Установки электрической сварки. Физико-технические основы дуговой сварки

Электрической дуговой сваркой называют процесс получения неразъемных соединений деталей из различных материалов за счет их сплавления с помощью электрической дуги.

При дуговой сварке тепловая энергия, необходимая для плавления металла, получается в результате дугового разряда, возникающего между свариваемым металлом и электродом. Расплавляясь под действием опорных пятен дуги, кромки свариваемых деталей и торец плавящегося электрода образуют сварочную ванну, которая некоторое время находится в расплавленном состоянии. При затвердевании металла образуется сварное соединение.

По степени механизации различают сварку ручную, полуавтоматическую и автоматическую.

При ручной сварке операции, необходимые для образования шва, выполняются рабочим-сварщиком вручную. Ручная сварка производится плавящимся электродом с покрытием (рис. 9.1) или неплавящимся электродом с газовой защитой.

При полуавтоматической сварке плавящимся электродом механизирована часть операций, например операция по подаче электродной проволоки или флюса в сварочную зону, перемещение горелки по свариваемой детали и др. Остальные операции процесса сварки осуществляются сварщиком вручную.

При автоматической сварке под флюсом (рис. 9.2, а) автоматизировано большинство технологических операций. Сварочная проволока 2 и гранулированный флюс 1 подаются в зону дуги, горящей в полости 3,заполненной парами металла и материалов флюса. По мере перемещения дуги расплавленный флюс всплывает на поверхность сварочной ванны, образуя легко отделяющуюся от шва шлаковую корку 5, а металл сварочной ванны кристаллизуется в виде сварного шва 4. Шлак защищает металл от воздействия кислорода и азота воздуха, легирует и замедляет охлаждение металла шва, что способствует получению качественного наплавленного металла при высокой производительности. Обычно шлаки состоят из оксидов SiO₂, TiO₂, P₂O₅, CaO, MnO, FeO, BaO, MgO, NiO и т.п. и солей различных веществ CaS, MnS, CaF₂ и др. Шлак, окружающий капли металла при переходе их через дуговой промежуток, и шлаковый покров на сварочной ванне улучшают свойства наплавленного металла. Присутствующие в шлаке легко ионизирующиеся элементы повышают устойчивость горения дуги, что особенно важно при сварке на переменном токе.

При сварке в защитном газе (рис. 9.2, б) возникающая между электродом и основным металлом (или двумя электродами) дуга окружена газом 6,подаваемым под небольшим давлением из сопла 7. Газовая защита применяется при сварке плавящимися и неплавящимися электродами. Роль газа сводится в основном к физической защите сварочной ванны от воздействия воздуха.

Наиболее распространенные способы сварки:

Сварка в камерах с контролируемой атмосферой для соединения легкоокисляющихся металлов и их сплавов. В камере можно создать атмосферу из инертных газов, что обеспечит высокое качество сварного соединения.

Сварка трехфазной дугой применяется при ручном и механизированном способах сварки. К двум электродам, закрепленным в специальном устройстве, и к свариваемому изделию подводится переменный ток от трехфазного источника питания. После возбуждения горит не одна дуга, как обычно, а одновременно три дуги: между каждым из электродов и изделием и дуга между обоими электродами. Эта дуга по отношению к свариваемому изделию является независимой и обеспечивает расплавление электродов.

При сварке неплавящимся электродом дуга горит между вольфрамовым электродом и изделием.

Дуговая аргоновая сварка осуществляется при подаче в зону сварки аргона как неплавящимся, так и плавящимся электродами. Аргоновая сварка металлов толщиной 3 мм и больше успешно выполняется плавящимся электродом на автоматах и полуавтоматах. Этот вид сварки отличается высокой производительностью и пригоден для сварки всех металлов, в том числе легированных сталей, меди, никеля и их сплавов, титана, алюминия, алюминиевых и магниевых сплавов, которые свариваются без применения флюсов.

Дуговая сварка в углекислом газе выполняется как неплавящимся, так и плавящимся электродом на автоматах и полуавтоматах.