Способы дуговой сварки

Способы дуговой сварки

Подробности

Электрическая дуговая сварка является одним из способов получения неразъемного соединения двух или нескольких металлических частей путем местного их нагрева теплом дуговых разрядов до температуры плавления. В зависимости от материала электрода все многочисленные способы электрической дуговой сварки можно разделить на две группы: группу способов сварки плавящимся металлическим электродом и группу способов сварки неплавящимся (угольным, вольфрамовым) электродом. Наиболее распространенным является способ сварки металлическим электродом. Он применяется для сварки всех марок сталей и чугунов, а также цветных металлов и сплавов. Сварка этим способом возможна при любом пространственном положении шва на постоянном и переменном токе. Металлический электрод служит во время сварки не только для поддержания горения дуги, но и для образования шва. Дуговая сварка металлическим электродом может выполняться вручную, автоматически и полуавтоматически. Широкое применение имеет автоматическая и полуавтоматическая сварка под слоем флюса. При этих способах зона горения дуги засыпается флюсом, предохраняющим металл от окисления, азотирования, разбрызгивания. В качестве металлического электрода используется сварочная проволока, автоматически подающаяся в зону сварки из мотка. При сварке угольным электродом сварной шов образуется из расплавленного металла свариваемых элементов и подаваемого в дугу присадочного прутка. Угольный электрод служит только для поддержания горения дуги. Этот способ применяется в некоторых случаях для сварки тонкостенных изделий с отбортованными соединениями, а также для горячей сварки чугуна, цветных металлов и наплавки твердых сплавов. В последние годы широкое распространение получают способы дуговой сварки в среде защитных газов. К этим способам относится аргонодуговая сварка, сварка в среде углекислого газа и атомно-водородная сварка. При аргонодуговой сварке металл защищается от воздействия кислорода и азота воздуха с помощью инертного газа аргона, подающегося в зону горения дуги через специальное сопло. Сварка может выполняться плавящимся электродом (с использованием сварочной проволоки) и неплавящимся вольфрамовым электродом. Во втором случае в зависимости от вида сварного соединения сварка ведется без применения или с применением присадочного металла. Аргонодуговая сварка применяется, главным образом, при изготовлении тонкостенных конструкций из специальных сталей и цветных металлов и сплавов. Питание дуги осуществляется переменным или постоянным током от обычного сварочного оборудования. В последние годы все более широкое применение получает полуавтоматическая и автоматическая сварка плавящимся металлическим электродом в среде углекислого газа, который значительно дешевле аргона. Применение его вместо флюса облегчает наблюдение за процессом сварки и обеспечивает относительно высокую производительность процесса, часто не уступающую производительности сварки под флюсом. Однако из-за повышенной окислительной способности углекислый газ не может использоваться при сварке большинства цветных металлов и сплавов. Сварка в среде углекислого газа применяется преимущественно при производстве конструкций из углеродистых, низколегированных и нержавеющих сталей. Питание дуги при этом способе осуществляется, как правило, на постоянном токе обратной полярности. В некоторых случаях при сварке меди вместо аргона применяется азот (азотно-дуговая сварка). А полуавтоматическую сварку иногда проводят в среде водяного пара вместо углекислого газа. Помимо перечисленных способов, для сварки цветного металла и специальных сталей иногда применяют атомно-водородную сварку. При этом способе дуга горит между двумя вольфрамовыми электродами в атмосфере водорода или азотно-водородной смеси, получаемой разложением аммиака. По технике осуществления и по характеру металлургических процессов, происходящих при сварке, близким к электрической дуговой сварке под флюсом является способ электрошлаковой сварки. Однако при электрошлаковой сварке расплавление свариваемых кромок и электродного металла происходит не за счет тепла дуги, как при дуговой сварке, а за счет тепла, выделяющая дуговая наплавка, гася при прохождении электрического тока через расплавленный шлак. Этот способ отличается высокой производительностью, малым расходом электроэнергии и флюса, возможностью сварки за один проход элементов большой толщины (до 1-2 м). Электрошлаковая сварка осуществляется с помощью специальных автоматических установок. Электрическая дуговая сварка является основным, наиболее широко применяющимся способом сварки. К настоящему времени сварные конструкции почти полностью вытеснили клепаные и часто заменяют литые изделия. Применение дуговой сварки взамен клепки дает экономию металла до 20 %и взамен литья-до 50%; экономию времени на изготовление конструкции; снижение себестоимости конструкции и повышение работоспособности некоторых конструкций (например, химических аппаратов, паровых котлов и др.). Указанные преимущества обусловили широкое применение сварки во многих отраслях промышленности, например, в тяжелом, транспортном, химическом и энергетическом машиностроении, котлостроении, автостроении, самолетостроении, судостроении, промышленном строительстве и ряде других отраслей. Дальнейшее большое развитие получит сварка за годы семилетки. К 1965 г. объем сварочных работ в народном хозяйстве СССР возрастет более чем в 2 раза по сравнению с 1958 г., 40% всех сварочных работ будет механизировано. Применение электрошлаковой сварки возрастет в 2 раза, газоэлектрической в 6 раз.

ДУГОВАЯ НАПЛАВКА

Подобно сварке, наплавка может производиться вручную, полуавтоматически и автоматически, незащищенной дугой, под слоем флюса или в среде защитных газов. Однако техника, технология, режимы, а также электроды и флюсы, применяемые при наплавке, отличаются от применяемых при сварке. Наплавка — высокоэффективный прогрессивный процесс восстановления изношенных деталей и повышения износоустойчивости новых деталей. Она применяется практически во всех отраслях народного хозяйства страны, как при ремонте, так и при изготовлении деталей сельскохозяйственных, землеройных и дорожных машин, автомобильного и железнодорожного транспорта; деталей горного, металлургического оборудования; кузнечнопрессового и режущего инструмента и др. Наплавка широко применяется при заварке дефектов стального, чугунного и цветного литья. Применение наплавки позволяет значительно увеличить срок службы деталей различных механизмов и машин и в результате этого сэкономить много металла и средств, расходуемых на производство запасных частей и инструмента. Так, например, на­плавка бандажей железнодорожных вагонов и локомотивов позволяет продлить срок их службы в 4 раза, наплавка деталей валковых дробилок, ножей блюминга, валков прокатных станков увеличивает срок службы этих деталей в 3-6 раз. Некоторые детали могут подвергаться многократному восстановлению путем наплавки. Семилетним планом развития сварочной техники в стране предусмотрено дальнейшее расширение применения наплавки. В сельскохозяйственном машиностроении, например, объем наплавочных работ в 1965 г. должен возрасти по сравнению с 1959 г. в 6,25 раза, на железнодорожном транспорте в 3,2 раза. Для наплавки будет расходоваться не менее 15% всех электродов. Значительно возрастет применение автоматических способов наплавки, 3. ДУГОВАЯ РЕЗКА Электрическая дуга может применяться не только для сварки и наплавки, т.е. для соединения металлов, но и для резки. В процессе дуговой резки металл, расплавляемый дугой, вытекает из полости реза. Дуговая резка выполняется, как правило, вручную угольными (графитовыми) или металлическими электродами. Резка угольными электродами производится на постоянном токе, металлическими наплавками, постоянном и переменном токе. По производительности труда и чистоте реза дуговая резка значительно уступает газовой резке и имеет, поэтому второстепенное значение. Она применяется преимущественно в тех случаях, когда по каким-либо причинам нет возможности применить газовую резку. Дуговая резка применяется при удалении литников и прибылей чугунных отливок; при разборке и разделке в габаритный лом старых металлических конструкций, особенно если эти конструкции имеют швы или детали хромоникелевых аустенитных сталей, требующих обычно специальных методов газовой резки; при монтажных работах для снятия монтажных приспособлений. В последние годы получает применение способ воздушно-дуговой резки, состоящий в том, что разрезаемый металл расплавляется в месте реза угольной дугой и выдувается сжатым воздухом, подаваемым к месту реза с помощью специального сопла, расположенного концентрично электроду. Применение сжатого воздуха увеличивает производительность процесса и чистоту реза и этим расширяет области эффективного применения дуговой резки.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СВАРОЧНАЯ ДУГА

Электрическая дуга в процессе сварки является важным рабочим элементом, посредством которого осуществляется своеобразная обработка (расплавление) кромок свариваемых деталей. Поэтому свойства и характеристики дуги имеют большое практическое значение. Воздух при обыкновенных условиях не проводит электрический ток. Во время горения дуги газы и пары, находящиеся в дуговом промежутке, становятся проводниками за счет образования в дуге электрически заряженных частиц — электронов и ионов. Электроны, имеющие отрицательный заряд, перемещаются к положительному электроду (аноду), а положительные ионы — к отрицательному электроду (катоду). Направленное перемещение заряженных частиц и создает электрический ток в дуге. Процесс образования заряженных частиц называется ионизацией, а газ, в котором появились заряженные частицы и который вследствие этого получил способность проводить электрический ток, называется ионизированным. Сущность процессов ионизации объясняется теорией строения вещества, согласно которой атомы всех элементов состоят из отрицательных частиц (электронов), положительных частиц (протонов) и нейтральных частиц. Величина отрицательного заряда атома равна положительному заряду, поэтому атом в целом электрически нейтрален. Нейтральными также являются и молекулы, состоящие из атомов. Однако если сообщить нейтральным молекуле или атому достаточное количество энергии, они могут ионизироваться, т.е. от них может отделиться один или несколько электронов. Тогда основная часть молекулы или атома будет нести положительный заряд, и называться положительным ионом. Кроме того, источником электронов в дуговом промежутке служит катод, способный при высоких температурах нагрева излучать со своей поверхности свободные электроны. Наряду с ионизацией в дуге постоянно происходят обратные процессы, приводящие к уменьшению количества заряженных частиц. Поэтому при горении дуги все время должна поддерживаться достаточная степень ионизации. Ионизация газа происходит главным образом за счет подводимой к дуге электрической энергии. Количество энергии, необходимое для ионизации молекулы различных газов и паров, различно. Оно характеризуется величиной потенциала ионизации, показывающей, какое наименьшее количество энергии достаточно для полного освобождения электрона от связи с ядром атома. Чем больше в дуге газов и паров с низким потенциалом ионизации, тем интенсивнее протекает ионизация, устойчивее горит дуга, ниже ее температура. При сварке металлическим электродом температура дуги составляет примерно 5000-6000°. Дуга зажигается (возбуждается) замыканием электрода на деталь. Минимальное напряжение между электродом и деталью, необходимое для зажигания дуги, составляет при сварке металлическим электродом на постоянном токе 30-35 в и на переменном токе 45-50 в. Напряжение на дуге при установившемся ее горении зависит от состава электродного стержня и покрытия, длины дуги и силы тока. Характеристики дуг. Длина дуги 6 мм. Зависимость напряжения на дуге от длины дуги сварочного тока. Зависимость напряжения от силы тока при разной длине дуги в случае ручной дуговой сварки показана на рисунке, где каждая из линий, выражающих эту зависимость, носит название «характеристика дуги». По характеристикам видно, что напряжение на дуге увеличивается с увеличением длины дуги и уменьшается с ростом тока до 40-50 а. Дальнейшее увеличение тока практически не влияет на характеристику дуги. Приведенные характеристики позволяют заключить, что во время сварки напряжение на дуге зависит только от ее длины. Эту зависимость можно выразить формулой напряжение на дуге, а и б — постоянные коэффициенты, зависящие от состава электродного стержня и покрытия, а показывает суммарную величину падения напряжения у поверхностей катода и анода показывает падение напряжения на 1 мм длины дуги. Величина коэффициента а и b при сварке различными электродами различна. В литературе приводятся следующие данные коэффициентов: для меловых электродов (В. М. Рыбаков, К. П. Вощаное). Приведенные характеристики дуги наблюдаются при сварке, когда плотность тока на электроде относительно невелика. Во время автоматической сварки под флюсом большими токами и сварки в среде защитных газов напряжение на дуге при возрастании тока (в пределах применяемых режимов сварки) не остается постоянным, а несколько возрастает. В этих случаях наблюдаются возрастающие характеристики дуги. Зависимость напряжения на дуге от ее длины может быть изображена графически. Такие графики имеют большое практическое значение. Они позволяют точно поддерживать длину дуги с помощью вольтметра, включенного в сварочную цепь для замера напряжения на дуге.

УСТОЙЧИВОСТЬ СВАРОЧНОЙ ДУГИ

Важное практическое значение имеет устойчивость горения сварочной дуги. При недостаточной устойчивости происходят частые обрывы дуги, затрудняющие выполнение сварки и получение качественного соединения. Количественную оценку устойчивости при различных условиях сварки наиболее часто устанавливают по методу действительного члена АН УССР. Сущность метода состоит в следующем. После подбора величины силы тока и напряжения холостого хода электрод зажимают в специальном штативе над опытной пластинкой.

Электрод и планка. Установка для определения подключены к источнику устойчивости дуги, речного тока. Замыкая и размыкая угольным стержнем, промежуток между электродом и планкой, зажигают дугу. Дуга горит до естественного обрыва. Получившееся расстояние между концом электрода и наплавленным металлом, равное длине дуги при обрыве, принимаетсяУстойчивость сварочной дуги происходит испарение материала электрода. Образующиеся пары заполняют дуговой промежуток и таким образом влияют на устойчивость. Следовательно, устойчивость дуги сильно зависит от состава электродных покрытий. Влияние отдельных компонентов покрытий подробно изучал К. К. Хренов. Значения максимальной длины дуги при обрыве, полученные им во время испытаний некоторых веществ, приведены в табл. 1. Опыты проводились на переменном токе с применением непокрытых стальных электродов диаметром 4 мм. Испытываемое вещество перед зажиганием дуги насыпалось на планку. Из этой таблицы видно, что наиболее благоприятно влияют на устойчивость дуги красная кровяная соль, поташ, сульфат натрия, мел, титановая руда. Положительное влияние этих веществ объясняется содержанием в них элементов с низким потенциалом ионизации — калия, кальция, титана. Некоторые вещества, например окись алюминия, каолин, песок, бура не поддерживают или даже затрудняют горение дуги. Ухудшает устойчивость также влага, содержащаяся в покрытиях.

 


ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ИСТОЧНИКАМ ПИТАНИЯ ДУГИ

Дуговая сварка может производиться на постоянном или переменном токе. Питание сварочной дуги осуществляется при сварке на постоянном токе от сварочных генераторов и выпрямительных установок, при сварке на переменном токе — от сварочных трансформаторов, а также от генератор в повышенной частоты. Сварочные генераторы постоянного тока изготовляются в соответствии с требованиями ГОСТ 304-51, трансформаторы для ручной дуговой сварки — ГОСТ 95-51 и трансформаторы для автоматической дуговой сварки под слоем флюса ГОСТ 7012-54. Основными показателями источников питания сварочной дуги являются: напряжение холостого хода, номинальная сила сварочного тока, пределы регулирования силы сварочного тока, вид внешних характеристик. Напряжение холостого хода однопостовых генераторов при номинальном токе до 350 а должно быть не более 80 в, а генераторов с номинальным оком выше 350 а - не более 90. Вторичное напряжение холостого хода трансформаторов для ручной дуговой сварки не должно превышать при токе 100 а 75 в и при токе 350 а - 70 е. Верхний предел вторичного напряжения холостого хода однофазных сварочных трансформаторов для автомат четкой сварки под слоем флюса с номинальным током 500 а составляет 80 в, а у трансформаторов, рассчитанных на номинальный ток 1000 и 2000 а - 90 в. Под номинальной силой сварочного тока отнимают допустимую из условий нагрева источника питания дуги силу тока при номинальном напряжении на дуге. Поскольку падение напряжения в проводах сварочной цепи обычно очень мало, номинальное напряжение на дуге практически равно номинальному напряжению на зажимах источника питания дуги (с учетом включенного в сварочную цепь регулирующего ток устройства).

Номинальные напряжения однопостовых генераторов постоянного тока приведены в табл. 2. За номинальное напряжение на зажимах многопостовых генераторов при номинальном сварочном токе принимается 50 или 60 в. За номинальное сварочное напряжение при нагрузке на зажимах однопостового трансформатора (включая регулятор) принято 30 е. Номинальное вторичное напряжение трансформатора для автоматической сварки под слоем флюса определяется по данным, приведенным в табл. 3. Номинальная сила сварочного тока различна при различном режиме работы источника питания дуги. Режим работы характеризуется отношением длительности сварки к сумме длительности сварки и длительности холостого хода, выраженным в процентах. Обычно режим работы источников тока при дуговой сварке обозначают знаком ПР%. Таким образом,— время холостого хода. Понятно, что чем больше тем тяжелее режим работы и тем меньше должна быть номинальная сила сварочного тока. За номинальный режим работы однопостовых сварочных генераторе и трансформаторов принят режим при ПР-65% и многопостовых генераторов — при ПР-100%. Длительность рабочего цикла в этих случаях принимается равной 5 мин. Номинальный режим работы трансформаторов для автоматической сварки под флюсом с номинальным током 500 и 1000 а принят при ПР-60% и транс бод щитов с номинальным током 2000 а - при ПР-50%. В этих случаях продолжительность цикла пр. Под внешней характеристикой источника питания сварочной дуги понимают зависимость напряжения на зажимах, к которым подключаются сварочные провода, от силы сварочного тока. Как уже говорилось ранее, напряжение на зажимах отличается от напряжения на дуге только на величину падения напряжения в проводах. Обычно это падение напряжения мало и им пренебрегают. Следовательно, под внешней характеристикой можно понимать зависимость между напряжением на дуге, изменяющим я с изменением длины дуги, и силой сварочного тока. Внешние характеристики изображают в виде графиков (фиг. 4). Если на графике внешней характеристики нанести линию, показывающую напряжение на дуге при сварке (характеристику дуги), то точка в пересечения линий будет точкой горения дуги, а отрезок Ос будет равен величине силы варочного тока. Отрезок окажет величину силы тока короткого замыкания, а отрезок величину напряжения холостого хода. Таким образом, по внешней характеристике источника питания дуги можно судить о величине силы тока при любом напряжении на дуге. Внешняя характеристика является постоянной только для данной настройки источника питания дуги. При регулировании силы сварочного тока или напряжения холостого хода вид внешней характеристики изменяется. Внешняя характеристика Характеристик дуги Сила тока с внешней характеристики источников питания сварочной дуги (однопостовых генераторов и трансформаторов с регуляторами). Различные по назначению источники питания дуги обычно имеют различные внешние характеристики. Так, внешние характеристики генераторов и трансформаторов для ручной сварки должны быть падающими или еще лучше крутопадающими. При таких характеристиках ток короткого замыкания лишь незначительно превышает рабочий ток, а изменения длины дуги не вызывают больших изменений силы тока. Это способствует нормальной работе источника питания (без перегрева) и хорошему формированию сварных швов. Генераторы и трансформаторы для автоматической сварки чаще имеют пологие или даже жесткие характеристики, при которых напряжение на зажимах мало зависит от величины тока. Такие характеристики улучшают устойчивость процесса автоматической сварки на установках с постоянной скоростью подачи электродной проволоки. Современные источники питания сварочной дуги, как правило, снабжаются шкалами-указателями величины сварочного тока и фильтрами для подавления радиопомех.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

   
© ALLROUNDER