Фиг. 51. Схема процесса дуговой
сварки угольным электродом.Дуговой сваркой называют сварку, при которой для нагревания соединяемых изделий используется непосредственно вольтова дуга.
Дуговая сварка была изобретена в 1885 г. русским изобретателем Н. Н. Бенардосом, который впервые использовал для сварки уже известную тогда в электротехнике вольтову дугу.
Предложенный им способ дуговой сварки осуществлялся при помощи угольного электрода.
В 1891 г. русский инженер Славянов предложил новый метод дуговой сварки, а именно дуговую сварку металлическим электродом.
Оба метода дуговой сварки, и в особенности дуговая сварка металлическим электродом, получили широкое применение в самых разнообразных отраслях Промышленности во всем мире.
Со дня своего появления дуговая сварка стала вытеснять газовую сварку и только сварка сталей малых толщин и сварка цветных металлов до последнего времени выполняется с помощью газовой сварки.
Дуговая сварка угольным электродом находит применение прежде всего для стыковых соединений с отбортовкой, для которых присадочный металл требуется в небольших количествах или не требуется вовсе.
Затем этот метод применяется также при сварке толстостенных конструкций, когда кромки не отбортовываются и не скашиваются, а оставляется зазор, примерно, в 5—8 мм; в этот зазор вставляются полоски из основного металла, служащие присадочным металлом.
Дуговая сварка угольным электродом дает хорошие результаты при сварке листового материала толщиной 0,5 и 0,25 мм. В табл. 9 даны оптимальные режимы этого процесса сварки.
Таблица 9
Режим дуговой сварки угольным электродом
| Толщина свариваемой стали в мм |
Рабочее напряжение в вольтах |
Сила тока в амперах |
Диаметр угольного электрода в мм |
| 0,20—0,25 |
20—22 |
120 |
6 |
| 0,5 |
22—27 |
160 |
6 |
| 0,75—0,1 |
25—30 |
160 |
10 |
| 1,5 |
35 |
160 |
10-12 |
При сварке листов толщиной в 1—1,5 мм края отбортовываются и сварка осуществляется без присадочного материала.
Длина угольных электродов в среднем колеблется от 150 до 300 мм.
При сварке угольными электродами следует отдавать предпочтение постоянному току, чем достигается большая устойчивость дуги, и так как электрод сгорает медленнее, то можно использовать меньшую силу тока.
В настоящее время дуговая сварка угольным электродом в самолетостроении не применяется, но может и должна найти применение при сварке конструкционных сталей.
Фиг. 52. Схема сварки
металлическим электродом.Сварка металлическим электродом представляет собой вид дуговой электросварки, при котором вольтова дуга возникает между основным свариваемым металлом и металлическим электродом, служащим присадочным материалом. Схема процесса этого вида сварки дана на фиг. 52.
При сварке вольтова дуга образуется в результате соприкосновения электрода со свариваемой деталью и последующего отрыва электрода от детали.
При установившемся горении вольтовой дуги мы имеем между электродами столб ионизированного газа высокой температуры, примерно, 5000° С. В дуге протекают электроны. Движение электронов связано с образованием катодного пятна на одной из границ ионизационной среды. Эмиссия электронов с катода происходит в основном благодаря сильному разогреву поверхности катода. Электроны после вылета из катода приобретают ускорение под действием электрического поля в области катодного падения напряжения. Это ускорение дает электронам кинетическую энергию, достаточную для поддержания ионизации и высокой температуры дугового пространства. При постоянном токе катодное пятно располагается на отрицательном конце дуги, при переменном же токе катодное пятно перебрасывается с одного электрода на другой, причем происходит перерыв тока и переход через нуль понижает ионизационное состояние среды, что ухудшает стабильность дуги.
Под влиянием высокой температуры происходит перенос металла от электрода на свариваемую деталь в виде шарообразных капель (фиг. 53). Перенос каждой капли сопровождается увеличением силы тока. Исследование металлических коллоидных растворов при образовании вольтовой дуги между двумя металлическими электродами, погруженными в жидкость, показывает, что при дуговой сварке перенос металла в виде газов или паров маловероятен. И, действительно, работа Академии наук Украинской ССР (в то время) показала, что при сварке в виде мельчайших капель переносится более 85% расплавляемого металла.
 |
| Фиг. 53. Схема процесса переноса металла в дуге.
A — высокая температура дуги расплавляет конец электрода и лежащий против него основной металл. a — электрод; Ь — кончик электрода; с — обмазка; d — вольтова дуга; е — защитное пламя; f - вратер; h — застывший металл.
B - капля расплавленного металла переходит о электрода на основной металл.
C - переходящая капля приводит к короткому замыканию. Дуга потухает. Защитное пламя сохраняется.
D - после перехода капли замыкание прекращается. Дуга вновь воспламеняется, и расплавленная капля покрывается шлаком.
|
Диаметр капель колеблется в пределах от 0,01 до 2,5 мм, а скорость переноса капель— от 2,5 до 40 м/сек.
Каждая капля покрыта шлаковой оболочкой (при сварке обмазанными электродами), причем толщина этой оболочки колеблется в пределах от 0,026 до 0,161 мм.
Капли, летящие с большой скоростью в вольтовой дуге, ударяются о поверхность расплавленного металла и проникают в глубь ванны. Здесь шлак отделяется от металла и всплывает на поверхность ванны.
При отрыве капли с кончика электрода происходит короткое замыкание сварочной цепи и сила тока в дуге повышается до максимума. При хорошем электрическом режиме получается равномерное колебание тока с большой частотой. Каждому максимуму силы тока соответствует падение напряжения до нуля, показывающее короткое замыкание дуги при переходе капли металла. Сила тока меняется вследствие переноса металла.
Если сварка производится в нижнем положении, то расплавленные капли присадочного металла попадают в сварочную ванну основного металла. Этот переход осуществляется под действием силы тяжести капель.
Часть 1 | Часть 2
