Дуговая сварка. Сущность процесса. Виды дуговой сварки.

Тема 3.2.1 Дуговая сварка. Сущность процесса

Вопросы:

2. Понятие об элек­трической дуге и ее основные свойства.

3. Сварочная про­волока.

1.Дуговой сваркой называют сварку плавле­нием, при которой нагрев осуществляется электрической дугой. Электрическая дуга представляет собой длительный устойчивый электрический разряд между двумя электродами в ионизированной атмосфере газов и паров металла. Явление электрической дуги открыл В. В. Пет­ров в 1802 г. Русский инженер Н. Н. Бенардос в 1882 г. первым в мире применил электрическую дугу для свар­ки металлов угольным электродом на постоянном токе. В 1888 г. русским инженером Н. Г. Славяновым был разработан способ дуговой сварки металлическим элек­тродом, который в настоящее время является самым распространенным в технике. Этим способом можно сваривать постоянным и переменным током. В 1940 г. советский ученый Е. О. Патон разработал автомати­ческую сварку металлов под слоем флюса. Наша стра­на является родиной многих других открытий в об­ласти сварочного производства. Преимущественное применение имеет сварка переменным током. Это свя­зано с тем, что стоимость электросварочного оборудова­ния и расход электроэнергии для переменного тока зна­чительно ниже, чем для постоянного.

Электрическая дуговая сварка в настоящее время яв­ляется важнейшим промышленным видом сварки метал­лов и занимает по числу действующих установок, занятых рабочих и стоимости выпускаемой продукции, пер­вое место среди других способов сварки.

Рис. 65 Способы электродуговой сварки:

а – неплавящимся электродом (способ Бенардоса); б – плавящимся электродом (способ Славянова); в – сварка дугой косвенного действия; г – сварка трехфазной дугой

Источником тепла при дуговой сварке служит элек­трическая дуга, которая горит между двумя электрода­ми; при этом, как правило, одним электродом является свариваемая заготовка. В зависимости от материала и количества электродов, а также способа включения электродов и заготовки в цепь электрического тока раз­личают следующие способы дуговой сварки:

сварка неплавящимся электродом (рис. 65, а) – угольным (способ Бенардоса) или вольфрамовым. Сое­динение осуществляется либо путем расплавления толь­ко одного основного металла 2,либо с применением присадочного металла;

сварка плавящимся электродом по способу Славянова (рис. 65, б). Электрод 1 подается в сварочную ван­ну жидким металлом;

сварка дугой косвенного действия (рис. 65, в). Дуга горит между двумя плавящимися или неплавящимися электродами 1,основной металл 2 нагревается и плавит­ся теплом, излучаемым столбом дуги;

сварка трехфазной дугой (рис. 65, г). Два электро­да 1 и деталь 2 подключены к разным фазам трехфаз­ного тока; дуга возникает между электродами, а также между каждым электродом и основным металлом.

2. Электрическая дуга является мощным электрическим разрядом в ионизированной газовой среде. При низкой температуре газ не проводит электрический ток. Газ мо­жет проводить электрический ток лишь в том случае, ес­ли в газе появляются электрические частицы – ионы, и в этом случае его называют ионизированным. При ду­говом разряде выделяется значительное количество тепла, происходит ионизация газов.

Сильно ионизированный газ столба электрического разряда – дуги обладает повышенной электропроводно­стью, приближающейся к электропроводности металлов, и обеспечивает поддержание устойчивого разряда при прохождении тока. Основаниями столба дугового разря­да служат резко ограниченные области на поверхности электродов –электродные пятна (катодные и анодные). Ионизация газа происходит в основном в результате соударений молекул с электронами, имитирующими с поверхности отрицательного электрода (катода). С уве­личением силы тока увеличивается кинетическая энер­гия электронов.

В дуге происходит взаимная бомбардировка катода положительными ионами и анода отрицательными иона­ми и электронами; в результате этого кинетическая энергия частиц переходит в тепловую и происходит на­грев и расплавление электрода и основного металла.

На рис. 66 схематически показан процесс зажига­ния дуги при сварке. Он состоит из трех этапов: корот­кое замыкание электрода на заготовку, отвод электрода на расстояние 3…6 мм и возникновение устойчивого ду­гового разряда.

Короткое замыкание (рис. 66, а) производится с це­лью разогрева торца электрода 1 и основного металла в зоне контакта с электродом 2. После отвода электро­да (рис. 66, б) с его разогретого торца, являющегося ка­тодом, под действием электрического поля происходит эмиссия электронов 3. Столкновение быстродвижущихся по направлению к аноду электронов с молекулами газон и атомами паров металлов приводит к их ионизации 4. В результате дуговой промежуток становится электро­проводным и через него начинается разряд электриче­ского тока. Процесс зажигания дуги заканчивается воз­никновением устойчивого дугового разряда (рис. 66, в).