Что такое дуговая сварка плавящимся электродом

Обновлено: 04.10.2024

Сварка – создание неразъёмного соединения путём установления межатомных связей между соединяемыми предметами при нагревании. Проще – когда атомы свариваемых кромок, расплавляясь и перемешиваясь в месте соединения, образуют сварной шов. Сваривают металлы и неметаллические материалы: стекло, пластмассу и другие.

Процесс дуговой сварки – плавление материала в месте соединения деталей. На электрод подаётся электрический ток, между ним и свариваемым металлом при контакте возникает электрическая дуга, в зоне которой материал оплавляется, образуя сварочную ванну.

Виды электродуговой сварки

По уровню автоматизации электродуговая сварка подразделяется на четыре вида:

ручная;
механизированная – применяются средства автоматизации, но участие сварщика обязательно;
полуавтоматическая – процесс автоматизирован, но детали двигает рабочий;
автоматическая – работа автоматизирована, оператор контролирует ход процесса.

Классификация и способы

Электродуговая сварка классифицируется по методу защиты сварочной ванны:

не защищена – процесс происходит при свободном доступе воздуха;
в вакууме – воздух откачивается;
шов делается в защитном газе – инертном или активном;
процесс под флюсом – жидкий металл защищается от воздуха расплавленным шлаком, образующимся при плавлении флюса;
комбинированные способы защиты.

По виду тока подразделяется на сварку:

переменным – от трансформатора;
постоянным – от сети с помощью выпрямителя или генератора;
импульсно-дуговым – электричество подаётся импульсами, это позволяет контролировать дугу при условии регулирования тока.

Разновидности

Типы процессов различают по типу дуги:

прямого действия – возникает между электродом и свариваемой деталью;
косвенного действия – дуга горит между анодом и катодом, а металл не входит в электрическую цепь;
дуга горит между плавящимися электродами и соединяемыми кромками, электропитание переменным трёхфазным током;
сжатая дуга – радиус горения ограничивают подающиеся к месту сваривания струи газа.

Электроды бывают плавящимися (стальными, чугунными, алюминиевыми, медными) и неплавящимися. Первые выполняют и функцию присадочного материала. Для ручной дуговой – электроды в виде стержней круглого сечения различного диаметра. Состав материала обмазки выбирается в зависимости от металла свариваемых частей и особенностей техпроцесса.

Ручная дуговая сварка

Параметры ручной электродуговой сварки указаны в межгосударственном стандарте ГОСТ 5264-80, действующим взамен принятого в СССР в 1981 году ГОСТ 5264-69. В нём учтены:

тип соединения;
форма подготовленных кромок;
характер сварного шва;
поперечное сечение шва и кромок;
толщина свариваемых деталей.

ГОСТ регламентирует предельные отклонения в сочетаниях вышеперечисленных признаков. Требования ГОСТ 5264-80 не распространяются на сварные соединения стальных трубопроводов, для них – ГОСТ 16037-80.

Принцип действия

Источником нагрева соединения является сварочная дуга – концентрированная лучистая энергия в промежутке между электродом и изделием. Питание происходит от трансформатора при переменном токе или преобразователя – при постоянном. От источника питание подаётся проводами на электрод, зажатый в держателе, и на изделие. При контакте между ними возникает дуга. Шов образуется от расплавления электрода и соединяемой кромки.

Создание дуги

Дуга возникает от нагревания торца электрода, являющийся в электрической цепи катодом. Он соприкасается с изделием, цепь замыкается. При прохождении тока через контакт с большим сопротивлением выделяется большое количество тепловой энергии. При отрыве электрода на расстояние 1-2 миллиметра зажигается дуга, и начинается термоэлектронная эмиссия. Зажигание и горение возможны при наличии трёх компонентов:

Электрический источник питания, у которого напряжение холостого хода выше напряжения дуги.
Ионизация в столбе дуги.
Реактивное сопротивление в сварочной цепи – это повышает стабильность горения.

Области сварочной дуги

Сварочная дуга включает в себя три основные зоны:

Катодная – находится между столбом дуги и поверхностью катода.
Столб дуги – между катодной и анодной зонами.
Анодная – состоит из анодного пятна и приэлектродной части. Ток в ней образуется потоком электронов из столба.

Под влиянием высокой напряжённости возле катода с его пятна вырываются свободные электроны, которые летят к аноду. За счёт бомбардировки электронов происходит интенсивное нагревание катода.

Источники питания

Трансформатор – источник питания электрической дуги. Напряжение подаваемого из сети тока изменяется регулировкой расстояния между первичной и вторичной обмоткой: приближение уменьшает индуктивное сопротивление и увеличивает ток. Удаление уменьшает его. Обмотка, подключенная к сети – первичная, к держателю и свариваемому изделию – вторичная.

Примерная стоимость трансформаторов. Яндекс.Маркет

Используемые электроды

При сварке постоянным и переменным током электроды применяют разные, маркировка первых имеет в маркировке буквенную аббревиатуру УОНИ, вторых — МР. И те, и другие покрываются специальной обмазкой для сварки сталей:

углеродистых и низкоуглеродистых конструкционных;
легированных конструкционных;
легированных теплоустойчивых;
высоколегированных с особыми свойствами;
для наплавки поверхностных слоёв с особыми свойствами.

По толщине обмазки в прямой зависимости от соотношения диаметра электрода к диаметру стального сердечника:

с тонким покрытием, соотношение меньше 1,20;
со средним, D/d между 1,20 и 1,45;
с толстым, D/d между 1,45 и 1,80;
с особо толстым, D/d больше 1,80.

По составу покрытия маркируются:

кислое – А;
целлюлозное – Ц;
рутиловое – Р;
основное – Б;
прочие – П.

Смешанное покрытие отмечается сочетанием соответствующих ему символов.

Ещё одна маркировка – по положению электрода по отношению к поверхности детали:

для всех – 1;
для всех, кроме вертикального – 2;
для нижнего, горизонтального к вертикальной плоскости сварки и вертикального снизу вверх – 3;
для нижнего и нижнего в лодочку (свариваемые поверхности под прямым углом) – 4.

Технология выполнения ручной дуговой сварки

Перед основным процессом проводят подготовительные, без которых сварной шов не будет качественным: правку, очистку, разметку, резку и сборку. Зажигание дуги между электродом и изделием выполняется в два приёма: прикосновение к поверхности, короткое замыкание, отрыв на расстояние, равное диаметру электрода. Зажигают двумя способами: впритык и чирканьем. В первом случае металл разогревается в точке, где происходит короткое замыкание, во втором – в нескольких местах.

После зажигания электродный и основной металлы начинают плавиться, на месте шва образуется ванна расплава. Задача сварщика – поддерживать длину дуги постоянной, от этого зависит качество соединения. Оптимальная длина дуги – от 0,5 до 1,1 диаметра.

Угол наклона к поверхности обеспечивает достаточную глубину плавления свариваемых деталей. Также он зависит от толщины и состава металла, диаметра электрода, толщины и вида покрытия, расположения сварки в пространстве.

Перемещение электрода

Если вести сварку вдоль линии соединения, то ширина валика зависит только от сварочного тока и скорости операции, она составит не больше 1,5 от диаметра электрода. Такие швы не обеспечивают качество сварки толстых листов металла. Крепкий шов и широкий валик получится, если вести процесс колебательными движениями электрода из стороны в сторону.

Что влияет на качество и размеры сварного шва

Эти два показателя зависят от выбора режима сварки:

диаметр и угол наклона электрода;
скорость;
напряжение на дуге;
сварочный ток.

Диаметр электрода выбирают исходя из толщины металла и типов соединения и шва. На качество шва существенно влияет длина дуги. На практике оптимальную её величину определили в 2-8 мм.

Сварочный ток устанавливают в зависимости от диаметра электрода.

Как легко и правильно сваривать металл электродами начинающим

Стать хорошим сварщиком — задача не из простых. Но это значит обеспечить себя востребованной, интересной и высокооплачиваемой работой. В нашей статье Вы найдете подробное и пошаговое описание сути процесса и способов как самостоятельно начать сваривать будь то забор, гараж или теплица.

Азы электросварки

Итак, подробно рассмотрим с чего лучше начать, или же дуговая сварка для начинающих.

Во-первых, вкратце разберемся с теорией сварочных работ. Чтобы понять суть процесса, прежде нужно расшифровать несколько терминов:

Сварочная дуга – это длительный электрический разряд (создающийся с помощью сварочного аппарата) существующий благодаря поддерживаемому электрическому полю, расплавляющий участок стыкуемого элемента. Температура сварочной дуги очень высока, она колеблется от 6000 до 8000 °С.

Длина дуги – это расстояние от конца электрода до изделия. Длина дуги бывает:

короткая — 1-1,5мм;
нормальная-1,5-2мм;
длинная -более 3мм.

Эффективно использование короткой дуги. Именно так обеспечиваются хорошая защита и малое тепловложение при сварке. Чем больше длина дуги, тем хуже защита и выше напряжение на дуге, а вследствие выше и температура шва.

Повышенная температура шва может привести к перегреву металла. Последующим деформациям, а в случае с легированными сталями и к выгоранию легирующих компонентов.

Электрод – металлический стержень, на который нанесен слой того или иного покрытия, улучшающий его свойства. При сварке сердечник электрода расплавляется и формирует шов. Они подсоединяются к сварочному аппарату и через него подводится ток к свариваемому элементу.

Какие же электроды применяют

с основным покрытием
с кислотным покрытием
электроды с целлюлозным покрытием
электроды с рутиловым покрытием

Подбор диаметра электродов осуществляется по таблице, предоставляемой производителем (обычно указываемой на упаковке), выбирают по толщине заготовки.

Сварочная ванна – расплавляемый при сварке участок стыкуемого элемента, где происходит смешивание частиц элемента и расплавленного электрода.

Температура сварочной ванны выше чем температура плавления свариваемого металла, обычно превышение над температурой плавления составляет 100-500°С.

Как происходит сварка плавящимся электродом

Процесс происходит таким образом: зажигается дуга, металл стыкуемой детали и электрода плавятся и перемешиваются в сварной ванне, при остывании расплавленного металла получается сварочный шов. Чем больше сварочный ток, тем глубже проплавляется металл (провар).

Дуговая сварка может осуществляться под воздействием постоянного (DC) так и переменного тока (АС).

Процесс проводимый на переменном токе на практике используется довольно редко из-за того, что горение дуги нестабильно. В основном на переменном токе сваривают толстолистовой металл, поскольку именно при переменном токе возможно получить наибольшую температуру, требующуюся для проплавления деталей.

Также незаменима в случае сваривания намагниченного металла, поскольку в данном случае использование постоянного тока исключается. Из оборудования необходим трансформатор и специализированный сварочный аппарат.

Процесс на постоянном токе наиболее распространена, поскольку сварочная дуга в процессе горит более стабильно, что позволяет получить шов при меньших трудозатратах, также при данном виде сварки образуется меньше брызг, что тоже упрощает работу сварщика. Из оборудования необходим выпрямитель или инвертор.

Обозначениями типов сварки

Зачастую, новички в сварочном деле сталкиваются с различными обозначениями типов сварки MMA, MIG, MAG, TIG. Что же значат эти буквы? Давайте поподробнее разберем каждый из перечисленных типов.

ММА — это ручная дуговая сварка плавящимся штучным электродом. Это самый простой вид сварки, используемый как в промышленности, так и в быту.

MIG — это дуговая сварка в среде инертного газа, механизированная. В качестве плавящейся присадки применяется проволока.

MАG — это дуговая сварка в среде активного газа, с плавящимся проволочным электродом.

MIG/MАG наиболее производительны по сравнению с ММА.

TIG — это дуговая сварка, неплавящимся электродом в среде инертного газа. Как видно из названия, для неё применяют вольфрамовые электроды, имеющие очень высокую температуру плавления (более 3000°С).

Перечислим основные достоинства:

Невысокая цена материалов и сварочного оборудования;
можно осуществлять в различных положениях;
Широкий спектр металлов;
Возможно проведение в стесненном пространстве;

Перечислим основные недостатки:

Сильное влияния на качество сварного шва профессионализма исполнителя;
Наличие значительного выделения вредных веществ, воздействию которых подвергается сварщик;
Невысокая производительность;
Отклонение дуги из-за намагничивания металла

Что нужно для работы инвертором

Сварочный аппарат инверторного типа или источник питания необходимый для создания сварочной дуги. Существует огромное количество различных производителей и марок инверторов, разумеется, цены на инверторы значительно отличаются.

Однако, принцип работы всех инверторов одинаков, различия существуют в вольт-амперной характеристике и качестве оборудования.

Чтобы приступить к работе необходимо:

Сварочный аппарат;
Электроды;
Маска;
Сварочные краги;
Спецодежда (роба) и спецобувь
Молоток (секач) сварщика
Щетка по металлу

Если вы в первый раз решили попробовать себя, выбирайте недорогие материалы и инструменты. Для обучения подойдет сварочный инвертор средней ценовой группы (который можно взять в аренду), электроды 3 мм и маска Хамелеон.

Как правильно сварить металл

Для правильного выполнения процесса необходимо изучить и поэтапно выполнить все операции, описанные ниже.

Также необходимо помнить, что новичку нужно в первую очередь следить за качеством работы, тщательностью выполнения операций и отработкой навыков, а не за скоростью производства работ.

Итак, первый этап – подготовка:

Собираем все необходимые инструменты и приспособления, надеваем спецодежду;
выполняем зачистку кромок детали, обезжириваем их;
подключаем электрод;
выполняем предварительную сборку на прихватки; размер прихватки может быть различным, обычно прихватки выполняют по 10-50 мм, либо в виде точек (для маленьких деталей).

Когда речь идет о работе с трубами, длина прихватки должна быть не менее 2-5 толщин стенки трубы.

Второй этап – сварка элементов. Процесс начинается с розжига дуги. Есть два основных способа:

1ый – касанием: сварочная дуга зажигается при коротком прикосновении к поверхности металла, важно сразу убрать дугу, чтобы не произошло залипание.

2ой – чирканьем: сварочная дуга зажигается при проведении (как спичкой) по поверхности металла. Данный способ предпочтителен, поскольку при нем металлу сложно залипнуть, но он не всегда применим ввиду стесненных условий.

Важный момент при сварке — это наклон электрода.

Если вы усвоите как правильно держать электрод, то сможете избежать многих неприятных последствий. Существуют три основные положения:

1.Углом вперед – сварочную дугу отклоняют от нормали на 30-60 градусов, образуя острый угол между дугой и швом. При таком положении выполняют горизонтальные, а также вертикальные швы, потолочные швы, а также выполняют стыковку труб при отсутствии возможности поворота трубы при сварке.

2. Углом назад – сварочную дугу отклоняют от нормали на 30-60 градусов, образуя тупой угол между дугой и швом. Данное положение подходит для угловых и стыковых соединений.

3. Под прямым углом – между дугой и швом образуется угол 90 градусов. Такое положение наиболее часто применимо в труднодоступных местах.

Движения электрода при сварке

Для получения качественного шва, крайне важно какими будет траектория движения.

Существуют различные способы:

Круговые или же эллиптические — при вертикальном расположении стыка. При выполнении процесса этим способом равномерно прогреваются и провариваются обе кромки. Сами круговые движения выгоняют шлак из ванны.
Движения треугольником. Движение по траектории треугольника чаще всего применяют для угловых швов. Так же как и при круговых обеспечивает хороший прогрев кромок и провар корня шва. Данный способ часто применяется при соединении деталей свыше 6мм.
Проводка электрода по z-образной траектории. Использовать лучше для деталей с толщиной стенки меньше 6мм. Характерен для выполнения процесса в нижнем положении и встык.

Положения при сварке

Различают следующие положения: нижнее, горизонтальное, вертикальное, а также потолочное.

Сложность работ при разных пространственных положениях шва значительно отличается. Самым простым считается выполнение в нижнем положении, детали находятся внизу, а сварщик над ними. Именно с таких швов следует начинать тому, кто не занимался ранее.

Потому что расплавленный металл не вытекает из сварочной ванны, что делает процесс сварки значительно легче.

Следующими по сложности считаются горизонтальные и вертикальные швы. При выполнении вертикальных и горизонтальных швов электродуговой сваркой, стыкуемые элементы находятся в вертикальном положении.

При таком положении есть риск вытекания расплава из сварочной ванны, а следовательно квалификация сварщика должна быть более высокой. Чтобы получить хороший результат при данном положении, необходимо выполнять процесс на короткой дуге, а также использовать электроды со специальным покрытием, препятствующем вытеканию металла.

При выполнении вертикального шва целесообразно вести процесс снизу вверх, дабы образовывать ступеньку, мешающую вытеканию металла. Ведение электрода сверху-вниз допустимо, но при этом возможно ухудшение качества шва за счет вытекания металла, а также не проплавления шва.

Потолочное положение считается самым сложным, ведь помимо того, что физически трудно держать над собой руку длительное время, еще и сложно обеспечить надлежащее качество шва.

Для того чтобы понять как варить потолочный шов, любому сварщику нужна практика. Для выполнения работы, которую не придется переваривать, рекомендуем выбирать электроды с основным покрытием, а также вести процесс на короткой дуге при небольшом напряжении.

Умение выполнять потолочные швы считается признаком квалифицированности сварщика.

Основные ошибки

Теперь, когда мы разобрались с основными моментами при выполнении работ поговорим о распространенных ошибках, связанных с применением электродов, а также о том, как их предотвратить.

Неумение правильно удерживать сварочную дугу. Это приводит к неравномерному расплавлению металла. Результатом становятся прожёги, грубая чешуйчатость и прочие наружные дефекты.

Применение не просушенных электродов. Это приведет к большому количеству пор. Важно хранить сварочные материалы в сухом месте.

Большая длина дуги. Данная ошибка может привести к прожогу и появлению пор.

Скорость перемещения электрода. В результате чего может образоваться непровара или наплывы. Это зависит то того быстрее или медленнее оптимального значения ведется процесс. Скорость сварки, а также силу тока сварщик индивидуально подбирает. Кто-то варит быстро и ток побольше ставит. Кто-то же наоборот более медленно ставя ток меньше. Это приходит с опытом. В начале нужно придерживаться рекомендованных значений.

Угол наклона. От угла наклона во многом зависит глубина проплавления. Углом вперед варят тонкий металл.

Советы начинающему сварщику

Перед началом выполнения работы провести подготовку.
Не забывайте произвести очистку свариваемых элементов от грязи и ржавчины, масла, краски, пыли.
Работы можно проводить только в защитном снаряжении (маска, спецодежда, спецобувь), в противном случае, весьма вероятны травмы при работе.
Подбираем электроды для каждого материала индивидуально. Не варим все подряд уонями.
Электроды просушиваем (иногда можно прогреть резаком, но лучше как положено в печи).
Особое внимание уделите выбору режима.

Сварка плавящимся электродом: технология процесса, необходимое оборудование, типы переноса электродного метала

Дуговая сварка плавящимся электродом — это метод, при котором между свариваемым изделием и концом электрода возникает электрическая дуга, под действием которой основной металл и электрод начинают плавиться, образуя сварочную ванну, а обмазочный материал электрода при этом создает газовую защитную среду, необходимую для качественного шва.

Плюсы и минусы метода

Плюсами этого способа сваривания всегда считались:

простота эксплуатации и низкая цена оборудования для сварного процесса;
возможность сваривания большого количества разновидностей металлов при широком спектре выбора электродного материала;
возможность выполнять сварные работы в труднодоступных местах;
уместно сваривание в любых пространственных положениях.

Из недостатков стоит выделить:

в процессе выделяется большое количество веществ, вредных как для самого сварщика, так и для окружающих;
качество сварного шва во многом зависит от опыта и квалификации сварщика;
скорость выполнения работ зачастую ниже, чем при иных методах;
при выполнении сварки на постоянном токе магнитные поля сильно влияют на отклонение дуги, что затрудняет процесс.

Оборудование для ручной дуговой сварки

Оборудование, необходимое для ручного дугового сваривания, состоит:

из источника питания, который может быть как переносным, так и стационарным в зависимости от вида выполняемых сварщиком работ;
из кабеля с электродержателем, в котором фиксируется покрытый специальной обмазкой электрод;
из кабеля обратного заземления для соединения свариваемого изделия с источником питания.

Также не стоит забывать о дополнительных средствах, таких, как: защитная маска, перчатки сварщика, разнообразные приспособления для удаления шлака и другие вещи, необходимые для удобства специалиста.

Перенос электродного металла: виды и характеристики

Перенос электродного металла делится на три типа:

крупнокапельный перенос. Случается, если процесс происходит с высоким напряжением на электрической дуге и невысокими параметрами тока при сваривании. Размер капель плавящегося электрода при этом имеет диаметр больше сечения самого электрода. Процесс сварки в таком случае возможен только в вертикальном пространственном положении, так как сварочная ванна при таком переносе имеет большие размеры и её становится сложно контролировать.
мелкокапельный перенос. При данном виде переноса металла капли расплавленного электродного материала равны или меньше по диаметру, чем сам электрод. Процесс сварки проходит с высоким напряжением на дуге и высокими параметрами тока. При мелкокапельном переносе увеличивается скорость выполнения работ, шов имеет более аккуратный вид. Такой тип переноса наиболее подходит для сваривания толстостенных металлов.
струйный перенос. Струйный перенос металла обычно происходит при высокой силе тока и использовании электрода с прямой полярностью. При данном переносе очень мелкие капли металла идут одна за другой непрерывной цепочкой, обеспечивая ровную и гладкую на ощупь поверхность шва. Этот же тип переноса характерен для полуавтоматической сварки в среде защитного газа.

Сварочный процесс

От источника сварочного тока к электроду поступает электроэнергия. Во время контакта электрода со свариваемым металлом образуется электрическая дуга, которая расплавляет изделие и электрод, вследствие чего возникает сварочная ванна. Электродный материал, поступая в эту ванну, сплавляет кромки металла, который нужно сварить, а обмазка обеспечивает защиту в области формирования шва и образует защитный слой по окончании процесса сваривания.

Схема сварки плавящимся электродом

Сварка плавящимся электродом в защитных газах

Этот тип сварки подразумевает собой сварку с помощью автоматических или полуавтоматических сварочных аппаратов, в процессе сварочная проволока подается в зону формирования шва. В роли защитного газа чаще всего выступают аргон либо углекислый газ, которые подаются в зону действия электрической дуги для обеспечения хорошего соединения металлов и отсутствия дефектов сварочного шва. Высокие сварочные токи и малый диаметр сварочной проволоки делают необходимой большую скорость подачи проволоки в сварочную ванну, скорость сваривания при этом составляет 15-80 м/ч.

Этот способ отличается высокой производительностью и большой скоростью процесса, что способствует его распространению в сфере промышленного производства металлоконструкций, машиностроении.

Из-за отсутствия шлаковых включений и возможности аккуратного выполнения сварки при очень малых толщинах материала данный метод получил широкое распространение на разнообразных СТО и других предприятиях по обслуживанию и ремонту автомобилей.

Электрическая дуга

Электрическая сварочная дуга – это длительный электрический разряд в плазме, которая представляет собой смесь ионизированных газов и паров компонентов защитной атмосферы, присадочного и основного металла.

Дуга получила свое название от характерной формы, которую она принимает при горении между двумя горизонтально расположенными электродами; нагретые газы стремятся подняться вверх и этот электрический разряд изгибается, принимая форму арки или дуги.

С практической точки зрения дугу можно рассматривать как газовый проводник, который преобразует электрическую энергию в тепловую. Она обеспечивает высокую интенсивность нагрева и легко управляема посредством электрических параметров.

Общей характеристикой газов является то, что они в нормальных условиях не являются проводниками электрического тока. Однако, при благоприятных условиях (высокая температура и наличие внешнего электрического поля высокой напряженности) газы могут ионизироваться, т.е. их атомы или молекулы могут освобождать или, для электроотрицательных элементов наоборот, захватывать электроны, превращаясь соответственно в положительные или отрицательные ионы. Благодаря этим изменениям газы переходят в четвертое состояние вещества называемого плазмой, которая является электропроводной.

Возбуждение сварочной дуги происходит в несколько этапов. Например, при сварке МИГ/МАГ, при соприкосновении конца электрода и свариваемой детали возникает контакт между микро выступами их поверхностей. Высокая плотность тока способствует быстрому расплавлению этих выступов и образованию прослойки жидкого металла, которая постоянно увеличивается в сторону электрода, и в конце концов разрывается.

В момент разрыва перемычки происходит быстрое испарение металла, и разрядный промежуток заполняется ионами и электронами возникающими при этом. Благодаря тому, что к электроду и изделию приложено напряжение электроны и ионы начинают двигаться: электроны и отрицательно заряженные ионы - к аноду, а положительно заряженные ионы – к катоду, и таким образом возбуждается сварочная дуга. После возбуждения дуги концентрация свободных электронов и положительных ионов в дуговом промежутке продолжает увеличиваться, так как электроны на своем пути сталкиваются с атомами и молекулами и "выбивают" из них еще больше электронов (при этом атомы, потерявшие один и более электронов, становятся положительно заряженными ионами). Происходит интенсивная ионизация газа дугового промежутка и дуга приобретает характер устойчивого дугового разряда.

Через несколько долей секунды после возбуждения дуги на основном металле начинает формироваться сварочная ванна, а на торце электрода – капля металла. И спустя еще примерно 50 – 100 миллисекунд устанавливается устойчивый перенос металла с торца электродной проволоки в сварочную ванну. Он может осуществляться либо каплями, свободно перелетающими дуговой промежуток, либо каплями, которые сначала образуют короткое замыкание, а затем перетекают в сварочную ванну.

Электрические свойства дуги определяются процессами, протекающими в ее трех характерных зонах – столбе, а также в приэлектродных областях дуги (катодной и анодной), которые находятся между столбом дуги с одной стороны и электродом и изделием с другой.

Для поддержания плазмы дуги при сварке плавящимся электродом достаточно обеспечить ток от 10 до 1000 ампер и приложить между электродом и изделием электрическое напряжение порядка 15 – 40 вольт. При этом падение напряжения на собственно столбе дуги не превысит нескольких вольт. Остальное напряжение падает на катодной и анодной областях дуги. Длина столба дуги в среднем достигает 10 мм, что соответствует примерно 99% длины дуги. Таким образом, напряженность электрического поля в столбе дуги лежит в пределах от0,1 до 1,0 В/мм. Катодная и анодная области, напротив, характеризуются очень короткой протяженностью (около 0.0001 мм для катодной области, что соответствует длине свободного пробега иона, и 0.001 мм для анодной, что соответствует длине свободного пробега электрона). Соответственно, эти области имеют очень высокую напряженность электрического поля (до 104 В/мм для катодной области и до 103 В/мм для анодной).

Экспериментально установлено, что для случая сварки плавящимся электродом падение напряжения в катодной области превышает падение напряжения в анодной области: 12 – 20 В и 2 – 8 В соответственно. Учитывая то, что выделение тепла на объектах электрической цепи зависит от тока и напряжения, то становится понятным, что при сварке плавящимся электродом больше тепла выделяется, в той области, на которой падает больше напряжения, т.е. в катодной. Поэтому при сварке плавящимся электродом используется, в основном, обратная полярность подключения тока сварки, когда катодом служит изделие для обеспечения глубокого проплавления основного металла (при этом положительный полюс источника питания подключают к электроду). Прямую полярность используют иногда при выполнении наплавок (когда проплавление основного металла, напротив, желательно чтобы было минимальным).

В условиях сварки ТИГ (сварка неплавящимся электродом) катодное падение напряжения, напротив, значительно ниже анодного падения напряжения и, соответственно, в этих условиях больше тепла выделяется уже на аноде. Поэтому при сварке неплавящимся электродом для обеспечения глубокого проплавления основного металла изделие подключают к положительной клемме источника питания (и оно становится анодом), а электрод подключают к отрицательной клемме (таким образом, обеспечивая еще и защиту электрода от перегрева).

При этом, независимо от типа электрода (плавящийся или неплавящийся) тепло выделяется, в основном, в активных областях дуги (катодной и анодной), а не в столбе дуги. Это свойство дуги используется для того, чтобы плавить только те участки основного металла, на которые направляется дуга.

Те части электродов, через которые проходит ток дуги, называют активными пятнами (на положительном электроде – анодным, а на отрицательном – катодным пятном). Катодное пятно является источником свободных электронов, которые способствуют ионизации дугового промежутка. В то же время к катоду устремляются потоки положительных ионов, которые его бомбардируют и передают ему свою кинетическую энергию. Температура на поверхности катода в области активного пятна при сварке плавящимся электродом достигает 2500 … 3000 °С.

Строение дуги
Lк - катодная область; Lа - анодная область (Lа = Lк = 10 -5 -10 -3 см); Lст - столб дуги; Lд - длина дуги; Lд = Lк + Lа + Lст

К анодному пятну устремляются потоки электронов и отрицательно заряженных ионов, которые передают ему свою кинетическую энергию. Температура на поверхности анода в области активного пятна при сварке плавящимся электродом достигает 2500 … 4000°С. Температура столба дуги при сварке плавящимся электродом составляет от 7 000 до 18 000°С (для сравнения: температура плавления стали равна примерно 1500°С).

Влияние на дугу магнитных полей

При выполнении сварки на постоянном токе часто наблюдается такое явление как магнитное. Оно характеризуется следующими признаками:

- столб сварочной дуги резко откланяется от нормального положения;
- дуга горит неустойчиво, часто обрывается;
- изменяется звук горения дуги - появляются хлопки.

Магнитное дутье нарушает формирование шва и может способствовать появлению в шве таких дефектов как непровары и несплавления. Причиной возникновения магнитного дутья является взаимодействие магнитного поля сварочной дуги с другими расположенными близко магнитными полями или ферромагнитными массами.

Столб сварочной дуги можно рассматривать как часть сварочной цепи в виде гибкого проводника, вокруг которого существует магнитное поле.

В результате взаимодействия магнитного поля дуги и магнитного поля, возникающего в свариваемой детали при прохождении тока, сварочная дуга отклоняется в сторону противоположную месту подключению токопровода.

Влияние ферромагнитных масс на отклонение дуги обусловлено тем, что вследствие большой разницы в сопротивлении прохождению магнитных силовых линий поля дуги через воздух и через ферромагнитные материалы (железо и его сплавы) магнитное поле оказывается более сгущенным со стороны противоположной расположению массы, поэтому столб дуги смещается в сторону ферромагнитного тела.

Магнитное поле сварочной дуги увеличивается с увеличением сварочного тока. Поэтому действие магнитного дутья чаще проявляется при сварке на повышенных режимах.

Уменьшить влияние магнитного дутья на сварочный процесс можно:

- выполнением сварки короткой дугой;
- наклоном электрода таким образом, чтобы его торец был направлен в сторону действия магнитного дутья;
- подведением токоподвода ближе к дуге.

Уменьшить эффект магнитного дутья можно также заменой постоянного сварочного тока на переменный, при котором магнитное дутье проявляется значительно меньше. Однако необходимо помнить, что дуга переменного тока менее стабильна, так как из-за смены полярности она погасает и зажигается вновь 100 раз в секунду. Для того, чтобы дуга переменного тока горела стабильно необходимо использовать стабилизаторы дуги (легкоионизируемые элементы), которые вводят, например, в покрытие электродов или во флюс.

Сварка плавлением. Шесть основных видов по источникам теплоты, их характеристика и применение

Под термином «сварка плавлением» подразумевается термический процесс, проводимый способом оплавления соединяемых поверхностей без их сжатия с добавлением расплавленного присадочного металла (вводится при необходимости в сварочную ванну к основному металлу).

Сварка подходит для всех металлов и сплавов, включая те, которые при нагреве сразу принимают жидкое состояние (бронза, сплавы литейные магния и алюминия, чугун). Можно использовать для соединения неметаллических материалов – керамики, стекла, графита.

ГОСТы

Термины, определения, требования и другие сведения, касающиеся сварки плавлением, прописаны в ГОСТах, которые обязательны к выполнению. Перечень некоторых стандартов:

Виды и характеристика

Сварка плавлением относится к термическому классу и включает формы, выполняемые с применением тепловой энергии.

В зависимости от источника нагрева существуют следующие виды:

Дуговая

Электродуговая сварка – распространенный вид. Применяется в быту, мелкомасштабном производстве, промышленности. Ее действие основано на получении тепла с помощью дугового разряда, который возникает между электродом и свариваемым металлом. Источник энергии – постоянный или переменный ток.

Под воздействием тепла торец электрода и кромки соединяемых деталей расплавляются, образуется сварочная ванна, некоторое время находящаяся в расплавленном состоянии. Сварное соединение образуется после затвердевания металла.

Виды дуговой сварки зависят от факторов:

типа дуги – прямого действия (зависимая) или косвенного действия (независимая);
степени механизации процесса — ручная, полуавтоматическая, автоматическая;
вида тока и полярности — постоянный ток прямой (на электроде – минус) или обратной (на электроде – плюс) полярности или переменный ток;
степени защиты участка проводимых работ от атмосферного воздействия – без защиты (голый или со стабилизирующим покрытием электрод), с защитой (шлаковой, шлакогазовой, газовой, комбинированной);
свойств электрода – сварка плавящимся или неплавящимся электродом.

Плавящимся электродом

Является разновидностью дуговой сварки, при которой электрод расплавляется и служит присадочным материалом. Образование сварного шва происходит в результате расплавления электрода и кромок металла.

Плавящиеся электроды бывают медными, стальными, алюминиевыми.

Неплавящимся электродом

Это процесс, выполняемый с использованием не расплавляющегося во время сварки электрода. Заполнение шва происходит металлом свариваемых деталей. Неплавящиеся электроды представляют собой стержни из электропроводящего материала (угольный, вольфрамовый или графитовый).

Действие требует введения в сварочную ванну присадочной проволоки. При работе с химически активными металлами используют сварку в защитных газах (аргон, гелий, их смесь). Способ находит применение в нефтеперерабатывающей, химической, пищевой, теплоэнергетической, автомобилестроительной сферах. Подходит для соединения цветных металлов и наплавки твердых сплавов.

Электрошлаковая

Источником нагрева служит тепло, которое выделяется в жидкой ванне при прохождении электрического тока через расплавленный шлак (флюс).

Принцип действия заключается в прохождении электрического тока по электроду, расплавленному шлаку, основному металлу. Этим обеспечивается расплавление базисного и присадочного металлов и специального флюса, постоянно поступающего в ванну.

по виду электрода (проволочный, пластинчатый, плавящийся мундштук);
по числу электродов (одно-, двух-, многоэлектродная);
по наличию колебаний электрода (без колебаний, с колебаниями).

Электрошлаковый способ сваривания применяют при соединении деталей, имеющих толщину 15-600 мм.

Лазерная

Для нагрева используется энергия излучения лазера. Процесс состоит в расплавлении кромок металла лазерным лучом. Его образование происходит от источника света, получаемого вследствие излучения фотонов возбужденными атомами.

Поток лазерного излучения направляется в фокусирующую систему, превращается в пучок меньшего размера и отправляется на свариваемые детали. Луч проникает в материал, поглощается, нагревает его и расплавляет, в результате чего формируется сварной шов.

Применяется для соединения нержавеющей стали, титана, алюминия, элементов автомобилей, в радиоэлектронике, электронной технике. Точечная сварка — при ремонте оправ очков, ювелирных украшений.

Газовая

Источник нагрева — тепло пламени газов, сжигаемых в кислороде, с использованием горелки. Выделяемое тепло оплавляет поверхность свариваемых деталей и присадочный материал, образуя сварочную ванну – металл шва в жидком состоянии.

Виды горючих веществ, смешиваемых с кислородом:

Благодаря медленному и плавному нагреву металла, газовую сварку применяют для соединения деталей из чугуна, цветных металлов, инструментальной стали. Используют для твердой пайки, наплавочных и ремонтных работ.

Плазменная

Нагрев осуществляется с помощью сжатой дуги. Энергоносителем служит электрический разряд. Источник нагрева – плазма, высокотемпературный ионизирующийся газ. Для самопроизвольной ионизации необходима температура более 5500° С.

Принцип действия плазменной сварки основан на процессе расплавления металла потоком плазмы, генерируемым сжатой дугой, расположенной в плазмотроне. Дуга обдувается газом, который нагревается и ионизируется. В результате заряженные частицы газа превращаются в направленный поток плазмы, который выдувается соплом плазмотрона.

Применяют в приборостроении, авиационной промышленности, для соединения молибдена, вольфрама, сплавов никеля, нержавеющих сталей.

Благодаря глубокому проплавлению металла, возможна сварка листовых металлов с толщиной до 9 мм.

Электронно-лучевая

Источник нагрева – энергия ускоренных электронов сфокусированного электронного луча, который формируется электронной пушкой. Процесс сварки проводится в вакуумной камере с помощью электронного луча.

Плавление металла происходит вследствие энергии, полученной в результате интенсивной бомбардировки быстро передвигающимися в вакууме электронами места сварки. Кинетическая энергия электронов после их удара о поверхность деталей превращается в тепловую. Металл плавится, и образуется сварочный шов.

Читайте также: