§ 104. Дуговая сварка

Дуговая сварка — ручная и автоматическая—наиболее рас-пространенный вид сварки. Изобрели дуговую сварку найди со-отечественники Н. Н. Бенардос и Н. Г. Славянов. Первый из них в 1882 г. создал способ сварки угольным электродом, а второй в 1888 г. — способ сварки металлическим электродом.

Ручная дуговая сварка

Общие сведения. В промышленности большей частью применяется электрическая дуговая сварка металлическим элек¬тродом. При этом способе (рис. 244) соединение элементов кон¬струкции производится следу¬ющим образом.

В . электрододержатель 1 вставляют металлический элек¬трод 2. Между электродом и из¬делием (основным металлом)

3, к которым подводится ток от сварочного генератора Г, воз-буждается электрическая дуга

4. Она представляет собой мощ¬

ный источник тепла с температурой около 6000°. Дуга расплав-ляет электрод 2 и основной металл 3, под дугой образуется сва-рочная ванна 5. Расплавленный металл электрода мелкими ка-пельками поступает в сварочную ванну, где перемешивается с расплавившимся основным металлом. По мере остывания сва¬

рочной ванны с перемещением дуги по кромкам свариваемых лк- стов жидкий металл отвердевает (кристаллизуется); образуется сварной шов 6, прочно соединяющий кромки листов.

При сварке по способу Бенардоса в электрододержатель / вместо металлического вставляют угольный электрод 2 и для формирования шва вво¬дят в зону дуги пруток присадочного металла 7. В остальном все про¬исходит так же, как при сварке по способу Сла- вянова.

На рис. 245 показа¬ны основные типы свар¬ных соединений: стыко¬вое (а), тавровое (б), угловое (в) и нахлес- точное (г).

При сварке очень важно обеспечить

Рис. 246. Крутопадающая внешняя характе ристика сварочного источника тока

устойчивое горение дуги и постоянство силы тока; без этого нель¬зя получить сварное соединение хорошего качества. В силу ска¬занного сварочные источники тока отличаются от обычных тем, что у них напряжение Uu на зажимах, к которым присоединяет¬ся цепь, не остается постоянным, а падает с увеличением в дуге 

тока /д. О таких источниках тока говорят, что они имеют круто-падающую внешнюю характеристику (рис. 246).

Дуговую сварку можно вести как на постоянном, так и на переменном токе. Постоянным током дуга питается от свароч-ного генератора, а переменным током — от сварочных аппаратов, называемых трансформаторами.

Наша отечественная промышленность выпускает много раз-личных типов сварочных генераторов и трансформаторов для ручной и автоматической сварки. Основные типы сварочных ге-нераторов— ПС-500 и ПСМ-1000, а сварочных трансформато-ров— СТАН-1, СТЭ-24, СТЭ-34 и ТСД-1000-3.

Электроды. Дуговая сварка по способу Сла- вянова производится, как уже указывалось, плавя-щимся электродом (рис. 247). Это металлический стержень (электродная проволока), покрытый сло-ем смеси определенного состава, растворенной в жидком стекле. Покрытие делают способом окуна-ния или способом прессования. Электроды со све-жим слоем покрытия (обмазки) просушивают, затем прокаливают до полного удаления влаги.

Различают два типа электродов: простые и ка¬чественные. Простые электроды имеют тонкое по¬крытие, а качественные электроды — толстое покры¬тие. Назначение тонких покрытий — облегчить свар¬щику зажигание дуги и повысить ее устойчивость в процессе сварки. Толстые покрытия служат как для этих целей, так И для защиты металла шва от вред¬ного влияния среды. При сварке качественными электродами в металл шва почти не попадает ни кислород, ни азот воздуха, поэтому прочность свар¬ного соединения получается значительно более вы¬сокой, чем при сварке простыми электродами. По этой причине сварка конструкций почти всегда ве¬дется качественными электродами.

Различное действие покрытий объясняется их составом. В тонкие покрытия входят ионизирующие и связующие вещества, качественные покрытия содержат, кроме ионизирующих и связу¬ющих веществ, также газообразующие, шлакообразующие, рас¬кисляющие и легирующие вещества.

Сварка листов. Чтобы произвести сварку листов, преж¬де всего зачищают очень аккуратно кромки листов, удаляя с них грязь, окалину, ржавчину. Затем в соответствии с толщиной лис¬тов 6 выбирают диаметр электрода d и силу сварочного тока I д. После этого приступают к сварке, выдерживая определенную длину дуги Ld В зависимости от положения шва.

Рис. 247. Электрод для ручной дуговой сварки

При выборе диаметра электрода, величины сварочного тока и длины дуги можно руководствоваться данными, приведенными. 

Нижнее

Потолочное

Вертикальное

хг

2-5

1,5

Лл в мм

2—3

При толщине свариваемого металла от б до 12 мм производят сварку не в один, а в несколько слоев. Чтобы проварить со¬единение на всю толщину, делают предварительную подготовку (разделку) кромок, заключающуюся в образовании у них скосов

Рис. 248. Стыковой V-образный шов при сварке металла большой толщины

разной формы. Для примера на рис. 248 показано соединение листов толщиной 20 мм многослойным швом при V-образной под¬готовке кромок.

Требования к ручной дуговой сварке. Основное достоинство ручной дуговой сварки в том, что этим способом можно получать соединения при любом пространственном поло-

женин шва — нижнем, вертикальном и потолочном. Многослой¬ным швом, при соответствующей форме подготовки кромок, удается сваривать металл толщиной до SO и даже до 100 мм. Важнейшее условие успеха — строгое соблюдение установленно¬го порядка наложения швов и заданного технологического режи¬ма. Нарушение этого условия, особенно при сварке металла больших толщин, может вызвать появление трещин в сварном шве или в околошовной зоне и повлечь за собой значительное изменение размеров всей конструкции в результате коробления.

Ручная дуговая сварка тонкого металла должна выполнять-ся особенно тщательно: малейшая неточность, допущенная при ведении электрода, грозит проплавлением изделия насквозь, об¬разованием прожогов. В связи с этим ручную дуговую сварку металла толщиной менее 2 мм применяет сравнительно редко, причем ее доверяют только сварщикам наивысшей квалифика¬ции.

В отношении производительности ручная дуговая сварка вы¬годна при соединении металла толщиной от 2 до 40 мм; при большей толщине металла производительность очень мала.

Автоматическая дуговая сварка

В нашей промышленности и в строительстве наряду с ручной дуговой сваркой широко применяются рдзличные виды автома¬тической дуговой сварки, особенно автоматическая сварка под

флюсом- Этот способ и вся свя¬занная : ним технология, а так-же аппаратура были разрабо¬таны Киевским институтом электросварки им. Е. О. Пато- на Академии наук УССР.

Рис. 249. Схема установки для авто-матической сварки под флюсом

Автсматическая дуговая сварка под флюсом значитель¬но преЕОСходит ручную качест¬вом получаемых соединений и еще большей производитель¬ностью Высокое качест¬во соединений, сваренных ав¬томатов (схема его дана на рис. 249), объясняется тем, что при этом способе электродная про-волока 1 подается к дуге по мере ее расплавления не вручную, а специальным механизмом 2; при это11 шов 6 очень надежно защищен от кислорода и азота воздуха слоем флюса 3, под кото¬рым горит дуга 4. Высокая производительность спо¬соба достигается благодаря возможное^ применять на автома¬тах токи, в несколько раз большие, чем гри ручной дуговой свар¬ке (например при автоматической сварре под флюсом металлом

больших толщин пользуются токами до 3 тыс. а) и, следователь¬но, увеличивать во столько же раз скорость сварки.

При автоматической дуговой сварке под флюсом сварочная цепь обычно питается переменным током от специальных мощ¬ных сварочных трансформаторов 5. Однако не исключается при¬менение сварочных генераторов, питающих дугу постоянным током.

Автоматическая сварка особенно эффективна, когда она ве-дется длинными прямолинейными, а также кольцевыми швами. Сварка короткими и особенно криволинейными швами на автома¬тах нецелесообразна, иногда и невозможна; в этих случаях применяют специальные дуговые полуавтоматы. Автоматической сваркой получают швы в нижнем и вертикальном положениях, причем для наложения вертикальных швов пользуются особыми автоматами.

Выше говорилось об однофазной дуговой сварке, т. е. о такой сварке, при которой между электродом и свариваемым из¬делием горит одна дуга. В настоящее время применяют также автоматическую трехфазную дуговую сварку; к изделию по¬дается не один, а два электрода и под флюсом горят три дуги: одна между электродами и две между электродами и изде¬лием.

Трехфазная сварка ценна тем, что позволяет регулировать количество наплавленного электродного и основного металла, что в некоторых случаях (например при сварке специальных сталей) имеет решающее значение. Наряду с этим данный спо-соб сварки весьма производителен и, кроме того, дает возмож-ность более равномерно загружать заводскую электрическую сеть, чем однофазная сварка.

Электрической дугой сваривают не только сталь, но и чугун, цветные металлы. Сварка чугуна производится вручную чугун¬ными электродами с предварительным подогревом соединяемых деталей до 550—650°.

Медь сваривают вручную и на автоматах. При ручной сварке обычно применяют угольный электрод и присадочную проволоку из меди, в которую введены специальные добавки. На автома¬тах сварку выполняют угольным электродом или медной прово¬локой под флюсом.

Сварка алюминия также производится вручную (алюминие-вой электродной проволокой со специальной качественной обмаз¬кой) и на автоматах (алюминиевой проволокой под специаль¬ным флюсом).

Аргонодуговая сварка

В последние годы в промышленности получил распростра-нение особый способ дуговой сварки металла — в защитном газе: аргоне (иногда гелии), углекислом газе или азоте. При этомспособе (рис. 250) дуга 2 горит между электродом 1 и изделием 3 в атмосфере 4 газа, например аргона. Аргон защищает свароч¬ную ванну от вредного действия кислорода и азота воздуха и улучшает устойчивость дуги.

Ручная аргонодуговая сварка, дающая сварные соединения очень хорошего качества, обычно производится неплавящимися вольфрамовыми электродами. Для формирования шва применя¬ют пруток 5 присадочного металла, состав которого отвечает

составу металла изделия. Автоматическая аргоно¬дуговая сварка ведется плавящимся электродом соответствующего соста¬ва. Электрод подается к дуге специальным меха¬низмом автомата. Пита¬ние сварочной цепи при обоих видах аргонодуго- вой сварки, как правило, осуществляется от специ¬ального генератора 6 по¬стоянного тока.

Производительность аргонодуговой сварки, так же как и обычной дуговой, значительно выше производительности газовой сварки. Это объясняется тем, что дуга обладает более высо¬кой температурой и обеспечивает более концентрированный ра¬зогрев, чем сварочное пламя, которым производится газовая сварка.

Аргонодуговая сварка несколько дороже дуговой и газовой. Этим способом сваривают нержавеющие стали и специальные сплавы из цветных металлов.