembangkan perangkat semi-otomatis untuk memasok elektroda logam selama pembakaran dan mempertahankan busur, yang disebutnya "melter".
Inti dari cara las busur listrik, dibuat sebagai hasil karya insinyur-penemu berbakat N.N. Benardos dan N.G. Slavyanov, tetap tidak berubah hingga hari ini dan dapat dicirikan sebagai berikut: busur listrik yang terbentuk antara elektroda dan bagian produk yang terhubung melelehkan bahan dasar dari produk dengan panasnya dan melelehkan elektroda yang disuplai ke zona nyala busur - bahan pengisi yang, dalam bentuk tetesan logam cair, mengisi sambungan dan melebur dengan logam dasar produk. Dalam hal ini, pembangkitan panas total dari busur diatur dengan memilih mode yang sesuai, parameter utamanya adalah arus.
Dalam aplikasi praktis, banyak perbaikan telah dilakukan dan sedang dilakukan dalam metode, yang tidak mengubah esensi proses, tetapi meningkatkan nilai praktisnya. Perkembangan metode pengelasan yang diciptakan sejalan dengan perkembangan basis energi teknologi pengelasan untuk meningkatkan kualitas dan produktivitas pengelasan.
Kondisi utama yang berkontribusi pada perkembangan ini adalah:
-
memastikan operasi busur yang stabil;
-
mendapatkan kualitas dan kekuatan sambungan yang sesuai.
Kondisi pertama dipenuhi dengan menciptakan sumber energi dengan karakteristik yang ditentukan oleh sifat busur listrik dalam kondisi pengelasan.
Busur, sebagai sumber utama pemanasan dan konsumen energi selama pengelasan, dicirikan oleh beban dinamis, di mana, pada interval waktu yang diukur dalam seperseratus detik, perubahan tajam dalam rezim kelistrikan muncul di sirkuit busur.
Mencairnya elektroda dan transfer logam dari elektroda ke benda kerja menyebabkan fluktuasi tajam pada panjang busur dan hubungan pendek yang berulang dari sumber daya busur (hingga 30 kali per detik) pada interval yang sangat singkat. Dalam hal ini, arus dan tegangan tidak tetap konstan, tetapi mengalami perubahan seketika dari nilai tertentu ke maksimum dan sebaliknya.
Perubahan beban yang tiba-tiba seperti itu mengganggu keadaan kesetimbangan sistem busur listrik - sumber saat ini… Agar busur menyala dalam waktu lama pada nilai arus tertentu, tanpa padam dan tidak berubah menjadi bentuk pelepasan listrik lainnya, sumber arus yang memasok busur harus bereaksi dengan cepat terhadap perubahan yang terjadi pada mode busur dan memastikan operasinya stabil.
Pada awal pengembangan teknik las listrik, hal ini dilakukan dengan bantuan resistor ballast yang tergabung untuk membatasi arus dan secara berurutan menenangkan busur di sirkuit utama mesin listrik. Selanjutnya, sumber daya khusus dengan karakteristik jatuh dan inersia magnet rendah dibuat, yang sepenuhnya memenuhi persyaratan yang timbul dari sifat busur las.
Sejalan dengan pengembangan teknik pengelasan listrik, studi dilakukan yang memungkinkan untuk menetapkan parameter utama dari karakteristik statis busur dalam kondisi pengelasan dan untuk mempelajari kondisi optimal dan parameter listrik utama dari sumber energi dan pengaruhnya terhadap stabilitas dan kontinuitas pembakaran busur selama pengelasan.
Pada periode berikutnya, berdasarkan penelitian tentang statika dan dinamika proses pada mesin las listrik, klasifikasi sistem dan peralatan mesin las dikembangkan dan teori umum mesin las dibuat.
Karakteristik proses las busur
Proses pengelasan busur listrik adalah kompleks yang sangat kompleks dari fenomena fisik, kimia, dan listrik yang terjadi terus menerus di semua tahap dalam waktu yang sangat singkat. Dibandingkan dengan proses metalurgi konvensional dari peleburan logam, proses pengelasannya berbeda:
-
volume kecil bak mandi dengan logam cair;
-
suhu tinggi pemanasan logam, yang pada kecepatan tinggi dan pemanasan lokal menyebabkan gradien suhu tinggi:
-
hubungan yang tidak terpisahkan antara logam terapan dan logam dasar, yang terakhir, seolah-olah, merupakan bentuk untuk yang pertama.
Dengan demikian, logam yang dipanaskan dan dicairkan dalam kolam las volume kecil dikelilingi oleh massa yang signifikan dari logam dasar bersuhu lebih rendah. Keadaan ini, tentu saja, menentukan laju pemanasan dan pendinginan logam yang tinggi dan, sebagai akibatnya, menentukan sifat dan arah reaksi yang terjadi di kolam las.
Melewati celah busur, logam tambahan cair terpapar ke atmosfer busur pada suhu yang sangat tinggi, yang menyebabkan oksidasi logam dan penyerapan gas darinya, dan aktivasi gas inert (terutama nitrogen) diamati di busur, aktivitas yang dapat diabaikan dalam proses metalurgi konvensional.
Logam cair di kolam las juga terpapar ke atmosfer busur, di mana reaksi fisika-kimia terjadi antara logam, pengotornya, dan gas yang diserapnya. Sebagai hasil dari fenomena ini, logam las yang diendapkan memiliki kandungan oksigen dan nitrogen yang meningkat, yang, seperti diketahui, mengurangi karakteristik mekanik logam.
Ketika logam melewati busur dan tetap dalam keadaan cair di tempat pengotor besi, penambahan paduan juga terbakar, yang juga merusak sifat mekanik logam. Gas yang terbentuk selama pembakaran pengotor, serta yang terlarut dalam logam selama pemadatan logam cair, dapat menyebabkan pembentukan rongga dan pori pada logam yang diendapkan.
Dengan demikian, proses yang terjadi selama pengelasan menyulitkan untuk mendapatkan logam las berkualitas tinggi. Kesulitan tersebut ternyata sedemikian rupa sehingga tidak mungkin diperoleh lasan dengan karakteristik yang mendekati karakteristik logam las yang merupakan indikator utama kualitas pengelasan, tanpa melakukan tindakan khusus.
Peningkatan teknologi las busur
Ukuran utama yang meningkatkan kualitas dan kekuatan sambungan logam dalam metode pengelasan busur yang ada adalah penggunaan pelapis khusus - pelapis pada elektroda.
Pada periode awal, fungsi pelapisan seperti itu adalah untuk memfasilitasi pengapian dan meningkatkan stabilitas busur karena efek pengionnya. Kemudian, dengan pengembangan lapisan tebal atau berkualitas tinggi, yang fungsinya, selain meningkatkan stabilitas busur, adalah untuk meningkatkan komposisi kimia dan struktur logam yang diendapkan, peningkatan kualitas pengelasan yang signifikan adalah diamati.
Pengembangan pelapis khusus pada elektroda telah memungkinkan dalam beberapa tahun terakhir untuk menyebarkan penggunaan metode dasar pengelasan dan pemotongan logam di bawah air. Dalam hal ini, tujuan pelapisan pada elektroda juga (karena pembakarannya lebih lambat daripada elektroda) untuk mempertahankan perisai pelindung di sekitar busur dan untuk membentuk gelembung di mana busur terbakar dengan gas yang dilepaskan saat pelapis terbakar. .
Bersamaan dengan peningkatan kualitas sambungan las, peningkatan produktivitas pengelasan diamati, yang dalam pengelasan manual dicapai dengan meningkatkan kekuatan busur las dengan peningkatan diameter elektroda logam secara bersamaan. Peningkatan daya yang signifikan dan peningkatan ukuran elektroda menyebabkan penggantian pengelasan manual dengan otomatis.
Kesulitan terbesar dalam pengelasan otomatis ditimbulkan oleh masalah pelapisan elektroda, yang tanpanya pengelasan berkualitas tinggi di bawah persyaratan modern hampir tidak mungkin dilakukan.
Solusi yang berhasil adalah mengumpankan lapisan fluks granular yang dihancurkan bukan ke elektroda, tetapi ke logam dasar.Dalam hal ini, busur terbakar di bawah lapisan fluks, berkat panas busur yang digunakan lebih efisien, dan lapisan terlindung dari paparan udara. Penambahan ini merupakan peningkatan proses pengelasan elektroda logam dasar yang sangat meningkatkan produktivitas dan meningkatkan kualitas las.
Kemampuan untuk mengontrol keadaan termal logam yang akan disambung menggunakan sumber energi modern untuk busur las memungkinkan untuk mewujudkan semua bentuk transisi dari proses penyambungan dari plastik ke keadaan cair, bahan cair. Keadaan ini membuka kemungkinan baru untuk menghubungkan tidak hanya logam yang berbeda, tetapi juga bahan non-logam satu sama lain.
Dengan peningkatan proses pengelasan teknologi, kekuatan dan keandalan struktur yang dilas meningkat. Pada periode awal, ketika proses pengelasan dilakukan secara manual, las busur listrik digunakan dalam semua jenis pekerjaan restorasi dan perbaikan.
Pentingnya las busur listrik sebagai salah satu proses teknologi utama dan maju saat ini tidak dapat disangkal. Pengalaman menggunakan pengelasan di berbagai industri telah membuktikan dengan jelas bahwa metode pengerjaan logam ini tidak hanya menghemat logam (25 — 50%), tetapi juga secara signifikan mempercepat produksi semua jenis struktur logam.
Pengembangan mekanisasi dan otomatisasi proses, yang ditujukan untuk peningkatan produktivitas yang berkelanjutan, dikombinasikan dengan peningkatan yang stabil dalam kualitas dan kekuatan pengelasan, semakin memperluas cakupan penerapannya.Saat ini, pengelasan busur listrik adalah proses teknologi terdepan dalam produksi semua jenis struktur logam yang beroperasi di bawah beban statis dan dinamis pada suhu rendah dan tinggi.
Artikel menarik dan bermanfaat lainnya tentang pengelasan listrik:
Gas pelindung untuk pengelasan