Характеристика основных видов сварки

Дуговая сварка металлическими электродами с покрытием (Рис. 41.2) в настоящее время остается одним из самых распространенных методов, используемых при изготовлении сварных конструкций. Это объясняется простотой и мобильностью применяемого оборудования, возможностью выполнения сварки в различных пространственных положениях и в местах, труднодоступных для механизированных способов сварки. Существенный недостаток ручной дуговой сварки металлическим электродом, так же как и других способов ручной сварки, — малая производительность процесса и зависимость качества сварного шва от практических навыков сварщика. В первые годы применения дуговой сварки использовались металлические электроды с тонким ионизирующим покрытием, повышающим стабильность дуги. Однако свойства металла шва при этом были низкими. Поэтому в настоящее время подобные электроды для сварки практически не применяют.

Рисунок 41.2. Схема ручной дуговой сварки

К электроду и свариваемому изделию для образования и поддержания сварочной дуги от источников сварочного тока подводится постоянный или переменный сварочный ток. Сварочная дуга (1, см. рис. 41.2) горит между металлическим стержнем электрода (2) и основным металлом (3) Под действием тепла дуги металл дуги электрода, покрытие электрода и основной металл расплавляется, образуя сварочную ванну (4). Капли жидкого металла (5) с торца расплавленного электродного стержня переносятся в ванну через дуговой промежуток. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода (6), образуя вокруг дуги газовую защиту (7) и жидкую шлаковую ванну (8). По мере движения дуги, металл сварочной ванны затвердевает, образуется сварочный шов(9) и шлаковую корка(10) на поверхности шва.
Расплавляющееся покрытие электрода образует вокруг дуги и над поверхностью сварочной ванны газовую атмосферу, которая, оттесняя воздух из зоны сварки, препятствует взаимодействиям его с расплавленным металлом. В газовой атмосфере присутствуют также пары основного и электродного металлов и легирующих элементов. Шлак, покрывая капли электродного металла и поверхность расплавленного металла сварочной ванны, способствует предохранению их от контакта с воздухом и участвует в металлургических взаимодействиях с расплавленным металлом.
Автоматическая сварка под флюсом.

Сущность процесса состоит в том, что сварочная дуга 2 горит между электродной проволокой 1 и свариваемым изделием 9 под слоем сыпучего флюса 6 (Рис. 41.2). Теплотой дуги расплавляются основной металл, сварочная проволока и флюс. Проволока в зону горения дуги подается механически, а автомат с помощью электродвигателя движется вдоль свариваемых кромок, такой процесс сварки называется автоматическим; если же механизирована только подача проволоки, то это – механизированная сварка под флюсом. Расплавляясь, флюс образует флюсогазовый пузырь 3 и жидкий шлак 5. Расплавленный металл 4 в процессе охлаждения кристаллизуется с образованием сварного шва 8. Почти одновременно с кристаллизацией расплавленного металла твердеет расплавленный флюс - жидкий шлак, образуя шлаковую корку 7. При этом виде сварки достигается высокая производительность труда и обеспечивается получение равнопрочного шва с основным металлом.

Рис. 41.2. Схема процесса автоматической сварки под флюсом:
1 - электрод, 2 - сварочная дуга, 3 - флюсогазовый пузырь, 4 - расплавленный металл, 5 - жидкий шлак, 6 - флюс, 7 - шлаковая корка, 8 - сварной шов, 9 - свариваемое изделие

Электрошлаковая сварка.

Сущность процесса заключается в следующем. В начальный период под флюсом возникает сварочная дуга, за счет теплоты дуги флюс расплавляется и образуется электропроводный шлак, который должен обладать значительным омическим сопротивлением. Сварочная дуга после расплавления флюса с образованием электропроводного шлака угасает - шунтируется, а ток, проходя по электропроводному расплавленному шлаку, выделяет такое количество теплоты, которое достаточно для плавления последующей порции флюса, основного металла и проволоки. Расплавленный металл сварочной ванны, кристаллизуясь образует сварной шов (рис. 41.3, б).

Рис.41.3. Схема электрошлаковой сварки:
1 - электрод, 2 - свариваемый металл, 3 - расплавленный флюс - электропроводный шлак, 4 - расплавленный металл, 5 - медные ползуны, 6 - подача воды для охлаждения ползунов, 7 - сварной шов, 8 - флюс; V_св - скорость сварки.

Практически этот процесс (рис. 41. 3, а) происходит между кромками основного металла 2, которые располагаются вертикально с большим зазором. Для формирования шва, т. е. для удержания расплавленного металла сварочной ванны, по обе стороны соединения устанавливаются медные ползуны 5, охлаждаемые водой. В зону сварки подается электродная проволока 1, которая под слоем флюса 8 и возбуждает горение сварочной дуги.

Преимущества этого вида сварки:
- возможность сварки за один проход металла большой толщины;
- не требуется удаление шлака и настройки режима сварки для выполнения последующего прохода, как это делается при других видах сварки;
- возможность выполнения сварки без разделки кромок и исключение разбрызгивания металла;
- возможность использования для сварки практически неограниченного количества электродов (проволок);
- исключение термической обработки сварного шва при сварке сталей, склонных к образованию усадочных трещин;
- высокая производительность и экономия флюса.
Недостатки этого вида сварки:
- возможность сварки металла толщиной не менее 16 мм;
- сварка практически возможна только в вертикальном положении;
- возможно образование неблагоприятных структур за счет термической обработки шва и зоны термического влияния.
Электронно-лучевая сварка.

Этот вид сварки выполняется в камерах с разрежением до 10^-4-10^{-6 мм рт. ст. [133×(10-4}-10^-6)] Па. Теплота образуется за счет бомбардировки поверхности металла электронами, имеющими большие скорости, анодом является свариваемая деталь, а катодом - вольфрамовая спираль.
Электронно-лучевая сварка может выполняться без колебаний и с колебаниями электронного луча. По направлению колебаний различают электронно-лучевую сварку с продольными, поперечными, вертикальными и сложными колебаниями электронного луча.

Дуговая сварка в защитных газах

Этим способом можно соединять вручную, полуавтоматически или автоматически в различных пространственных положениях разнообразные металлы и сплавы толщиной от десятых долей до десятков миллиметров.

Сущность способа.

При сварке в зону дуги 1 через сопло 2 непрерывно подается защитный газ 3 (см. рис. 41.4). Теплотой дуги расплавляется основной металл 4 и, если сварку выполняют плавящимся электродом, расплавляется и электродная проволока. Расплавленный металл сварочной ванны, кристаллизуясь, образует шов. При сварке неплавящимся электродом электрод не расплавляется, а его расход вызван испарением металла или частичным оплавлением при повышенном допустимом сварочном токе.

Образование шва происходит за счет расплавления кромок основного металла или дополнительно вводимого присадочного металла. В качестве защитных газов применяют инертные (аргон и гелий) и активные (углекислый газ, водород, кислород и азот) газы, а также их смеси (Аг + Не, Аг + СО2, Аг + О2, СО2 + О2 и др.).