Основы теории

Сваркой называют технологический процесс образования неразъ­емных соединений за счет образования атомно-молекулярных связей между элементарными частицами сопрягаемых деталей.

При ручной дуговой сварке пост состоит из источника питания сварочной дуги, сварочных проводов, электродержателя и электродов, Дуга зажигается в результате прикосновения конца электрода, соединенного с одним полюсом источника тока, к свариваемому металлу, соединенному с другим полюсом того же источника, с последую­щим быстрым отводом электрода.

Дуга - это мощный стабильный разряд электричества 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; короткое замыкание электрода на заготовку отвод электрода на расстояние 3 - 6 мм и возникнове­ние устойчивого лугового разряда. Короткое замыкание (рис.1, а) выполняется для разогрева торца электрода 1 и заготовки 2 в зоне контакта с электродом. После отвода электрода (рис 1, б) с его разогретого торца (катода) под действием электрического поля начинается эмиссия электронов 3. Столкновение быстродвижущихся ПО направлению к аноду электро­нов с молекулами газов и паров металла приводит к их ионизации 4.

В результате дуговой промежуток становится электропроводным и через него начинается разряд электричества. Процесс зажигания дуги заканчивается возникновением устойчивого дугового разряда (рис.1, в). Температура столба дуги 6 достигает 6000-7000°С, а температура катодного 5 и анодного 7 пятен стильных электродов - соответственно 2400 и 2600 °С.

Рис. 1. Схема процесса зажигания дуги

До зажигания дуги напряжение между электродом и спаривае­мым изделием обычно составляет не менее 60 В, в момент касания электродом изделия напряжение падает почти до нуля, а при нормальном ее горении поддерживается в пределах 16 - 30 В за­висимости от длины дуги и типа электрода.

Схема ручной дуговой сварки приведена на рис. 2. Стержень электрода плавится, и расплавленный металл каплями стекает в сварочную ванну 5. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода 4, образуя газовую и газошлаковую защиту 3 дуги и сварочной ванны, которая изолирует их от воздуха. По мере движения дуги металл сва­рочной ванны затвердевает и образуется сварочный шов 2. Жидкий шлак по мере остывания образует на поверхности шва шлаковую корку 1.

Рис. 2. Схема ручной дуговой сварки металлическим покрытым электродом

Для питания сварочной дуги применяют источники переменного тока (сварочные трансформаторы) и источники постоянного тока. Сварочные трансформаторы наиболее распространены, так как они проще в эксплуатации, значительно долговечнее и обладают более высоким КПД. Наиболее простую схему имеют сварочные трансформа­торы с отдельным дросселем (рис, 3), состоящие из двух отдельных частей: понижающего трансформатора 1 и дросселя 3, включенных последовательно в сварочную цепь (тип СТЭ).

Рис.3. Сварочный трансформатор: а - схема трансформатора с отдельным дросселем;

б - его внешние характеристики.

При прохождении переменного тока через обмотку дросселя (рис.3, а) в ней возбуждаются электродвижущие силы самоиндукции, направленные противоположно основному напряжению. В результате падения напряжения на дросселе источник сварочного тока получает падающую внешнюю характеристику.

Дроссель также служит для плавного регулирования сварочного тока путем уменьшения воздушного зазора 2 в его сердечнике. Так, например, с увеличением зазора индуктивное сопротивление дросселя уменьшается, а сварочный ток увеличивается (рис. З, б I-III).

Широко применяют трансформаторы с увеличенным магнитным рассеиванием и подвижной вторичной обмоткой (типов ТС и ТД). В этих трансформаторах (рис.4, а) первичная I и вторичная 2 обмот­ки раздвинуты относительно друг друга, что обусловливает их повышенное индуктивное сопротивление вследствие появления магнит­ных потоков рассеяния. При работе трансформатора основной маг­нитный поток , создаваемый первичной и вторичной обмотками замыка­ется через железный сердечник 3. Часть магнитного потока ответвляется и замыкается вокруг обмоток через воздушное пространство, образуя потоки рассеяния и . Потоки рассеяния индуцируют в обмот­ках электродвижущую силу, противоположную основному напряжению. С увеличением сварочного тока увеличиваются потоки рассеяния и, следо­вательно, возрастает индуктивное сопротивление вторичной обмотки, что и создает внешнюю падающую характеристику трансформатора.

Для плавного регулирования сварочного тока изменяют расстояние между обмотками трансформатора. При сближении обмоток (рис.4, б) происходит частичное взаимное уничтожение противоположно направлен­ных потоков рассеяния и , что уменьшает индуктивное сопро­тивление вторичной обмотки и увеличивает сварочный ток. Мини­мальный сварочный ток соответствует наибольшему расстоянию между обмотками и максимальным потоком рассеяния (см. рис.4 а).

Рис.4. Схемы сварочных трансформаторов с увеличенным магнитным рассеиванием и подвижной вторичной обмоткой: а - тип ТС; б - тип ТД.

Для ручной дуговой сварки штучными электродами выпускают сталь­ную проволоку диаметром 1, 6 - 12 мм. Электроды с покрытием изготов­ляют длиной 250 - 450 мм. Наибольшее применение получили электро­ды диаметром 4 и 5 мм, длиной 400-450 мм.

По ГОСТ 2246-76 стальная сварочная проволока разделяется на три группы: низкоуглеродистую (Св-08, Св-08А, Св-08АА, Св-О8ГА, СВ-1ОГ2 и др.), легированную (Св-12ГС, Св-08Г2С, Св-10ГН, Св-08ГСМ), и высоколегированную (Св- 12Х11НМФ, CB-12X13, Св-10Х17Т и др.)

Пример условного обозначения проволоки: 4Св-08Х20Н9Г7Т (4 -диаметр проволоки 4 мм; Св - проволока сварочная, содержащая до 0, 08 % углерода, 20 % хрома, 9% никеля, 7% марганца, 1, 0 % титана). Электроды подразделяются на тонкопокрытые и толстопокрытые. Толстопокрытые электроды часто называют качественными электродами, толщина слоя покрытия может доходить до 3 мм.

Тонкое покрытие (толщиной 0, 1 - 0, 25 мм) электродов представля­ет собой тонкий порошок мела, сцементированный жидким стеклом.

Пары кальция и его соединений легко ионизируются «Благодаря этому дуга горит между электродом и сварочной ванной устойчиво, стабильно. Тонкие покрытия называются стабилизирующими. Они не защищают металл от вредного действия атмосферного воздухе, При сварке такими электродами выгорают углерод, марганец, кремний. В результате механические свойства сварного соединения получаются низкими. Применяют их при сварке неответственных соединений.

Электроды с толстым покрытием создают при сварке газовую и шлаковую защиту, стабилизируют дугу, раскисляют ванну металла, ле­гируют наплавленный металл, формируют сварной шов.

В состав толстых покрытий электродов входят газообразующие материалы (древесная мука, крахмал, пищевая мука, целлюлоза и др.), шлакообразующие материалы (марганцевая руда, рутиловый концентрат, полевой шпат, мел, мрамор, каолин, гранит и др.); раскисляющие ве­щества (ферросилиций, ферротитан, алюминий и др.). В качестве связующего вещества применяют жидкое натриевое стекло.