Электродуговая сварка и резка

Электродуговая сварка

В настоящее время около 70 % всех сварочных работ выполняют методами плавления, среди которых наибольшее распространение получила электродуговая сварка, которая используется при производстве автомобильного, железнодорожного, морского и речного транспорта и при производстве трубопроводов. Электродуговая сварка позволяет сваривать почти все конструкционные стали, серый и ковкий чугуны, медь, алюминий, никель, титан и их сплавы.

Изобретение электродуговой сварки принадлежит русским ученым. Впервые явление дугового разряда было открыто в 1802 г. российским академиком В. В. Петровым. В 1882 г. русский изобретатель Н. Н. Бенардос предложил применить электрическую дугу для сварки металла угольным электродом. Для этого графитовый (угольный) электрод 2 (рис. 6.6, а) с присадочным металлом от прутка / или без него подключают к источнику тока 3. Электрод при этом способе не плавится.

Различные способы электродуговой сварки

Рис. 6.6. Различные способы электродуговой сварки: а — способ Бернадоса; б, в — способ Славянова; / — присадочный пруток; 2 — электрод; 3 — источник тока; 4 — сварной шов; 5 — шлак; 6 — расплавленный металл

В 1888 г. горный инженер Н. Г. Славянов заменил графитовый электрод металлическим (рис. 6.6, б), и с тех пор 99 % работ, выполняемых дуговой сваркой производится по методу Н. Г. Славянова. Дуга возбуждается между электродом 4 и основным металлом и плавит их с образованием общей ванночки, в которой перемешивается весь расплавленный металл.

Сварочная дуга — электрический разряд, продолжительно существующий между электродами, находящимися под напряжением. Одним из электродов может быть изделие. В этом случае дуга называется дугой прямого действия. Если горение дуги происходит между двумя электродами при отсутствии электрической связи с изделием (но вблизи него), то такая дуга называется дугой косвенного действия.

Дуга прямого действия более эффективна, чем дуга косвенного действия.

Электрический разряд сварочной дуги происходит в смеси газов и паров метала, характеризуется высокой температурой (6000—15 000 К), сильным свечением, большим расходом тока (от 1 до 3000 А) и сравнительно небольшим напряжением (10—50 В). Мощность дуги составляет от 0,01 до 150 кВт. Такой диапазон позволяет использовать ее для сварки как мельчайших, так и крупных изделий.

В обычных условиях газовый зазор между электродами является неэлектропроводным. Возникновение дуги и ее устойчивое горение зависят от многих факторов и обусловлены степенью ионизации дугового зазора. Ионизация происходит из-за мощного потока электронов, который образуется в результате термоэлектронной и фотоэлектронной эмиссии.

При ручной сварке пользуют электроды, покрытые обмазкой. Обмазки бывают стабилизирующими, защитными и легирующими.

По толщине покрытия электроды бывают (ГОСТ 9466—75) с тонкими, средними, толстыми и особо толстыми покрытиями. Тонкие покрытия являются стабилизирующими. Они состоят из мела и жидкого стекла. Находящийся в составе мела кальций выделяется в плазме дуги, ионизирует ее, тем самым способствует устойчивому горению дуги.

Средние, толстые и особо толстые покрытия обеспечивают устойчивость горения дуги, а также защиту и легирование металла. Состав этих обмазок подбирается так, чтобы вокруг дуги создавалась газовая среда, защищающая металл электрода 5 (рис. 6.6, в), стекающий в дуге, и металл ванночки 8 от окисления и растворения в нем газов. По мере плавления электродов обмазка шлакуется и шлак 7 равномерно покрывает шов 6, защищая металл от окисления и насыщения азотом. Кроме того, шлак замедляет охлаждение металла, что способствует выделению растворенных газов и уплотнению шва. При необходимости в обмазку добавляют ферросплавы для легирования. Таким образом, в состав этих покрытий входят ионизирующие (например, мел), газообразующие (мука), шлакообразующие (полевой шпат) вещества, а также раскислители (ферромарганец) и легирующие компоненты.

Во всех случаях, когда сварная конструкция должна выдерживать большие нагрузки, применяют электроды с толстыми и особо толстыми покрытиями, обеспечивающими прочность и вязкость шва, не уступающие основному металлу.

Ток, применяемый в дуге, может быть постоянным или переменным. Устойчивость горения дуги при постоянном токе выше, чем при переменном, так как в последнем случае при переходе напряжения через нуль и перемене полярности в начале и конце каждого полупериода температура дугового промежутка уменьшается, что вызывает деионизацию газов. Устойчивость горения дуги на переменном токе значительно возрастает, если через покрытие или проволоку в дуговой промежуток ввести легко ионизируемые химические элементы, например калий, кальций и др.

Сварка дугой постоянного тока, когда к электроду подключен отрицательный полюс источника напряжения, а к изделию — положительный, получила название сварки дугой прямой полярности. Сварка, когда электрод соединен с положительным полюсом источника тока, а изделие — с отрицательным, называется сваркой дугой обратной полярности. Для дуги прямой полярности характерно большее выделение теплоты на изделии, а обратной — на электроде.

Для цветных металлов применяется сварка дугой переменного тока, в том числе неплавящимся электродом, и ручная дуговая сварка.

На рис. 6.7 представлена статическая вольтамперная характеристика дуги, т. е. зависимость между напряжением и током дуги при постоянных длине дуги и диаметре электрода.

На участке 1 увеличение тока приводит к резкому падению напряжения. Здесь дуга имеет низкую устойчивость, ее применение ограниченно.

На участке 2 увеличение тока не приводит к увеличению напряжения дуги. Это объясняется тем, что при данных условиях

и ‘

4пах

_____V.

&

Л

/ .

^ ‘ПИП

1

2

-1_*

?

/

Рис. 6.7. Статическая вольтамперная характеристика дуги (/ — длина дуги)

площадь поперечного сечения столба дуги увеличивается пропорционально току. Поэтому плотность тока и падение напряжения остаются постоянными. Это имеет широкое применение.

На участке 3 зависимость имеет возрастающий характер. Это широко применяется при повышенных плотностях тока при сварке в среде защитных газов, автоматической сварке под флюсом и т. п.

Напряжение дуги прямо пропорционально зависит от ее длины. Поэтому, для того чтобы напряжение оставалось неизменным, необходимо, чтобы длина дуги была тоже постоянной. Это обеспечивает устойчивость горения дуги и одинаковое выделение теплоты в единицу времени.

Качество и производительность сварочных работ зависят от режима сварки. Режим ручной дуговой электросварки определяется диаметром электрода, величиной сварочного тока и длиной дуги.

Диаметр электрода выбирается в основном в зависимости от толщины свариваемого металла (табл. 6.1).

Таблица 6.1. Выбор диаметра электрода

Толщина свариваемого металла, мм

0,5-1

1-2

2-5

5-10

Свыше 10

Диаметр электрода, мм

1-1,5

1,5-2,5

2,5-4

4-6

5-8

Сварочный ток выбирается в зависимости от диаметра электрода и положения шва в пространстве. Приближенно сила сварочного тока может быть определена по формуле

I =к(1,

где / — сварочный ток, А; с/ — диаметр электрода, мм; к — коэффициент, принимаемый при ручной сварке низкоуглеродистых сталей металлическим электродом 45—60 А/мм, при сварке графитовыми электродами — 18—22 А/мм, при сварке угольными электродами — 5—8 А/мм.

Сварку вертикальных и потолочных швов ведут при силе тока на 10—20 % меньше, чем сварку швов в нижнем положении.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >