1. Способы сварки плавлением

а б в

Рис. 3.32. Этапы зажигания дуги: а - короткое замыкание; б - отвод электрода; в - возникновение устойчивого дугового разряда

Основным способом сварки плавлением является дуговая сварка. Источником теплоты при дуговой сварке является электрическая дуга, которая горит между электродами, один из которых - свариваемая заготовка.

Дуга - это мощный стабильный электрический разряд в ионизированной атмосфере газов и паров металла. Ионизация дугового промежутка происходит во время зажигания дуги и непрерывно поддерживается в процессе ее горения. Процесс зажигания дуги в большинстве случаев включает три этапа (рис. 3.23):

а) короткое замыкание электрода на заготовку, выполняемое для разогрева торца электрода 1 и заготовки 2;

б) отвод электрода на расстояние 3...6мм; при этом с катода 1 начинается эмиссия электронов 3 и в результате столкновения движущихся к аноду 2 электронов с молекулами газов и паров металла происходит их ионизация 4;

Рис. 3.33. Схема ручной дуговой сварки

в) возникновение устойчивого дугового разряда: дуговой промежуток после ионизации становится электропроводным и через него идет разряд электричества.

Температура столба дуги 6 достигает 6000...7000С, а температура катодного 5 и анодного 7 пятен стальных электродов соответственно 2400С и 2600С.

Ручная дуговая сварка выполняется сварочными электродами, которые подают в дугу и перемещают вдоль заготовки (рис. 3.24). Дуга 8 горит между стержнем электрода 7 и основным металлом 1. Стержень плавится и металл каплями стекает в металлическую ванну 9. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода 6, обеспечивая стабилизацию дуги, образование газовой защитной атмосферы 5 и жидкой шлаковой ванны 4. По мере движения дуги сварочная ванна, состоящая из жидкого металла и шлака, затвердевает и образуется сварной шов 3; жидкий шлак по мере остывания образует твердую шлаковую корку 2.

В перегретой сварочной ванне могут происходить металлургические процессы: испарение или окисление некоторых легирующих элементов (C, Mn, Cr, Si и др.), насыщение расплавленного металла кислородом, азотом, водородом из окружающего воздуха. В результате могут измениться состав шва и его механические свойства.

Так как сварной шов представляет собой сплав электронного и основного металла и его механические свойства целиком определяются ими, для обеспечения качественного шва в зависимости от условий разработаны и могут быть применены десятки марок электродов, отличающихся как материалом проволоки (стержня), так и составом покрытия.

Стержни изготавливают из проволоки диаметром 0,3...12мм, из сталей - от углеродистой (Св-08, Св-10ГС и др.) до высоколегированной (Св-06Х19Н10М5Т; Св-07Х25Н13 и др.). В марках проволоки “Св” обозначает - “сварочная”.

В состав покрытия электродов входят стабилизирующие, газообразующие, шлакообразующие, раскисляющие, легирующие и связывающие составляющие.

Рис. 3.34. Схема автоматической дуговой сварки под флюсом: 1 – токопровод; 2 - механизм подачи; 3 – проволока; 4 -жидкий шлак; 5 – флюс; 6 - шлаковая корка; 7 - сварной шов; 8 - основной металл; 9 - ванна жидкого металла; 10 - дуга

Стабилизирующие составляющие (силикаты натрия, калия, мел и др.) повышают стабильность горения дуги. Газообразующие образуют при нагреве защитные газы вокруг дуги. Шлакообразующие образуют шлак, служащий для защиты расплавленного металла от воздействия воздуха и являющийся средой, через которую осуществляется раскисление, легирование металла. В качестве связующего применяют жидкое натриевое стекло.

Автоматическая дуговая сварка под флюсом отличается от ручной тем, что все процессы автоматизированы, сварку ведут непокрытой электродной проволокой, а дугу и сварочную ванну защищают флюсом (рис. 3.25). Процесс сварки в автоматическом режиме в 15...20 раз производительнее по сравнению с ручной сваркой за счет использования больших сварочных токов (до 2000А) и плотной флюсовой защиты.

Дуговая сварка в защитных газах может осуществляться как плавящимся, так и неплавящимся электродом, в последнем случае в зону дуги вводится пруток или проволока из присадочного материала. Возможна сварка неплавящимся электродом без присадки. В этом случае процесс происходит только за счет расплавления кромок заготовок; применяют этот способ для сварки заготовок, имеющих небольшую 0,1...3мм толщину. В качестве защитных газов применяют инертные газы – аргон, гелий и активный газ – СО₂.