описание, длина дуги и условия ее появления

Сама по себе сварочная дуга — это электрический разряд, который существует достаточно долго. Находится он между электродов под напряжением, расположенных в смеси газов и паров. Основные характеристики сварочной дуги — температура и довольно высокая, а также большая плотность тока.

Общее описание

Возникает дуга между электродом и металлической заготовкой, с которой ведется работа. Образование данного разряда возникает из-за того, что происходит электрический пробой воздушного промежутка. Когда возникает такой эффект, происходит ионизация молекул газа, повышается не только его температура, но и электропроводность, сам газ переходит в состояние плазмы. Сварочный процесс, а точнее горение дуги, сопровождается такими эффектами, как выделение большого количества тепла и световой энергии. Именно из-за резкого изменения этих двух параметров в сторону их большого увеличения происходит процесс плавления металла, так как в локальном месте температура увеличивается в несколько раз. Совокупность всех этих действий и называется сваркой.

Свойства дуги

Для того чтобы появилась дуга, необходимо кратковременно прикоснуться электродом к заготовке, с которой нужно работать. Таким образом происходит короткое замыкание, вследствие которого появляется сварочная дуга, температура ее довольно быстро растет. После касания необходимо разорвать контакт и установить воздушный зазор. Так можно подобрать необходимую длину дуги для дальнейшей работы.

Если разряд получится слишком коротким, то, возможно, что электрод прилипнет к обрабатываемому материалу. В этому случае плавка металла будет проходить слишком быстро, а это вызовет образование наплывов, что крайне нежелательно. Что касается характеристик слишком длинной дуги, то она неустойчива в плане горения. Температура сварочной дуги в зоне сварки в таком случае также не будет достигать требуемого значения. Довольно часто можно увидеть кривую дугу, а также сильную неустойчивость, когда работа проводится сварочным агрегатом промышленного назначения, особенно если ведется работа с деталями, имеющими большие габариты. Это часто называют магнитным дутьем.

Магнитное дутье

Суть такого метода состоит в том, что сварочный ток дуги способен создать небольшое магнитное поле, которое вполне может вступить во взаимодействие с магнитным полем, которое создается током, протекающим сквозь обрабатываемый элемент. Другими словами, отклонение дуги происходит за счет того, что появляются некоторые магнитные силы. Этот процесс называется дутьем потому, что отклонение дуги со стороны выглядит так, будто оно происходит из-за сильного ветра. Реальных способов избавиться от этого явления нет. Для того чтобы минимизировать влияние этого эффекта, можно пользоваться укороченной дугой, а сам электрод должен быть расположен под определенным углом.

Структура дуги

В настоящее время сварка — это процесс, который разобран достаточно детально. Благодаря этому известно, что существует три области горения дуги. Те участки, которые прилегают к аноду и катоду, соответственно анодный и катодный участок. Естественно, что температура сварочной дуги при ручной дуговой сварке также будет отличаться в этих зонах. Существует третий участок, который находится между анодным и катодным. Это место принято называть столбом дуги. Температура, необходимая для плавления стали, примерно 1300-1500 градусов по Цельсию. Температура столба сварочной дуги может достигать 7000 градусов по Цельсию. Хотя здесь справедливо будет отметить, что она не полностью передается на металл, однако и того значения хватает, чтобы успешно плавить материал. Есть несколько условий, которые необходимо создать, чтобы обеспечить стабильную дугу. Необходим стабильный ток с силой около 10 А. При таком значении можно поддерживать стабильную дугу с напряжением от 15 до 40 В. Стоит отметить, что значение тока в 10 А минимальное, максимальное может достигать 1000 А. Распределение напряжения по участкам неравномерно и больше всего оно в анодном и катодном. Падение напряжение также происходит в дуговом разряде. После проведения определенных экспериментов было установлено, что, если проводить сварку плавящимся электродом, то наибольшее падение будет в катодной зоне. В таком случае распределение температуры в сварочной дуге также меняется, и наибольший градиент приходится на этот же участок. Зная эти особенности, становится понятно, почему важно правильно выбирать полярность при сварке. Если соединить электрод с катодом, то можно достичь наибольшего значения температуры сварочной дуги.

Температурная зона

Несмотря на то, каким именно электродом проводится сварка, плавящимся или же неплавящимся, максимальный показатель температуры будет именно у столба сварочной дуги, от 5000 до 7000 градусов по Цельсию. Область с наименее низкой температурой сварочной дуги смещается в одну из его зон, анодную или же катодную. На этих участках наблюдается от 60 до 70 % от максимального значения температуры.

Сварка переменным током

Все описанное выше касалось процедуры проведения сварки с постоянным током. Однако для этих целей можно использовать и переменный ток. Что касается отрицательных сторон, то здесь заметно ухудшение устойчивости, а также частые скачки температуры горения сварочной дуги. Из преимуществ выделяется то, что можно использовать более простое, а значит более дешевое оборудование. Кроме того, при наличии переменной составляющей практически пропадает такой эффект, как магнитное дутье. Последнее отличие — это отсутствие необходимости в выборе полярности, так как при переменном токе смена происходит автоматически с частотой около 50 раз за секунду.

Можно добавить, что при использовании ручного оборудования, кроме высокой температуры сварочной дуги при ручном дуговом методе, будет происходить излучение инфракрасных и ультрафиолетовых волн. В данном случае их испускает разряд. Это требует максимальных средств защиты для работника.

Среда горения дуги

На сегодняшний день существует несколько разных технологий, которые можно использовать во время сварки. Все они отличаются своими свойствами, параметрами и температурой сварочной дуги. Какие существуют методы? Открытый способ. В данном случае горение разряда осуществляется в атмосфере. Закрытый способ. Во время горения образуется достаточно высокая температура, вызывая сильное выделение газов, из-за сгорания флюса. Этот флюс содержится в обмазке, которая используется для обработки сварочных деталей. Способ с применением защитных летучих веществ. В данном случае к зоне сварки подается газ, который представлен обычно в виде аргона, гелия или же углекислого газа. Наличие такого способа оправдано тем, что он помогает избежать активного окисления материала, которое может возникать во время сварки, когда на металл воздействует кислород. Стоит добавить, что в некоторой мере распределение температуры в сварочной дуге идет таким образом, что в центральной части создается максимальное значение, создающее небольшой собственный микроклимат. В данном случае образуется небольшая область с повышенным значением давления. Такая область способна в некотором роде препятствовать поступлению воздуха. Использование флюса позволяет избавляться от кислорода в области действия сварки еще эффективнее. Если использовать при защите газы, то данный дефект удается устранить практически полностью.

Классификация по продолжительности

Существует классификация сварочных дуговых разрядов по их продолжительности. Некоторые процессы осуществляются, когда дуга находится в таком режиме, как импульсный. Такие устройства проводят сварку короткими вспышками. На короткий промежуток времени, пока происходит вспыхивание, температура сварочной дуги успевает возрасти до такого значения, которого хватит, чтобы произвести локальную плавку металла. Сварка происходит очень точечно и только в том месте, где происходит касание устройства заготовки. Однако подавляющее большинство сварочных приборов использует сварочную дугу продолжительного действия. В течение такого процесса осуществляется непрерывное перемещение электрода вдоль тех кромок, которые нужно соединить. Есть области, которые называются сварочными ваннами. В таких участках температура дуги значительно повышена, и он следует за электродом. После того как электрод проходит участок, сварочная ванна уходит вслед за ним, из-за чего участок начинает довольно быстро охлаждаться. При охлаждении происходит процесс, который называют кристаллизацией. Вследствие этого и возникает сварочный шов.

Температура столба

Чуть более детально стоит разобрать столб дуги и его температуру. Дело в том, что этот параметр значительно зависит от нескольких параметров. Во-первых, сильно влияет материал, из которого создан электрод. Состав газа в дуге также играет важную роль. Во-вторых, существенное влияние оказывает и величина тока, так как при ее увеличении, к примеру, будет расти и температура дуги, и наоборот. В-третьих, тип электродного покрытия, а также полярность довольно важны.

Эластичность дуги

Во время сварки необходимо очень пристально следить за длиной дуги еще и потому, что от нее зависит такой параметр, как эластичность. Чтобы в результате получить качественный и прочный сварной шов, необходимо чтобы дуга горела стабильно и бесперебойно. Эластичность сварной дуги и является характеристикой, описывающей бесперебойность горения. Достаточная эластичность просматривается в том случае, если удается сохранить устойчивость процесса сварки при увеличении длины самой дуги. Эластичность сварочной дуги прямо пропорционально зависит от такой характеристики, как сила тока, использующаяся для проведения сварки.

Температура при сварке полуавтоматом

Полуавтоматическая сварка — механизированная дуговая сварка металлическим плавящимся электродом (проволокой) в среде защитных газов. Способ также известен как MIG/MAG сварка. В зависимости от типа используемого защитного газа различают сварку в инертных газах (MIG) и активных (MAG). В качестве активных газов преимущественно используют сварку в среде углекислого газа. В отличии от ручной дуговой сварки покрытыми электродами при механизированной сварке подача электрода в зону сварки выполняется с помощью механизмов, а сварщик перемещает горелку вдоль оси шва и выполняет колебательные движения электродом по необходимости.

Рис. 1. 1 – горелка, 2 – сопло, 3 – токоподводящий наконечник, 4 – электродная проволока, 5 – дуга, 6 – шов, 7 – ванна, 8 – основной металл, 9 – капля металла, 10 – газовая защита.

Сущность метода и общие принципы полуавтоматической сварки

Механизированная сварка, как и другие виды дуговой сварки, осуществляет за счет большей тепловой энергии сварочной дуги сконцентрированной в месте ее горения. Температура дуги больше температуры плавления металлов, поэтому под ее воздействием кромки сварного изделия плавятся, образуя сварочную ванну из жидкого металла. Дуги при этом горит между основным металлом и сварочной проволокой, которая выполняет функции подвода дуги к зоне сварки и является присадочным металлом для заполнения зазора между кромками.

Сварочная проволока с кассеты непрерывно подается в зону сварки при помощи подающего механизма, который проталкивает ее по каналу в рукаве к соплу сварочной горелки.

Сварочная дуга, расплавленный металл, конец сварочной проволоки, околошовная зона находятся под защитой газа, выходящего с горелки. Для получения более качественного шва, иногда выполняют подачу защитного газа дополнительно с обратной стороны шва.

В отличии от ручной сварки, отсутствие покрытых электродов позволяет механизировать процесс или полностью автоматизировать.

Оборудование для полуавтоматической сварки

В комплект оборудования для механизированной сварки входят источник питания сварочной дуги, подающий механизм, газовое оборудование, горелка. Для повышения производительности и избежания перегрева горелки при серийном производстве могут использоваться системы охлаждения.

Источники питания сварочной дуги

Для сварки в среде защитных газов изготавливают источники питания с жесткими внешними вольт-амперными характеристиками. Сварка производится на источниках постоянного тока — сварочные выпрямители, преобразователи, инверторы или специальные установки, содержащие в себе источник питания и подающий механизм, а также блок управления. Источники питания переменного тока практически не используются.

Многопостовые источники питания

Для организации работы в цехах на производстве со стационарными сварочными постами целесообразно использовать многопостовые источники питания. Для этих целей можно использовать преобразователи и выпрямители. Существует две схемы организации многопостовой сварки.

Первая схема используется когда сварка производиться одинаковыми режимами на каждом посте с частыми замыканиями сварочной цепи (возбуждение дуги). При такой схеме в цепь каждого сварочного поста включают дроссель, который способствует снижению влияния постов друг на друга при одновременной работе.

Вторая схема может быть использована для регулирования режимов сварки индивидуально на каждом посте с минимальным влиянием постов друг на друга. В таком случае напряжение холостого хода многопостового источника питания устанавливают на максимум, а снижение силы тока (регулирование) выполняется с помощью балластного реостата на каждом посте.

Механизмы подачи проволоки

Механизмы подачи проволоки используются для стабильной подачи проволоки и регулирования скорости подачи в сварочную горелку. Обычно подающий механизм состоит из электродвигателя, редуктора, тормозящего устройства, подающих и прижимных роликов, а также кассеты с проволокой. Существуют различные варианты исполнения подающих механизмов — закрытого и открытого типа.

В зависимости от числа роликов различают двухроликовые и четырехроликовые подающие механизмы. Последние более надежные и рекомендуется использовать для проволоки большего сечения или при сварке порошковой проволокой.

Для увеличения радиуса проведения сварочных работ и обеспечения стабильной подачи сварочной проволоки могут применяться промежуточные механизмы подачи. Это позволяет увеличить зону проведения сварочных работ от 10 до 20 метров. Промежуточные механизмы синхронизируются с основным что позволяет значительно удалятся от источника питания или полуавтомата и газового оборудования.

Механизмы подачи проволоки

Механизмы подачи проволоки используются для стабильной подачи проволоки и регулирования скорости подачи в сварочную горелку. Обычно подающий механизм состоит из электродвигателя, редуктора, тормозящего устройства, подающих и прижимных роликов, а также кассеты с проволокой. Существуют различные варианты исполнения подающих механизмов — закрытого и открытого типа.

В зависимости от числа роликов различают двухроликовые и четырехроликовые подающие механизмы. Последние более надежные и рекомендуется использовать для проволоки большего сечения или при сварке порошковой проволокой.

Для увеличения радиуса проведения сварочных работ и обеспечения стабильной подачи сварочной проволоки могут применяться промежуточные механизмы подачи. Это позволяет увеличить зону проведения сварочных работ от 10 до 20 метров. Промежуточные механизмы синхронизируются с основным что позволяет значительно удалятся от источника питания или полуавтомата и газового оборудования.

Сварочные полуавтоматы

Сварочные полуавтоматы — специальные установки для механизированной сварки в среде защитных газов содержащие в себе источник питания, подающий механизм, горелку и блок управления процессом. Дополнительно полуавтомат может иметь дистанционный пульт управления, включать схемы позволяющие выполнять сварку в импульсно-дуговом режиме и т.д.

Сегодня чаще используется схема сварки от сварочного полуавтомата, чем источник питания + подающий механизм.

Сварочная горелка

Выполняет несколько функций, среди которых: направление проволоки в зону сварки, подвод тока к сварочной проволоке, подача защитного газа, управление процессом при помощи кнопки управления. Все это возможно благодаря использованию специального шланга внутри которого находится сразу несколько элементов — сварочные кабеля, управляющие провода, спиралеобразный канал для направления проволоки, трубка для подачи газа, а иногда и для подачи воды.

Газовое оборудование для полуавтоматической сварки

В состав газового оборудования для сварки полуавтоматом входят: баллон, редуктор, ротаметр, подогреватель, осушитель, смеситель газов, рукава (шланги).

Сегодня нет ни одной отрасли промышленности или хозяйствования, в которой не применялась бы сварка. Самым старым, но до сих пор самым востребованным остается ручная дуговая сварка, которая осуществляется при помощи электрода, сделанного из металла. Температура сварки такого типа может колебаться от 6000 до 12000 градусов. С ее помощью можно сваривать элементы в помещении и на открытом воздухе, добираться в труднодоступные места.

Классификация основных видов сварки.

Механизм сваривания заключается в том, что металл разогревается под действием газа, давления либо тока до начала плавления. Расплавленные кромки перемешиваются с таким же электродом, а потом остывают и твердеют, создавая качественный (или некачественный) шов.

Но как выбрать температуру для конкретного случая? Нужно просто вспомнить школьные знания. В старших классах на уроках химии школьники узнают, что каждый металл имеет собственную температуру плавления. Рассуждая логично, можно сделать вывод, что и температура для их сварки должна быть разной. Это подтверждает практика. Алюминий коробится, если его сваривать при температуре, необходимой чугуну, а температура, необходимая для сварки чугуна, абсолютно не подходит для стальных конструкций и элементов.

По этим причинам перед сварочными работами нужно сначала изучить особенности материала, с которым придется контактировать, выбрать подходящий вид сварки.

Температура и особенности дуговой сварки

Рисунок 1. Схема ручной дуговой сварки.

Электродуговая сварка – самый распространенный процесс, предназначенный для получения цельных деталей, неразъемных на уровне атомных связей. Именно электродуговая сварка позволяет достичь максимально высоких температурных показателей. Минимальный нагрев составляет не меньше 6 тысяч градусов, но при необходимости при помощи электрической дуги можно разогреть стык металла и электрода до 12 тысяч градусов.

Электрическая дуга получила свое название из-за внешнего вида. При сварке в газовой среде образуется электроразряд, который характеризуется высокой плотностью тока, температурой и газовым давлением. Нагретый газ начинает светиться и изгибаться, образуя известную сварщикам дугу, которая горит между краем свариваемого металла и электродом. На рис.1 наглядно показан процесс, который имеет место при дуговой сварке.

Когда между деталью и электродом возникает раскаленная дуга, они начинают расплавляться, образуя сварочную ванну. Через дугу в эту ванну попадает расплавленный металл с электрода. Покрытие, плавящееся одновременно с электродом, образует шлак на поверхности горячего металла и газовую среду вокруг дуги. По мере того как сварщик продвигает дугу вперед, металл затвердевает, образуя сварочный шов, покрытый коркой из шлака. После остывания шва она ликвидируется.

Чаще всего электродуговая сварка применяется для соединения очень толстых деталей или элементов, выполненных из углеродистых сталей, имеющих высокую тугоплавкость.

Сварка в газовой среде

Рисунок 2. Схема сварки в инертном газе.

Наиболее известное название такой сварки – аргонно-дуговая, или АДС. Однако это не точное название, потому что для создания инертной газовой среды может использоваться не только аргон, но и азот, гелий, различные газовые смеси. Сварка в газовой среде проводится при помощи неплавящегося электрода и используется там, где требуется температура, не превышающая 6 тысяч градусов.

Неплавящиеся электроды изготавливают из вольфрама. Сварка с его применением в инертной аргоновой или гелиевой среде позволяет разогревать металл при помощи тепла. Оно выделяется, когда между разогретым металлом и неплавящимся электродом загорается электродуга. Инертный газ не просто предохраняет стык от любого окисления, но и полностью изгоняет кислород из сварного шва, поэтому последний образуется только из металлических расплавленных кромок.

Иногда, чтобы уплотнить шов, используют присадочную проволоку из материала, идентичного свариваемому элементу, которую вручную подводят к месту сварки. На рис.2 показан механизм работы с неплавящимся электродом.

Вольфрам закрепляется в специальной горелке с токопроводящим устройством, к ней при помощи шлангов подводится газ и провод, по которому течет ток. Струя инертного газа, выделяющегося из сопки, одновременно защищает от окисления или попадания азота и сварочную ванну, и шов, и электрод, и дугу.

Преимущество такой сварки заключается в том, что с ее помощью можно на атомном уровне соединять большое количество однородных металлов (например, золото, бронзу, титан, любые магниевые сплавы). Технология также позволяет сваривать разные металлы, например низкоуглеродную и нержавеющую сталь, медь и бронзу и т.п.

Плазменная сварка

Схема плазменной сварки открытой и закрытой плазменной струей.

Если требуется получить температуру свыше 30 тысяч градусов, используют плазменную сварку.

В этом случае на поверхность металла подается не инертный, а ионизированный газ, который состоит из незаряженных атомов и молекул, заряженных электронов и ионов.

Плазменная дуга от обычной отличается по многим параметрам:

1. Дуга имеет форму цилиндра, а не конуса и значительно меньший диаметр.
2. Плазменная дуга имеет значительно более высокую температуру.
3. Ее давление на металл в 6-10 раз выше, чем у обычной дуги.
4. Плазменный процесс может поддерживаться на токах 0,2-30 А.

Плазма является более универсальным источником тепла, необходимого для нагрева. Она позволяет проплавлять металл на большую глубину, одновременно обеспечивая меньший диаметр проплавления.

Цилиндрообразная форма дуги позволяет работать в максимально труднодоступных местах или там, где колеблется расстояние между горелкой и деталью.

Процесс плазменной сварки заключается в том, что в дугу принудительно вдувают ионизированный газ. При помощи плазмотрона дуга сжимается, увеличивается ее мощность, а температура может достигнуть 30 тысяч градусов.

Самый распространенный вид плазменной сварки – микроплазменный. Такой метод позволяет соединять тонкостенные трубы, фольгу и т.п. не прожигая их, но добиваясь глубокого соединения.

Другие виды сварки

Таблица температур при сварке.

1. Варить металл можно не только снаружи, но и внутри сварочной камеры. Так. при диффузной сварке у элементов, которые нужно соединить, зачищают кромки, а сами детали помещают в камеру с заранее заданным давлением. Кромки разогреваются до 600-700°C, детали сдавливаются и свариваются. Такой метод лег в основу соединения пропиленовых изделий. При сварке полипропилена обычно достаточно 260°C.
2. При электрошлаковой сварке температуры в сварочной ванне могут достигать 1700°C, поэтому она не подходит для соединения деталей из тугоплавких металлов. Механизм работы заключается в том, что ток подогревает и поддерживает на одном уровне температуру в шлаковой ванне, в которой расплавляются металлические кромки. Если температура в ванне ниже, чем точка плавления рабочего металла, то процесс становится невозможным.
3. Электронно-лучевая сварка, при которой для нагрева используют пучок электронов, позволяет получать температуру около 6 тысяч градусов.
4. В ультразвуковой сварке температура зависит от самого металла. На его концы воздействуют ультразвуковыми волнами, от микроколебаний кромки раскаляются и начинают плавиться, а потом свариваются. Процесс для разных металлов происходит при разных температурах. Так, для меди необходимо достичь 500°C, а для алюминия достаточно 400°C.
5. Холодная сварка не нуждается в разогреве деталей, но не может проводиться при температуре окружающего воздуха ниже +5°C. Это не сварочный процесс, а процесс образования клея из двух составляющих.
6. Лазерная сварка позволяет получить температуру в 25 тысяч градусов. Для соединения деталей на кромки направляют лазерный луч и подносят специальную присадку. Метод позволяет сваривать самые тугоплавкие металлы.

Для получения качественного шва мало знать температуру плавления нужного металла и температуру самой сварки. Необходимо учитывать температуру окружающей среды и тщательно подготовить детали, предназначенные для сварки.

Принцип электродуговой сварки основан на использовании температуры электрического разряда, возникающего между сварочным электродом и металлической заготовкой.

Дуговой разряд образуется вследствие электрического пробоя воздушного промежутка. При возникновении этого явления происходит ионизация молекул газа, повышение его температуры и электропроводности, переход в состояние плазмы.

Горение сварочной дуги сопровождается выделением большого количества световой и особенно тепловой энергии, вследствие чего резко повышается температура, и происходит локальное плавление металла заготовки. Это и есть сварка.

Основные свойства дугового разряда

В процессе работы, для того, чтобы возбудить дуговой разряд, производится кратковременное касание заготовки электродом, то есть, создание короткого замыкания с последующим разрывом металлического контакта и установлением требуемого воздушного зазора. Таким способом выбирается оптимальная длина сварочной дуги.

При очень коротком разряде электрод может прилипать к заготовке, плавление происходит чересчур интенсивно, что может привести к образованию наплывов. Длинная дуга отличается неустойчивостью горения и недостаточно высокой температурой в зоне сварки.

Неустойчивость и видимое искривление формы сварочной дуги часто можно наблюдать при работе промышленных сварочных агрегатов с достаточно массивными деталями. Это явление называется магнитным дутьем.

Суть его заключается в том, что сварочный ток дуги создает некоторое магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем, создаваемым током, протекающим через массивную заготовку.

То есть, отклонение дуги вызывается магнитными силами. Дутьем процесс назван потому, что дуга отклоняется, как будто под воздействием ветра.

Радикальных способов борьбы с этим явлением нет. Для уменьшения влияния магнитного дутья применяют сварку укороченной дугой, а также располагают электрод под определенным углом.

Среда горения

Существует несколько различных сварочных технологий, использующих электродуговые разряды, отличающиеся свойствами и параметрами. Электрическая сварочная дуга имеет следующие разновидности:

• открытая. Горение разряда происходит непосредственно в атмосфере;
• закрытая. Образующаяся при горении высокая температура вызывает обильное выделение газов от сгорающего флюса. Флюс содержится в обмазке сварочных электродов;
• в среде защитных газов. В этом варианте, в зону сварки подается газ, чаще всего, это гелий, аргон или углекислый газ.

Защита зоны сварки необходима для предотвращения активного окисления плавящегося металла под воздействием кислорода воздуха.

Слой окисла препятствует образованию сплошного сварного шва, металл в месте соединения приобретает пористость, в результате чего снижается прочность и герметичность стыка.

В какой-то мере дуга сама способна создавать микроклимат в зоне горения за счет образования области повышенного давления, препятствующего притоку атмосферного воздуха.

Применение флюса позволяет более активно выдавливать воздух из зоны сварки. Использование среды защитных газов, подаваемых под давлением, решает эту задачу практически полностью.

Продолжительность разряда

Кроме критериев защищенности, дуговой разряд классифицируется по продолжительности. Существуют процессы, в которых горение дуги происходит в импульсном режиме.

В таких устройствах сварка осуществляется короткими вспышками. За время вспышки, температура успевает возрасти до величины, достаточной для локального расплавления небольшой зоны, в которой образуется точечное соединение.

Большинство же применяемых сварочных технологий использует относительно продолжительное по времени горение дуги. В течение сварочного процесса происходит постоянное перемещение электрода вдоль соединяемых кромок.

Область повышенной температуры, создающая сварочную ванну, перемещается вслед за электродом. После перемещения сварочного электрода, следовательно, и дугового разряда, температура пройденного участка снижается, происходит кристаллизация сварочной ванны и образование прочного сварного шва.

Структура дугового разряда

Область дугового разряда условно принято делить на три участка. Участки, непосредственно прилегающие к полюсам (аноду и катоду), называют соответственно, анодным и катодным.

Центральную часть дугового разряда, расположенную между анодной и катодной областями, называют столбом дуги. Температура в зоне сварочной дуги может достигать нескольких тысяч градусов (до 7000 °C).

Хотя тепло не полностью передается металлу, его вполне хватает для расплавления. Так, температура плавления стали для сравнения составляет 1300-1500 °C.

Для обеспечения устойчивого горения дугового разряда необходимы следующие условия: наличие тока порядка 10 Ампер (это минимальное значение, максимум может достигать 1000 Ампер), при поддержании напряжения дуги от 15 до 40 Вольт.

Падение этого напряжения происходит в дуговом разряде. Распределение напряжения по зонам дуги происходит неравномерно. Падение большей части приложенного напряжения происходит в анодной и катодной зонах.

Экспериментальным путем установлено, что при сварке плавящимся электродом, наибольшее падение напряжения наблюдается в катодной зоне. В этой же части дуги наблюдается наиболее высокий градиент температуры.

Поэтому, при выборе полярности сварочного процесса, катод соединяют с электродом, когда хотят добиться наибольшего его плавления, повысив его температуру. Наоборот, для более глубокого провара заготовки, катод присоединяют к ней. В столбе дуги падает наименьшая часть напряжения.

При производстве сварочных работ неплавящимся электродом, катодное падение напряжения меньше анодного, то есть, зона повышенной температуры смещена к аноду.

Поэтому, при этой технологии, заготовка подключается к аноду, чем обеспечивается хороший ее прогрев и защита неплавящегося электрода от излишней температуры.

Температурные зоны

Следует заметить, что при любом виде сварки, как плавящимся, так и неплавящимся электродом, столб дуги (его центр) имеет самую высокую температуру – порядка 5000-7000 °C, а иногда и выше.

Зоны наиболее низкой температуры располагаются в одной из активных областей, катодной или анодной. В этих зонах может выделяться 60-70% тепла дуги.

Кроме интенсивного повышения температуры заготовки и сварочного электрода, разряд излучает инфракрасные и ультрафиолетовые волны, способные оказывать вредное влияние на организм сварщика. Это обусловливает необходимость применения защитных мер.

Что касается сварки переменным током, понятие полярности там не существует, так как положение анода и катода изменяется с промышленной частотой 50 колебаний в секунду.

Дуга в этом процессе обладает меньшей устойчивостью по сравнению с постоянным током, ее температура скачет. К преимуществам сварочных процессов на переменном токе, можно отнести только более простое и дешевое оборудование, да еще практически полное отсутствие такого явления, как магнитное дутье, о котором сказано выше.

Вольт-амперная характеристика

На графике представлены кривые зависимости напряжения источника питания от величины сварочного тока, называемые вольт–амперными характеристиками сварочного процесса.

Кривые красного цвета отображают изменение напряжения между электродом и заготовкой в фазах возбуждения сварочной дуги и устойчивого ее горения. Начальные точки кривых соответствуют напряжению холостого хода источника питания.

В момент возбуждения сварщиком дугового разряда, напряжение резко снижается вплоть до того периода, когда параметры дуги стабилизируются, устанавливается значение тока сварки, зависящее от диаметра применяемого электрода, мощности источника питания и установленной длины дуги.

С наступлением этого периода, напряжение и температура дуги стабилизируются, и весь процесс приобретает устойчивый характер.

Температура сварочной дуги в разных зонах горения, ее длина и условия возбуждения

Принцип электродуговой сварки основан на использовании температуры электрического разряда, возникающего между сварочным электродом и металлической заготовкой.

Дуговой разряд образуется вследствие электрического пробоя воздушного промежутка. При возникновении этого явления происходит ионизация молекул газа, повышение его температуры и электропроводности, переход в состояние плазмы.

Горение сварочной дуги сопровождается выделением большого количества световой и особенно тепловой энергии, вследствие чего резко повышается температура, и происходит локальное плавление металла заготовки. Это и есть сварка.

Основные свойства дугового разряда

В процессе работы, для того, чтобы возбудить дуговой разряд, производится кратковременное касание заготовки электродом, то есть, создание короткого замыкания с последующим разрывом металлического контакта и установлением требуемого воздушного зазора. Таким способом выбирается оптимальная длина сварочной дуги.

При очень коротком разряде электрод может прилипать к заготовке, плавление происходит чересчур интенсивно, что может привести к образованию наплывов. Длинная дуга отличается неустойчивостью горения и недостаточно высокой температурой в зоне сварки.

Неустойчивость и видимое искривление формы сварочной дуги часто можно наблюдать при работе промышленных сварочных агрегатов с достаточно массивными деталями. Это явление называется магнитным дутьем.

Суть его заключается в том, что сварочный ток дуги создает некоторое магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем, создаваемым током, протекающим через массивную заготовку.

То есть, отклонение дуги вызывается магнитными силами. Дутьем процесс назван потому, что дуга отклоняется, как будто под воздействием ветра.

Радикальных способов борьбы с этим явлением нет. Для уменьшения влияния магнитного дутья применяют сварку укороченной дугой, а также располагают электрод под определенным углом.

Среда горения

Существует несколько различных сварочных технологий, использующих электродуговые разряды, отличающиеся свойствами и параметрами. Электрическая сварочная дуга имеет следующие разновидности:

• открытая. Горение разряда происходит непосредственно в атмосфере;
• закрытая. Образующаяся при горении высокая температура вызывает обильное выделение газов от сгорающего флюса. Флюс содержится в обмазке сварочных электродов;
• в среде защитных газов. В этом варианте, в зону сварки подается газ, чаще всего, это гелий, аргон или углекислый газ.

Защита зоны сварки необходима для предотвращения активного окисления плавящегося металла под воздействием кислорода воздуха.

Слой окисла препятствует образованию сплошного сварного шва, металл в месте соединения приобретает пористость, в результате чего снижается прочность и герметичность стыка.

В какой-то мере дуга сама способна создавать микроклимат в зоне горения за счет образования области повышенного давления, препятствующего притоку атмосферного воздуха.

Применение флюса позволяет более активно выдавливать воздух из зоны сварки. Использование среды защитных газов, подаваемых под давлением, решает эту задачу практически полностью.

Продолжительность разряда

Кроме критериев защищенности, дуговой разряд классифицируется по продолжительности. Существуют процессы, в которых горение дуги происходит в импульсном режиме.

В таких устройствах сварка осуществляется короткими вспышками. За время вспышки, температура успевает возрасти до величины, достаточной для локального расплавления небольшой зоны, в которой образуется точечное соединение.

Большинство же применяемых сварочных технологий использует относительно продолжительное по времени горение дуги. В течение сварочного процесса происходит постоянное перемещение электрода вдоль соединяемых кромок.

Область повышенной температуры, создающая сварочную ванну, перемещается вслед за электродом. После перемещения сварочного электрода, следовательно, и дугового разряда, температура пройденного участка снижается, происходит кристаллизация сварочной ванны и образование прочного сварного шва.

Структура дугового разряда

Область дугового разряда условно принято делить на три участка. Участки, непосредственно прилегающие к полюсам (аноду и катоду), называют соответственно, анодным и катодным.

Центральную часть дугового разряда, расположенную между анодной и катодной областями, называют столбом дуги. Температура в зоне сварочной дуги может достигать нескольких тысяч градусов (до 7000 °C).

Хотя тепло не полностью передается металлу, его вполне хватает для расплавления. Так, температура плавления стали для сравнения составляет 1300-1500 °C.

Для обеспечения устойчивого горения дугового разряда необходимы следующие условия: наличие тока порядка 10 Ампер (это минимальное значение, максимум может достигать 1000 Ампер), при поддержании напряжения дуги от 15 до 40 Вольт.

Падение этого напряжения происходит в дуговом разряде. Распределение напряжения по зонам дуги происходит неравномерно. Падение большей части приложенного напряжения происходит в анодной и катодной зонах.

Экспериментальным путем установлено, что при сварке плавящимся электродом, наибольшее падение напряжения наблюдается в катодной зоне. В этой же части дуги наблюдается наиболее высокий градиент температуры.

Поэтому, при выборе полярности сварочного процесса, катод соединяют с электродом, когда хотят добиться наибольшего его плавления, повысив его температуру. Наоборот, для более глубокого провара заготовки, катод присоединяют к ней. В столбе дуги падает наименьшая часть напряжения.

При производстве сварочных работ неплавящимся электродом, катодное падение напряжения меньше анодного, то есть, зона повышенной температуры смещена к аноду.

Поэтому, при этой технологии, заготовка подключается к аноду, чем обеспечивается хороший ее прогрев и защита неплавящегося электрода от излишней температуры.

Температурные зоны

Следует заметить, что при любом виде сварки, как плавящимся, так и неплавящимся электродом, столб дуги (его центр) имеет самую высокую температуру – порядка 5000-7000 °C, а иногда и выше.

Зоны наиболее низкой температуры располагаются в одной из активных областей, катодной или анодной. В этих зонах может выделяться 60-70% тепла дуги.

Кроме интенсивного повышения температуры заготовки и сварочного электрода, разряд излучает инфракрасные и ультрафиолетовые волны, способные оказывать вредное влияние на организм сварщика. Это обусловливает необходимость применения защитных мер.

Что касается сварки переменным током, понятие полярности там не существует, так как положение анода и катода изменяется с промышленной частотой 50 колебаний в секунду.

Дуга в этом процессе обладает меньшей устойчивостью по сравнению с постоянным током, ее температура скачет. К преимуществам сварочных процессов на переменном токе, можно отнести только более простое и дешевое оборудование, да еще практически полное отсутствие такого явления, как магнитное дутье, о котором сказано выше.

Вольт-амперная характеристика

На графике представлены кривые зависимости напряжения источника питания от величины сварочного тока, называемые вольт–амперными характеристиками сварочного процесса.

Кривые красного цвета отображают изменение напряжения между электродом и заготовкой в фазах возбуждения сварочной дуги и устойчивого ее горения. Начальные точки кривых соответствуют напряжению холостого хода источника питания.

В момент возбуждения сварщиком дугового разряда, напряжение резко снижается вплоть до того периода, когда параметры дуги стабилизируются, устанавливается значение тока сварки, зависящее от диаметра применяемого электрода, мощности источника питания и установленной длины дуги.

С наступлением этого периода, напряжение и температура дуги стабилизируются, и весь процесс приобретает устойчивый характер.

Сварочная дуга и ее характеристики

Сварочная дуга по своей сути представляет электрический разряд в среде различных газов. Газ не является проводником электричества, однако при большой разнице потенциалов в нем образуется множество заряженных частиц: с отрицательным зарядом – свободные электроны, с положительным – ионы газа.

Сварочная дуга, состоящая из электронов, нейтральных атомов и ионов, имеет различную температуру по своей протяженности. Условно сварочную дугу можно поделить на несколько областей. Область около сварочного электрода называется катодной. Температура дуги в ней приблизительно равна 2400⁰С. В середине столба дуги – 5500 ⁰С и выше. В анодной области, находящейся вблизи свариваемой поверхности, достигает 2600 ⁰С. В результате влияния массопереноса металла электрода и теплоты дуги, температура сварочной ванны достигает 2000 ⁰С.

Влияние различных параметров на стабильность сварочной дуги

Сварочная дуга считается стабильной в том случае, когда происходит непрерывный процесс её образования между электродом и свариваемой поверхностью деталей.

Критерии, определяющие устойчивость горения дуги.

1. Величина сварочного тока.
2. Полярность.
3. Вид тока (постоянный, переменный).
4. Частота тока.
5. Материал электрода, включая материал обмазки.
6. Наличие защитной среды.

Совокупность этих факторов является определяющей для стабильности сварочной дуги. Также непременным условием считается оптимальное расстояние между сварочным электродом и свариваемой поверхностью. Для ручной дуговой сварки расстояние, обеспечивающее стабильное горение дуги, принимается равным от 0,5 до 1,1 диаметра электрода.

В настоящее время применение новых инверторных источников сварочного тока дает возможность нивелировать отклонение от оптимального расстояния, благодаря механизму обратной связи. В результате этого достигаются оптимальные динамические вольтамперные характеристики, позволяющие изменять напряжение и силу тока в соответствии с длиной дуги в докритических пределах.

Зависимость качества сварного шва от длины дуги

Оптимальной для процесса сварки считается короткая дуга. При этом высока ее стабильность, меньше контакт металла с воздухом в процессе массопереноса от электрода к поверхности деталей. К тому же время прохождения через высокотемпературную область дуги невысоко и в результате этого в сварочной ванне уменьшается пористость.

При длинной дуге переносимый расплавленный металл электрода намного более подвержен отрицательному влиянию окружающей среды, происходит азотирование металла и связывание его отдельных частиц с ионами кислорода, то есть, окисление. Также нужно отметить, что длинная дуга характеризуется нестабильностью. То есть, в процессе сварки происходит кратковременное прерывание процесса образования дуги. Это отрицательно влияет на качество сварного соединения.

Эффект магнитного дутья

Данный процесс возникает при большой величине сварочного тока, как правило, превышающей 150А. Так как при дуговой сварке образуется электромагнитное поле, то при его неравномерности образуется отклонение столба дуги. Такое отклонение называется магнитным дутьем. Оно отрицательно влияет на качество сварного соединения.

На равномерность магнитного поля влияет форма и расположение свариваемых поверхностей, место подключения контакта к деталям, наличие больших масс ферромагнетиков вблизи зоны сварки.

Снижение влияния магнитного поля на форму дуги может производиться путем переноса места контакта, компенсации несимметричности масс размещением дополнительных металлических плит. Также с этим явлением можно бороться наклоном электрода в сторону, противоположную отклонению дуги. При этом обеспечивается соосность электрода и сварочной дуги.

Технология процессов, протекающих в электрической дуге (часть3)

Для сварки весьма важным условием является устойчивое, без перерывов, горение электрической дуги.

Чем устойчивее (стабильнее) горит дуга, тем легче сварщику выполнять сварку и тем лучше качество сварного шва. Устойчивость горения дуги обеспечивается достаточно высокой степенью ионизации газа в дуговом промежутке.

Степень ионизации газа характеризуется отношением количества заряженных (ионизированных) частиц к нейтральным в данном объеме дугового промежутка.

Степень ионизации в дуге зависит от температуры газа и паров металла в зоне сварки, рода сварочного тока, питающего дугу, и потенциала ионизации веществ, находящихся в дуговом промежутке и на поверхности электрода и изделия.

Чем выше температура и чем ниже потенциал ионизации материала электрода и газа в дуге, тем выше степень ионизации и тем устойчивее (стабильнее) горит дуга.

Температура дуги в свою очередь находится в прямой зависимости от величины сварочного тока и потенциала ионизации веществ, находящихся в дуге.

Т_ст = 810Ui,

где Т_ст — температура столба дуги, °К, a Ut — потенциал ионизации газа в столбе дуги, электрон-вольт. По расчетам эта зависимость несколько иная:

Т_ст = (1050 ÷ 1100)Ui

Установлено также, что с уменьшением диаметра электрода при той же величине сварочного тока сечение дуги уменьшается, а температура ее и, следовательно, степень ионизации газа возрастают.

Так, при сварке под флюсом переменным током 450 А при диаметре электрода 5 мм температура столба дуги составляет 6000°К, а при диаметре электрода 2 мм — 7800°К.

Дуга, питающаяся постоянным током, горит более устойчиво, чем питающаяся переменным током. Это обусловлено тем, что в каждом полупериоде (100 раз в секунду) переменный ток падает до нуля (рис. 8), вследствие чего резко уменьшаются температура катода и эмиссия электронов с него, а также скорость перемещения заряженных частиц, температура и степень ионизации газа в межэлектродном промежутке.

Дуга при этом гаснет и мгновенно падает электропроводимость межэлектродного промежутка. Повторно дуга может возбуждаться (при возрастании тока обратного направления в каждом полупериоде) только при повышенном напряжении, называемом напряжением зажигания дуги, или пиком зажигания (см. рис. 8).

Это вызывает необходимость повышения напряжения холостого хода источника питания дуги до 80—100 В, что связано с ухудшением условий техники безопасности. Поэтому в сварочной практике прибегают к другим способам повышения устойчивости горения дуги переменного тока при напряжении холостого хода источника 60—70 В.

Наиболее эффективные результаты дает введение в дугу веществ, обладающих более низким потенциалом ионизации по сравнению с железом. Такими веществами являются химические соединения калия, натрия, кальция, окислы железа и др.

При наличии в дуге паров легкоионизирующихся элементов снижается эффективный потенциал ионизации газа в межэлектродном промежутке.

В результате этого в каждом полупериоде тока после угасания дуги электропроводимость межэлектродного промежутка сохраняется более продолжительное время (до более низких температур), пик зажигания становится меньше, дуга возбуждается легче и горит устойчивее.

Известно, например ,что стабильность горения дуги при сварке на переменном токе непокрытым стальным электродом поддерживать невозможно, в то время как при сварке в тех же условиях электродом с тонким слоем ионизирующего мелового (стабилизирующего) покрытия дуга горит довольно устойчиво.

Введение в зону сварки (через покрытие электрода или флюс) плавикового шпата (СаF₂), обладающего высоким потенциалом ионизации, ухудшает стабильность горения дуги, особенно при питании дуги переменным током.

Рис. 8. Кривые изменения тока и напряжение дуги во времени при сварке переменным током: I_д —ток в дуге, U_д —напряжение на дуге, U₃ — напряжение повторных зажиганий дуги

Устойчивость горения дуги переменного тока значительно ухудшается, если столб дуги, конец электрода и сварочная ванна дополнительно охлаждаются внешней средой (например, при сварке холодного металла на морозе, сварке в углекислом газе).

В этом случае благодаря более быстрому охлаждению катода и газа в межэлектродном промежутке при снижении тока до нуля значительно быстрее прекращается эмиссия электронов с катода и падает проводимость межэлектродного промежутка после угасания дуги (быстрее наступает деионизация газа), вследствие чего повторное возбуждение дуги в каждом полупериоде переменного тока затрудняется.

Особенно сильно охлаждается дуга струей углекислого газа. При этом тепло расходуется как на нагрев, так и на диссоциацию газа. В подобных условиях для устойчивого горения дуги переменного тока необходимо в ее зону вводить повышенное количество ионизирующих веществ.

Это успешно применяется при ручной сварке покрытыми электродами, автоматической и полуавтоматической сварке под флюсом, но практически пока не находит применения при сварке в углекислом газе. Вследствие этого сварка в углекислом газе выполняется исключительно на постоянном токе.

Следует отметить также, что между эффективным потенциалом ионизации газа в дуговом промежутке (устойчивостью горения дуги) и энергией, выделяемой на катоде, а следовательно, и скоростью плавления катода существует определенная связь.

С понижением эффективного потенциала ионизации уменьшается падение напряжения в прикатодной области дуги, вследствие чего снижаются скорость плавления катода и производительность сварки.

Из практики, например, хорошо известно, что при введении в дугу переменного тока легко ионизирующихся веществ скорость плавления электрода при неизменном токе уменьшается. Поэтому введение этих веществ в дугу для повышения ее стабильности ограничивают минимально необходимым количеством.

Сказанное о дуге, горящей в углекислом газе, в некоторой мере относится и к дуге, горящей в инертных газах. Но благодаря использованию дополнительных генераторов импульсов высокого напряжения (стабилизаторов) при сварке неплавящимся электродом на переменном токе в инертных газах повторное возбуждение дуги не вызывает трудностей.

Причем необходимость подключения в сварочную цепь генераторов импульсов высокого напряжения при аргоно- и гелиедуговой сварке объясняется не только охлаждающим действием газа, но и тем, что потенциал ионизации аргона и гелия выше, чем кислорода и паров металла.

Поэтому для повторных возбуждений дуги в каждом полупериоде переменного тока нужно повышенное напряжение. Вместе с тем при наличии стабилизатора нормальный дуговой разряд и устойчивое горение дуги в струе аргона и гелия протекают при меньшем напряжении, чем в углекислом газе.

Это обусловлено тем, что при горении дуги в углекислом газе часть кинетической энергии электронов расходуется на диссоциацию многоатомных молекул углекислого газа, в то время как при сварке в одноатомных газах — аргоне и гелии — такие затраты энергии исключены.

В связи с этим напряжение дуги при аргонодуговой сварке вольфрамовым электродом меньше, чем при сварке в углекислом газе угольным электродом.

Род тока и полярность при аргонодуговой сварке выбирают в зависимости от химического состава свариваемого материала и типа электрода.

Для стабильного горения дуги (особенно при ручной сварке) необходимо поддерживать постоянство ее длины, так как чрезмерное укорочение дуги может вызвать замыкание электрода, а удлинение — обрывы, что ухудшает качество шва.

При автоматической и полуавтоматической сварке скорость подачи проволоки при заданном сварочном токе и напряжении дуги должна соответствовать скорости ее плавления. При этом ток и напряжение, определяемые по амперметру и вольтметру, должны быть неизменными (минимальное колебание стрелок амперметра и вольтметра).

Основные виды ручной дуговой сварки

Сварка — это процесс получения неразъемных соединений частей изделия при их нагревании и (или) пластической деформации.

В большинстве случаев, говоря о сварке, имеют в виду соединение металлических деталей. Сваривать можно металлы любой толщины и в любом пространственном положении. Особенность такого способа соединения металла в том, что прочность сварного шва не уступает, а иногда и превосходит прочность основного материала.

Дуговая сварка широко используется для изготовления и ремонта металлических конструкций в разных областях промышленности и в быту. Без применения сварочных процессов немыслимо существование автомобилестроения, авиастроения, космической, нефтехимической отрасли, строительства, машиностроения, приборостроения и многих других. Причём объёмы выполняемой дуговой сварки возрастают ежегодно.

Широкое использование дуговая сварка получила в середине двадцатого века, но история её началась ещё в 1753 году в России. Академик Российской академии наук Г. В. Рихман предположил возможность применения электрических искр для плавления металла.

Позднее эта идея была развита профессором В. В. Петровым, который в 1802 году описал электрическую дугу. Он первым в мире предложил использование дуги для плавления металла. Дуга В.В. Петрова послужила основой для множества теоретических и практических исследований по всему миру.

Как промышленный способ соединения металла, дуговая сварка была изобретена в Российской империи в 1882 году. Н.Н. Бенардос осуществил сварку и резку металла электрической дугой с использованием угольного электрода. Департаментом торговли и мануфактур Российской империи 6 июля 1885 года ему была выдана привилегия (аналог современного патента) на его изобретение «Способ соединения и разъединения металлов непосредственным действием электрического тока». Прибор для выполнения сварки был назван создателем «Электрогефест».

Позднее приборы и способы выполнения сварки, конечно, усовершенствовались, но суть оставалась неизменной. Сварочная дуга, являющаяся устойчивым электрическим разрядом между металлической деталью и электродом, выступает источником нагрева и, как следствие, плавления.

При дуговой сварке происходит горение дуги и, как следствие, плавление материалов свариваемого металла и (или) электрода, а также присадочного металла. Расплавленный металл отдельных деталей соединяется воедино и образует сварочную ванну.

Высокие температуры сварки могут приводить к растворению в расплавленном металле атмосферных газов (кислорода, водорода, азота), что сказывается на качестве швов.

По способу защиты сварочной ванны (зоны плавления), дуги и электрода от воздействия атмосферных газов дуговую сварку разделяют на следующие виды:

• Сварку покрытыми электродами;
• Сварку под флюсом;
• Сварку в вакууме;
• Сварку с применением защищённой порошковой проволокой;
• Сварку в защитном газе;
• Сварку с комбинированной защитой.

По виду электродного материала различают:

• Дуговая сварка неплавящимися электродами. Неплавящиеся электроды – стержни из вольфрама, угля, графита;
• Дуговая сварка плавящимися электродами. Плавящиеся электроды – проволоки и стержни из стали, сплавов никеля, титана, алюминия, меди и других металлов.

Дуговая сварка соединяет детали за счёт тепловой энергии электрической дуги, которая появляется между двумя электродами. Одним из электродов может выступать непосредственно свариваемая поверхность. Исходя из количества электродов, материала детали и расположения электродов в электрической цепи определяют следующие виды дуговой сварки:

• Сварка неплавящимся электродом. Применяется угольный или вольфрамовый электрод. Соединение происходит за счёт плавления самого металла или присадочного материала;
• Сварка плавящимся электродом по методу Н. Г. Славянова. Металлический электрод из проволоки или стержня плавится и создаёт сварочную ванну;
• Сварка трехфазной дугой, также называемая комбинированной. Два электрода и свариваемая металлическая деталь отдельно подключаются к разным фазам трехфазного тока. При этом между каждым электродом и деталью образуется дуга;
• Сварка дугой косвенного действия. Электрическая дуга, создаваемая между двумя электродами, выделяет тепловую энергию. Повышение температуры в зоне сварки приводит к сплавлению материала детали. При этом могут применяться как неплавящиеся, так и плавящиеся электроды.

Учитывая состав, толщину и прочностные характеристики металла определяют полярность электродов при дуговой сварке. Для скрепления деталей из легкоплавких сплавов, либо деталей малой толщины применяют обратную полярность.

• Прямая полярность. Минус подается на электрод, плюс – на свариваемую деталь. Температура нагрева поверхности около 4000 градусов Цельсия;
• Обратная полярность. Минус – на деталь, плюс – на электрод. Температура нагрева поверхности ниже – около 3000 градусов Цельсия.

В зависимости от назначения, используемых электродов, а также степени автоматизации процесса существуют следующие виды дуговой сварки:

1. Ручная дуговая сварка

   Ручная дуговая сварка –наиболее распространенный способ соединения деталей из металлов и сплавов при изготовлении конструкций. Возбуждение дуги, подача и перемещение электрода осуществляются вручную. Ручная дуговая сварка, после обучения основным навыкам её выполнения, доступна практически любому. Современные сварочные инверторы легкие, мобильные и доступные по цене. Также в качестве источника электрического тока при ручной дуговой сварке используют генераторы. Они тяжелее и менее мобильны. Такое оборудование применяется чаще для создания стационарных сварочных постов.

   Электроды для ручной дуговой сварки – металлические стержневые с покрытием (обмазкой). Нанесённая на поверхность электрода спрессованная порошкообразная смесь различных компонентов повышает качество сварки за счёт улучшения горения дуги, защиты расплавленного металла от атмосферных газов и подготовки сварочной ванны.

   Сварщик при таком методе дуговой сварки вручную выполняет оба основных процесса: подачу расплавленного электрода в зону сварки и постепенного перемещения сварной дуги по линии скрепляемого стыка деталей.

   Преимущества ручной дуговой сварки:

   • Доступность, мобильность, удобство использования оборудования;
   • Простота освоения навыкам выполнения сварочных работ;
   • Возможность сварки деталей в труднодоступных местах, практически в любых положениях;
   • Удобство замены свариваемого материала и электродов;
   • Высокое качество сваривания любых металлов и сплавов.

   Недостатки ручной дуговой сварки:

   • Прямая жёсткая зависимость качества сварных швов от квалификации сварщика;
   • Затруднения при работе с деталями, изготовленными из материала толщиной менее 1,5 мм;
   • Низкая производительность;
   • Высокая вредность процесса для сварщика.
2. Полуавтоматическая сварка.

   Соединение металлических деталей при таком способе дуговой сварки происходит по тому же принципу, что и при ручной сварке, но в качестве электрода используется проволока, а защита сварочной ванны осуществляется за счёт подачи защитного газа в рабочую область. Электродная металлическая проволока, содержащая также кремний и марганец, подаётся автоматически. Сварщику лишь необходимо правильно выбрать её профиль – в соответствии с профилем сварочной канавки, а также равномерно передвигать электрод вдоль стыка. При полуавтоматической сварке в качестве защитного газа применяются активные газы (типа углекислого), либо инертные газы (типа аргона).

   Существует также полуавтоматическая сварка без защитного газа. При таком варианте для сварки используется специальная флюсовая проволока. Флюс при сгорании выделяет газ, который и создаёт защитную среду.

   Полуавтоматическая сварка менее широко распространена в быту, по сравнению с ручной, так как требует более громоздкого оборудования, но на производстве это самый востребованный вид дуговой сварки. Сварные швы получаются более ровными и тонкими, на их качество меньше влияет квалификация сварщика.

   Преимущества полуавтоматической дуговой сварки:

   • упрощённый процесс работы;
   • небольшая зона теплового воздействия;
   • высокое качество шва;
   • возможность сварки в любых пространственных положениях;
   • малая зависимость качества швов от квалификации исполнителя;
   • возможность сваривания деталей из металла толщиной от 0,5 мм;
   • высокая производительность сварочных работ.

   Недостатки полуавтоматической сварки:

   • недостаточная мобильность оборудования для полуавтоматической сварки в газовой среде, которое включает в себя сосуды с защитным газом;
   • мягкость флюсовой проволоки не допускает избыточного изгиба шланга сварочного аппарата.
3. TIG-сварка.

   TIG – Tungsten Inert Gas дословно переводится как вольфрамовый инертный газ. Дуговая сварка такого типа выполняется электродом с высоким содержанием вольфрама в защитной среде инертного газа – чаще всего аргона. Маркировка TIG используется в Европе и странах Азии. По существующему ГОСТу в России такой вид сварки определяют как аргонодуговая.

   TIG-сварка применяется для соединения деталей из большинства применяемых металлов: различные виды стали, включая нержавеющие, сплавов алюминия, меди, никеля и прочих. По своей универсальности это самый востребованный вид сварки.

   Сварка производится при помощи горелки с защитным газом. В зависимости от характеристик материала, а также ширины шва, сопло газовой горелки может укомплектовываться газовой линзой разных форм. К горелке жёстко закреплено токопроводящее устройство. Его задача удерживать электрод в определённом положении относительно линии шва и облака защитного газа. Во время сварочных работ в зону сварки одновременно подаётся аргон и вольфрамовый электрод, образующий дугу с металлом. Сварочная ванна защищается от внешних факторов газом. Скрепление чаще всего происходит за счёт плавления материала свариваемых деталей.

   Если технологически необходимо заполнение шва, то при TIG – сварке применяют присадочную проволоку, которая помещается в рабочую зону и, расплавляясь, обеспечивает полную надёжность и эстетичность соединения. Присадочная проволока подаётся вручную.

   TIG – сварка является самой лучшей с точки зрения красоты сварных швов

   Преимущества TIG дуговой сварки:

   • применяемость на металлах различного состава;
   • позволяет сваривать даже очень тонкие детали;
   • расплавленный металл не выходит за пределы шва и не создаёт брызг и натёков;
   • безопасность, лёгкость работы;
   • высокая эстетика швов сварных соединений.

   Недостатки TIG дуговой сварки:

   • может выполняться сварщиком только высокой квалификации;
   • высокая стоимость оборудования для сварки;
   • невозможность применения в быту в виду малой мобильности оборудования;
   • свариваемая поверхность должна быть тщательно подготовлена.

При любом виде дуговой сварки необходимо соблюдать правила техники безопасности при проведении сварочных работ. Если сварка выполняется не на открытом воздухе, то рабочее место сварщика обязательно должно быть оборудовано вытяжной вентиляцией. Обязательно соответствие правилам личной защиты: специальная искрозащитная одежда, рукавицы и, конечно, маска сварщика для защиты зрения.

Электробезопасность. При работе с электричеством применяются изолирующие средства защиты: основные – диэлектрические перчатки, изолированные рукоятки и токоискатели; и дополнительные – резиновые коврики, подставки, обувь на резиновой подошве. Перед началом работ необходимо убедиться в целостности проводов. При переносе оборудования для сварки всегда предварительно отключать его от сети.

Пожаробезопасность. Стены и (или) искрозащитные щиты должны быть выполнены из негорючих материалов. Перед началом работы нужно убедиться в том, что в свободном доступе есть средства тушения, применение которых допускается при работе с электричеством: песок, порошковые огнетушители.

Электрическая дуга, способы сварки и сварные соединения

Природа сварочной дуги

Электрическая дуга представляет собой один из видов электрических разрядов в газах, при котором наблюдается прохождение электрического тока через газовый промежуток под воздействием электрического поля. Электрическую дугу, используемую для сварки металлов, называют сварочной дугой. Дуга является частью электрической сварочной цепи, и на ней происходит падение напряжения. При сварке на постоянном токе электрод, подсоединенный к положительному полюсу источника питания дуги, называют анодом, а к отрицательному — катодом. Если сварка ведется на переменном токе, каждый из электродов является попеременно то анодом, то катодом.

Промежуток между электродами называют областью дугового разряда или дуговым промежутком. Длину дугового промежутка называют длиной дуги. В обычных условиях при низких температурах газы состоят из нейтральных атомов и молекул и не обладают электрической проводимостью. Прохождение электрического тока через газ возможно только при наличии в нем заряженных частиц — электронов и ионов. Процесс образования заряженных частиц газа называют ионизацией, а сам газ — ионизованным. Возникновение заряженных частиц в дуговом промежутке обусловливается эмиссией (испусканием) электронов с поверхности отрицательного электрода (катода) и ионизацией находящихся в промежутке газов и паров. Дуга, горящая между электродом и объектом сварки, является дугой прямого действия. Такую дугу принято называть свободной дугой в отличие от сжатой, поперечное сечение которой принудительно уменьшено за счет сопла горелки, потока газа, электромагнитного поля. Возбуждение дуги происходит следующим образом. При коротком замыкании электрода и детали в местах касания их поверхности разогреваются. При размыкании электродов с нагретой поверхности катода происходит испускание электронов — электронная эмиссия. Выход электронов в первую очередь связывают с термическим эффектом (термоэлектронная эмиссия) и наличием у катода электрического поля высокой напряженности (автоэлектронная эмиссия). Наличие электронной эмиссии с поверхности катода является непременным условием существования дугового разряда.

По длине дугового промежутка дуга разделяется на три области (рис. 1): катодную, анодную и находящийся между ними столб дуги. Катодная область включает в себя нагретую поверхность катода, называемую катодным пятном, и часть дугового промежутка, примыкающую к ней.

Протяженность катодной области мала, но она характеризуется повышенной напряженностью и протекающими в ней процессами получения электронов, являющимися необходимым условием для существования дугового разряда. Температура катодного пятна для стальных электродов достигает 2400 — 2700°С. На нем выделяется до 38% общей теплоты дуги. Основным физическим процессом в этой области является электронная эмиссия и разгон электронов. Падение напряжения в катодной области UK составляет порядка 12 — 17 В.

Анодная область состоит из анодного пятна на поверхности анода и части дугового промежутка, примыкающего к нему. Ток в анодной области определяется потоком электронов, идущих из столба дуги. Анодное пятно является местом входа и нейтрализации свободных электронов в материале анода. Оно имеет примерно такую же температуру, как и катодное пятно, но в результате бомбардировки электронами на нем выделяется больше теплоты, чем на катоде. Анодная область также характеризуется повышенной напряженностью. Падение напряжения в ней Uк составляет порядка 2 — 11 В. Протяженность этой области также мала.

Столб дуги занимает наибольшую протяженность дугового промежутка, расположенную между катодной и анодной областями. Основным процессом образования заряженных частиц здесь является ионизация газа. Этот процесс происходит в результате соударения заряженных (в первую очередь электронов) и нейтральных частиц газа. При достаточной энергии соударения из частиц газа происходит выбивание электронов и образование положительных ионов. Такую ионизацию называют ионизацией соударением. Соударение может произойти и без ионизации, тогда энергия соударения выделяется в виде теплоты и идет на повышение температуры дугового столба. Образующиеся в столбе дуги заряженные частицы движутся к электродам: электроны — к аноду, ионы — к катоду. Часть положительных ионов достигает катодного пятна, другая же часть не достигает и, присоединяя к себе отрицательно заряженные электроны, становятся нейтральными атомами. Такой процесс нейтрализации частиц называют рекомбинацией. В столбе дуги при всех условиях горения ее наблюдается устойчивое равновесие между процессами ионизации и рекомбинации. В целом столб дуги не имеет заряда. Он нейтрален, так как в каждом сечении его одновременно находятся равные количества противоположно заряженных частиц. Температура столба дуги достигает 6000 — 8000°С и более. Падение напряжения в нем Uc изменяется практически линейно по длине, увеличиваясь с увеличением длины столба. Падение напряжения зависит от состава газовой среды и уменьшается с введением в нее легко ионизующихся компонентов. Такими компонентами являются щелочные и щелочно-земельные элементы (Са, Na, К и др.). Общее падение напряжения в дуге Uд = Uк + Uа + Uс. Принимая падение напряжения в столбе дуги в виде линейной зависимости, его можно представить формулой Uс = Еlс, где Е — напряженность по длине, lс — длина столба. Значения Uк, Uа, Е практически зависят лишь от материала электродов и состава среды дугового промежутка и при их неизменности остаются постоянными при разных условиях сварки. В связи с малой протяженностью катодной и анодной областей можно считать практически lс = lд. Тогда получается выражение Uд = a + blд показывающее, что напряжение дуги прямым образом зависит от ее длины, где а = Uк + Uа; b = Е.

Непременным условием получения качественного сварного соединения является устойчивое горение дуги (ее стабильность). Под этим понимают такой режим ее существования, при котором дуга длительное время горит при заданных значениях силы тока и напряжения, не прерываясь и не переходя в другие виды разрядов. При устойчивом горении сварочной дуги основные ее параметры- сила тока и напряжение- находятся в определенной взаимозависимости. Поэтому одной из основных характеристик дугового разряда является зависимость ее напряжения от силы тока при постоянной длине дуги. Графическое изображение этой зависимости при работе в статическом режиме (в состоянии устойчивого горения дуги)называют статической вольтамперной характеристики дуги (рис. 2).

С увеличением длины дуги ее напряжение возрастает и кривая статической вольтамперной характеристики поднимается выше, с уменьшением длины дуги опускается ниже, качественно сохраняя при этом свою форму. Кривую статической характеристики можно разделить на три области: падающую, жесткую и возрастающую. В первой области увеличение тока приводит к резкому падению напряжения дуги.

Это обусловлено тем, что с увеличением силы тока увеличиваются площадь сечения столба дуги и его электропроводность. Горение дуги на режимах в этой области отличается малой устойчивостью. Во второй области увеличение силы тока не связано с изменением напряжения дуга. Это объясняется тем, что площадь сечения столба дуги и активных пятен изменяется пропорционально силе тока, в связи с чем плотность тока и падение напряжения в дуге сохраняются постоянными.

Сварка дугой с жесткой статической характеристикой находит широкое применение в сварочной технологии, особенно при ручной сварке. В третьей области с увеличением силы тока напряжение возрастает. Это связано с тем, что диаметр катодного пятна становится равным диаметру электрода и увеличиваться далее не может, при этом в дуге возрастает плотность тока и падает напряжение. Дуга с возрастающей статической характеристикой широко используется при автоматической и механизированной сварке под флюсом и в защитных газах с применением тонкой сварочной проволоки. При механизированной сварке плавящимся электродом иногда применяют статическую вольтамперную характеристику дуги, снятую не при постоянной ее длине, а при постоянной скорости подачи электродной проволоки (рис. 3).

Как видно из рисунка, каждой скорости подачи электродной проволоки соответствует узкий диапазон токов с устойчивым горением дуга. Слишком малый сварочный ток может привести к короткому замыканию электрода с изделием, а слишком большой- к резкому возрастанию напряжения и ее обрыву.

Особенности дуги на переменном токе

При сварке на постоянном токе в установившемся режиме все процессы в дуге протекают с определенной скоростью и горение дуги отличается высокой стабильностью.

При питании дуга переменным током полярность электрода и изделия, а также условия существования дугового разряда периодически изменяются. Так, дуга переменного тока промышленной частоты 50 Гц погасает и вновь возбуждается 100 раз в секунду, или дважды за каждый период. Поэтому особо возникает вопрос об устойчивости горения дуги переменного тока. В первую очередь устойчивость горения такой дуги зависит от того, насколько легко происходит повторное возбуждение дуги в каждом полупериоде. Это определяется ходом физических и электрических процессов в дуговом промежутке и на электродах в отрезки времени между каждым погасанием и новым зажиганием дуги. Снижение тока сопровождается соответствующим уменьшением температуры в столбе дуги и степени ионизации дугового промежутка. При переходе тока через нуль и перемене полярности в начале и конце каждого полупериода дуга гаснет. Одновременно падает и температура активных пятен на аноде и катоде. Падение температуры несколько отстает по фазе при переходе тока через нуль, что связано с тепловой инерционностью процесса. Особенно интенсивно падает температура активного пятна, расположенного на поверхности сварочной ванны, в связи с интенсивным отводом теплоты в массу детали. В следующий за погасанием дуги момент меняется полярность напряжения на дуговом промежутке (рис. 4).

Одновременно изменяется и направление движения заряженных частиц в дуговом промежутке. В условиях пониженной температуры активных пятен и степени ионизации в дуговом промежутке повторное зажигание дуги в начале каждого полупериода происходит только при повышенном напряжении между электродами, именуемым пиком зажигания или напряжением повторного зажигания дуги. Пик зажигания всегда выше напряжения дуги, соответствующего стабильному режиму ее горения. При этом величина пика зажигания несколько выше в тех случаях, когда катодное пятно находится на основном металле. Величина пика зажигания существенно влияет на устойчивость горения дуги переменного тока. Деионизация и охлаждение дугового промежутка возрастают с увеличением длины дуги, что приводит к необходимости дополнительного повышения пика зажигания и влечет снижение устойчивости дуги. Поэтому затухание и обрыв дуги переменного тока при прочих равных условиях всегда происходят при меньшей ее длине, чем для постоянного тока. При наличии в дуговом промежутке паров легко-ионизующихся элементов пик зажигания уменьшается и устойчивость горения дуга переменного тока повышается.

С увеличением силы тока физические условия горения дуги улучшаются, что также приводит к снижению пика зажигания и повышению устойчивости дугового разряда. Таким образом, величина пика зажигания является важной характеристикой -дуги переменного тока и оказывает существенное влияние на ее устойчивость. Чем хуже условия для повторного возбуждения дуги, тем больше разница между пиком зажигания и напряжением дуги. Чем выше пик зажигания, тем выше должно быть напряжение холостого хода источника питания дуги током. При сварке на переменном токе неплавящимся электродом, когда материал его и изделия резко различаются по своим теплофизическим свойствам, проявляется выпрямляющее действие дуги. Это характеризуется протеканием в цепи переменного тока некоторой составляющей постоянного тока, сдвигающей в определенном направлении кривые напряжения и тока от горизонтальной оси (рис. 5). Наличие в сварочной цепи составляющей постоянного тока отрицательно сказывается на качестве сварного соединения и условиях процесса: уменьшается глубина проплавления, увеличивается напряжение дуги, значительно повышается температура электрода и увеличивается его расход. Поэтому приходится применять специальные меры для подавления действия постоянной составляющей.

При сварке плавящимся электродом, близким по составу к основному металлу, на режимах, обеспечивающих устойчивое горение дуги, выпрямляющее действие дуги незначительно и кривые тока и напряжения располагаются практически симметрично относительно оси абсцисс.

Технологические свойства дуги

Под технологическими свойствами сварочной дуги понимают совокупность ее теплового, механического и физико-химического воздействия на электроды, определяющие интенсивность плавления электрода, характер его переноса, проплавление основного металла, формирование и качество шва. К технологическим свойствам дуги относятся также ее пространственная устойчивость и эластичность. Технологические свойства дуги взаимосвязаны и определяются параметрами режима сварки.

Важными технологическими характеристиками дуги являются зажигание и стабильность горения дуги. Условия зажигания и горения дуги зависят от рода тока, полярности, химического состава электродов, межэлектродного промежутка и его длины. Для надежного обеспечения процесса зажигания дуй? необходимо подведение к электродам достаточного напряжения холостого хода источника питания дуги, но в то же время безопасного для работающего. Для сварочных источников напряжение холостого хода не превышает 80 В на переменном токе и 90 В на постоянном. Обычно напряжение зажигания дуги больше напряжения горения дуги на переменном токе в 1,2 — 2,5 раза, а на постоянном токе — в 1,2 — 1,4 раза. Дуга зажигается от нагрева электродов; возникающего при их соприкосновении. В момент отрыва электрода от изделия с нагретого катода происходит электронная эмиссия. Электронный ток ионизует газы и пары металла межэлектродного промежутка, и с этого момента в дуге появляются электронный и ионный токи. Время установления дугового разряда составляет 10-5 – 10-4 с. Поддержание непрерывного горения дуги будет осуществляться, если приток энергии в дугу компенсирует ее потери. Таким образом, условием для зажигания и устойчивого горения дуги является наличие специального источника питания электрическим током.

Вторым условием является наличие ионизации в дуговом промежутке. Степень протекания этого процесса зависит от химического состава электродов и газовой среды в дуговом промежутке. Степень ионизации выше при наличии в дуговом промежутке легкоионизующихся элементов. Горящая дуга может быть растянута до определенной длины, после чего она гаснет. Чем выше степень ионизации в дуговом промежутке, тем длиннее может быть дуга. Максимальная длина горящей без обрыва дуги характеризует важнейшее технологическое свойство ее — стабильность. Стабильность дуги зависит от целого ряда факторов: температуры катода, его эмиссионной способности, степени ионизации среды, длины дуги и др.

К технологическим характеристикам дуги относятся также пространственная устойчивость и эластичность. Под этим понимают способность сохранения дугой неизменности пространственного положения относительно электродов в режиме устойчивого горения и возможность отклонения и перемещения без затухания под воздействием внешних факторов. Такими факторами могут быть магнитные поля и ферромагнитные массы, с которыми дуга может взаимодействовать. При этом взаимодействии наблюдается отклонение дуги от естественного положения в пространстве. Отклонение столба дуги под действием магнитного поля, наблюдаемое в основном при сварке постоянным током, называют магнитным дутьем (рис. 6).

Возникновение его объясняется тем, что в местах изменения направления тока создаются напряженности магнитного поля. Дуга является своеобразной газовой вставкой между электродами и как любой проводник взаимодействует с магнитными полями. При этом столб сварочной дуги можно рассматривать в качестве гибкого проводника, который под воздействием магнитного поля может перемещаться, как любой проводник, деформироваться и удлиняться. Это приводит к отклонению дуги в сторону, противоположную большей напряженности. При сварке переменным током в связи с тем, что полярность меняется с частотой тока, это явление проявляется значительно слабее. Отклонение дуги также имеет место при сварке вблизи ферромагнитных масс (железо, сталь). Это объясняется тем, что магнитные силовые линии проходят через ферромагнитные массы, обладающие хорошей магнитной проницаемостью, значительно легче, чем через воздух. Дуга в этом случае отклонится в сторону таких масс.

Возникновение магнитного дутья вызывает непровары и ухудшение формирования швов. Устранить его можно за счет изменения места токоподвода к изделию или угла наклона электрода, временным размещением балластных ферромагнитных масс у сварного соединения, позволяющих выравнивать несимметричность магнитных полей, а также заменой постоянного тока переменным.

Понятие о сварке и ее сущность

Сложные конструкции, как правило, получают в результате объединения между собой отдельных элементов (деталей, агрегатов, узлов). Такие объединения могут выполняться с помощью разъемных или неразъемных соединений.

В соответствии с ГОСТ 2601-74 сварка определяется как процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве или пластическом деформировании или совместным действием того и другого.

Неразъемные соединения, выполненные с помощью сварки, называют сварными соединениями. Чаще всего с помощью сварки соединяют детали из металлов. Однако сварные соединения применяют и для деталей из неметаллов — пластмасс, керамик или их сочетаний.

Для получения сварных соединений не требуется применения каких-либо специальных соединительных элементов (заклепок, накладок и т. п.). Образование неразъемного соединения в них обеспечивается за счет проявления действия внутренних сил системы. При этом происходит образование связей между атомами металла соединяемых деталей. Для сварных соединений характерно возникновение металлической связи, обусловленной взаимодействием ионов и обобществленных электронов.

Для получения сварного соединения совершенно недостаточно простого соприкосновения поверхностей соединяемых деталей. Межатомные связи могут установиться только тогда, когда соединяемые атомы получат некоторую дополнительную энергию, необходимую для преодоления существующего между ними определенного энергетического барьера. При этом атомы достигают состояния равновесия в. действии сил напряжения и отталкивания. Эту энергию называют энергией активации. При сварке ее вводят извне путем нагрева (термическая активация) или пластического деформирования (механическая активация).

Сближение свариваемых частей и приложение энергии активации — необходимые условия для образования неразъемных сварных соединений.

В зависимости от вида активации при выполнении соединений различают два вида сварки: плавлением и давлением. При сварке плавлением детали по соединяемым кромкам оплавляют под действием источника нагрева. Оплавленные поверхности кромок покрываются расплавленным металлом, который, сливаясь в общий объем, образует жидкую сварочную ванну. При охлаждении сварочной ванны жидкий металл затвердевает и образует сварной шов. Шов может быть образован или только за счет расплавления металла свариваемых кромок, или за счет их и дополнительного введения в сварочную ванну расплавляемой присадки.

Сущность сварки давлением состоит в непрерывном или прерывистом совместном пластическом деформировании материала по кромкам свариваемых деталей. Благодаря пластической деформации и течению металла облегчается установление межатомных связей соединяемых частей. Для ускорения процесса применяют сварку давлением с нагревом. В некоторых способах сварки давлением нагрев может производиться до оплавления металла свариваемых поверхностей.

Классификация видов сварки

В настоящее время различают более 150 видов сварочных процессов. ГОСТ 19521-74 устанавливает классификацию сварочных процессов по основным физическим, техническим и технологическим признакам.

Основой физических признаков классификации является форма энергии, используемой для получения сварного соединения. По физическим признакам все виды сварки относят к одному из трех классов: термическому, термомеханическому и механическому.

К термическому классу относят все виды сварки плавлением, осуществляемые с использованием тепловой энергии, — газовую, дуговую, электрошлаковую, электронно-лучевую, лазерную и др.

К термомеханическому классу относят все виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления,— контактную, диффузионную, газо- и дугопрессовую, кузнечную и др.

К механическому классу относят все виды сварки давлением, осуществляемые с использованием механической энергии, — холодная, трением, ультразвуковая, взрывом и др.

К техническим признакам классификации сварочных процессов относят способы защиты металла в зоне сварки, непрерывность процесса и степень его механизации (рис. 7).

Технологические признаки классификации устанавливаются для каждого вида сварки отдельно. Например, вид дуговой сварки может быть классифицирован по следующим признакам: виду электрода, характеру защиты, уровню автоматизации и т. п.

Основные разновидности дуговой сварки

Источником нагрева при дуговых способах сварки является сварочная дуга, представляющая собой устойчивый электрический разряд, происходящий в газовой среде между двумя электродами или электродом и деталью. Для поддержания такого разряда нужной продолжительности необходимо применение специальных источников питания дуги (ИПД). Для питания дуги переменным током применяют сварочные трансформаторы, при постоянном токе- сварочные генераторы или сварочные выпрямители. На рис. 8 показана схема электрической цепи дуговой сварки.

Разработка дуговой сварки обусловлена открытием электрической дуги в 1802 г. русским физиком В.В. Петровым. Впервые для соединения металлических частей с помощью электрической дуги, горящей между неплавящимся угольным электродом и свариваемым изделием, было осуществлено Н.Н. Бенардосом в 1882 г. При необходимости в сварочную ванну дополнительно подавался присадочный материал. В 1888 г. русский инженер Н.Г. Славянов усовершенствовал процесс, заменив неплавящийся угольный электрод на плавящийся металлический. Тем самым было достигнуто объединение функций электрода для существования дугового разряда и присадочного металла для образования ванны. Предложенные Н.Н. Бенардосом и Н.Г. Славяновым способы дуговой сварки неплавящимся и плавящимся электродами легли в основу разработки наиболее распространенных современных способов дуговой сварки.

Дальнейшее совершенствование дуговой сварки шло по двум направлениям: 1) изыскание средств защиты и обработки расплавленного металла сварочной ванны; 2) автоматизация процесса. По характеру защиты свариваемого металла и сварочной ванны от окружающей среды могут быть выделены способы дуговой сварки с шлаковой, газошлаковой и газовой защитой. По степени автоматизации процесса способы разделяют на ручную, механизированную и автоматическую сварку. Ниже приводятся характеристики и описание основных разновидностей дуговой сварки.

Дуговая сварка покрытыми электродами (рис. 9). При этом способе процесс выполняется вручную. Сварочные электроды могут быть плавящиеся — стальные, медные, алюминиевые и др. — и неплавящиеся — угольные, графитовые, вольфрамовые.

Наиболее широко применяют сварку стальными электродами, имеющими на поверхности электродное покрытие. Покрытие электродов готовится из порошкообразной смеси различных компонентов и наносится на поверхность стального стержня в виде затвердевающей пасты. Его назначение — повысить устойчивость горения дуги, провести металлургическую обработку сварочной ванны, и улучшить качество сварки. Сварной шов образуют за счет расплавления металла свариваемых кромок и плавления стержня сварочного электрода. При этом сварщик вручную осуществляет два основных технологических движения: подачу покрытого электрода в зону сварки по мере его расплавления и перемещение дуги вдоль свариваемого шва. Ручная дуговая сварка покрытыми электродами — один из наиболее распространенных способов, используемых при изготовлении сварных конструкций. Она отличается простотой и универсальностью, возможностью выполнения соединений в различных пространственных положениях и труднодоступных местах. Существенный недостаток ее — малая производительность процесса и зависимость качества сварки от квалификации сварщика.

Дуговая сварка под флюсом (рис. 10). Электрическая дуга горит между плавящимся электродом и деталью под слоем сварочного флюса, полностью закрывающего дугу и сварочную ванну от взаимодействия с воздухом. Сварочный электрод выполнен в виде проволоки, свернутой в кассету и автоматически подаваемой в зону сварки. Перемещение дуги вдоль свариваемых кромок может выполняться или вручную, или с помощью специального привода. В первом случае процесс ведется с помощью сварочных полуавтоматов, во втором — сварочных автоматов. Дуговая сварка под флюсом отличается высокой производительностью и качеством получаемых соединений. К недостаткам процесса следует отнести трудность сварки деталей небольших толщин, коротких швов и выполнение швов в основных положениях, отличных от нижних. Подробную информацию о дуговой сварке под флюсом читайте в

Дуговая сварка в защитных газах (рис. 11). Электрическая дуга горит в среде специально подаваемых в зону сварки защитных газов. При этом можно использовать как неплавящийся, так и плавящийся электроды, а выполнять процесс ручным, механизированным или автоматическим способом. При сварке неплавящимся электродом применяют присадочную проволоку, при плавящемся электроде присадки не требуется. Сварка в защитных газах отличается широким разнообразием и применяется для широкого круга металлов и сплавов.

Электрошлаковая сварка (рис. 12). Процесс сварки является бездуговым. В отличие от дуговой сварки для расплавления основного и присадочного металлов используется теплота, выделяющаяся при прохождении сварочного тока через расплавленный электропроводный шлак (флюс). После затвердевания расплава образуется сварной шов. Сварку выполняют чаще всего при вертикальном положении свариваемых деталей с зазором между ними. Для формирования шва по обе стороны зазора устанавливают медные ползуны-кристаллизаторы, охлаждаемые водой. Электрошлаковую сварку применяют для соединения деталей больших толщин (от 20 до 1000 мм и более).

Сварные соединения и швы

Согласно ГОСТ 2601-84 устанавливается ряд терминов и определений связанных со сварными соединениями и швами.

Сварное соединение — это неразъемное соединение нескольких деталей, выполненное сваркой. Конструктивный тип сварного соединения определяется взаиморасположением свариваемых частей. При сварке плавлением различают следующие типы сварных соединений: стыковое, угловое, тавровое, нахлесточное и торцовое. Применяется также соединение нахлесточное с точечным сварным швом, выполненное дуговой сваркой.

Металлическую конструкцию, изготовленную сваркой из отдельных деталей, называют сварной конструкцией. Часть такой конструкции называют сварным узлом.

Стыковое соединение представляет собой сварное соединение двух деталей, расположенных в одной плоскости и примыкающих друг к другу торцовыми поверхностями (рис. 13, а). Оно наиболее распространено в сварных конструкциях, поскольку имеет ряд преимуществ перед другими видами соединений. Условные обозначения стыковых соединений: С1 — С48.

Угловое соединение представляет собой сварное соединение двух элементов, расположенных под углом друг к другу и сваренных в месте приложения их кромок (рис.13, б). Условные обозначения угловых соединений: У1 — У10.

Тавровое соединение — это соединение, в котором к боковой поверхности одного элемента примыкает под углом и приварен торцом другой элемент. Как правило, угол между элементами прямой (рис. 13, в). Условные обозначения тавровых соединений: Т1 — Т8.

Нахлесточное соединение представляет собой сварное соединение, в котором соединяемые элементы расположены параллельно и частично перекрывают друг друга (рис. 13, г). Условные обозначения: h2 — Н9.

Торцовое соединение — это соединение, в котором боковые поверхности элементов примыкают друг к другу (рис. 13, д). Условных обозначений в стандарте пока нет.

Сварной шов представляет собой участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла сварочной ванны.

Сварочная ванна — это часть металла сварного шва, находящаяся в момент сварки в расплавленном состоянии. Углубление, образующееся в сварочной ванне под действием дуги, называют кратером. Металл соединяемых частей, подвергающихся сварке, называют основным металлом. Металл, предназначенный для введения в сварочную ванну в дополнение к расплавленному основному, называют присадочным металлом. Переплавленный присадочный металл, введенный в сварочную ванну или наплавленный на основной металл, называют наплавленным металлом. Сплав, образованный переплавленным основным или переплавленным основным и наплавленным металлами, называют металлом шва. В зависимости от параметров и формы подготовки свариваемых кромок деталей доли участия основного и наплавленного металлов в формировании шва могут существенно изменяться (рис. 14):

В зависимости от доли участия основного и присадочного металлов в формировании шва его состав может изменяться. Торцовые поверхности деталей, подлежащие нагреву и расплавлению при сварке, называют свариваемыми кромками. Для обеспечения равномерного проплавления свариваемых кромок в зависимости от толщины основного металла и способа сварки им придают наиболее оптимальную форму, выполняя предварительно подготовку кромок. На рис. 15 приведены применяемые формы подготовки кромок для различных типов сварных соединений. Основными параметрами формы подготовленных кромок и собранных под сварку соединений являются е, R, b, a, с — высота отбортовки, радиус закруглений, зазор, угол скоса, притупление кромок.

Отбортовку кромок применяют при сварке тонкостенных деталей. Для толстостенных деталей применяют разделку кромок за счет их скоса, т.е. выполнение прямолинейного или криволинейного наклонного скоса кромки, подлежащей сварке. Нескошенная часть кромки с носит название притупления кромки, а расстояние b между кромками при сборке — зазором. Острый угол b между плоскостью скоса кромки и плоскостью торца называют углом скоса кромки, угол a между скошенными кромками — углом разделки кромок.

Значения параметров формы подготовки кромок и их сборки регламентируются ГОСТ 5264-80. В зависимости от типов сварных соединений различают стыковые и угловые сварные швы. Первый вид швов используется при получении стыковых сварных соединений. Второй вид швов используется в угловых, тавровых и нахлесточных соединениях.

Вы когда-нибудь задумывались, какова температура сварочной дуги?

Дуговая сварка считается наиболее экономичным методом соединения двух металлических деталей. Этот метод использует электричество для получения сильного тепла, которое помогает расплавить две части металла в одну цельную деталь. Сварочные аппараты используют трансформатор или инверторный источник питания для создания электрической дуги между «электродом» или присадочным материалом и основным материалом, чтобы создать достаточно тепла для плавления металлов прямо в точке контакта, что делает его эффективным и точным.

Температура сварочной дуги обычно находится в диапазоне 6000-8000 градусов по Цельсию, который в пересчете на градусы Фаренгейта будет примерно в пределах 10000-15000 градусов, но точная температура зависит от множества факторов, таких как тип тока, тип защитного газа, сила тока и т. Д. . Я не физик, поэтому я не могу объяснить это более подробно, однако мы можем изучить некоторые факторы более глубоко.

Сварщики используют постоянный — постоянный или переменный — переменный ток, а также неплавящиеся или расходуемые электроды в зависимости от метода.И важно знать, что зона сварки всегда защищена защитным газом или облаком флюса, создаваемым некоторыми присадочными металлами.

Источники энергии

Для дуговой сварки можно использовать нескольких источников питания , но чаще всего используется источники питания постоянного тока (из розетки в нашей стене) рядом с с источником постоянного напряжения (от станка) либо постоянным — постоянным, либо переменным — переменным током Текущий.Напряжение также напрямую связано с длиной дуги, в то время как ток к количеству теплового вклада.

При дуговой сварке источники постоянного тока обычно используются для ручных методов сварки, таких как дуговая сварка металлическим электродом и дуговая сварка вольфрамовым электродом , поскольку они поддерживают постоянный ток, несмотря на небольшие колебания напряжения. Эта особенность имеет решающее значение, потому что может быть довольно сложно удерживать электрод стабильно при сварке штангой, поэтому длина дуги и напряжение будут часто колебаться на уровне .С другой стороны, источники постоянного напряжения постоянно поддерживают напряжение при колебаниях тока, и по этой причине они применяются в автоматизированных процессах дуговой сварки в промышленных масштабах, таких как FCAW, сварка под флюсом и GMAW. В этих сварочных процессах длина дуги остается постоянной, потому что любое изменение длины между основным материалом и проволокой немедленно корректируется огромным изменением тока. Это означает, что если расстояние между основным материалом и проводом слишком мало, ток будет быстро увеличиваться, что увеличивает тепло, возвращая его к исходному разделительному расстоянию.

По крайней мере, это теория.

При дуговой сварке направление используемого тока также имеет значение и в зависимости от материала влияет на температуру сварочной дуги, проплавление и качество сварного шва. В процессах с плавящимися электродами, включая газовую дугу и дуговую сварку в среде защитного металла, используется постоянный ток, в то время как электроды могут заряжаться как отрицательно, так и положительно.

Типы методов защиты, влияющих на температуру дуги

Насколько я понимаю, тримикс (гелий, аргон, СО2) или аргон / СО2 или даже чистый СО2 не имеют большого значения, если вы свариваете довольно тонкие материалы в домашних условиях.Да, с чистым CO2 вы можете получить лучшее проникновение, то есть дуга будет более горячей, но большая разница проявляется, когда вы используете самозащитные присадочные металлы с противоположной полярностью.

Температура брызг при сварке

Сварочные искры образуются, когда электрод входит в контакт с заготовкой, а затем удаляется, позволяя воздуху ионизироваться между двумя металлами, а электроны переходят через зазор. В результате генерируется тепло и яркий свет.Температура сварочных брызг может составлять от 550 до 1200 градусов Цельсия.

Интересное чтиво о сварочных брызгах: сварочные брызги — 11 вещей, которые вы должны знать об этом

Заключение

Подводя итог, можно сказать, что температура сварочной дуги составляет 10000-15000 градусов, и, поскольку я не физик, я не знаю точную температуру и точное воздействие различных защитных газов, длины дуги и силы тока. Это практически невозможно определить, если я не проверил это сам, но я думаю, что диапазона от 10 000 до 15 000 достаточно, чтобы знать, что это чертовски жарко.

6 удивительных фактов о дуговой сварке

Сварка — это процесс металлообработки, включающий использование тепла для соединения двух или более металлических предметов. Когда к металлическим предметам прикладывается тепло, поверхность предметов начинает плавиться. Когда расплавленная поверхность охлаждается, она затвердевает, связывая предметы в процессе.

Но в то время как в некоторых сварочных процессах используется пламя для нагрева металла, в других используется электричество. Известная как дуговая сварка, она характеризуется использованием электрической дуги — постоянного (DC) или переменного (AC) тока, которая плавит большинство металлов при контакте.Ниже приведены шесть удивительных фактов о дуговой сварке.

# 1) Он был изобретен в 1800-х годах

Дуговая сварка берет свое начало в 1800-х годах, когда русский ученый Василий Петров создал управляемую электрическую дугу. Используя ту же концепцию, русский изобретатель Николай Бенардос продемонстрировал, как электрическая дуга может соединять металлические предметы, что привело к современной дуговой сварке.

# 2) Электрическая дуга обычно достигает около 10 000 градусов

Электрическая дуга очень горячая, поэтому дуговая сварка считается эффективным сварочным процессом.В то время как разные металлы требуют разной температуры, дуговая сварка обычно выполняется при температуре дуги примерно 10 000 градусов по Фаренгейту. Конечно, это все еще круче, чем сварка плазменной горелкой, температура которой может достигать 50 000 градусов по Фаренгейту, но, тем не менее, электрическая дуга невероятно горячая.

# 3) Он сыграл роль в Первой мировой войне

Дуговая сварка сыграла ключевую роль в Первой мировой войне, упростив производство линкоров. До дуговой сварки Королевский флот использовал клепаные пластины для постройки своих линкоров.Однако дуговая сварка оказалась более эффективной и действенной, что позволило Великобритании построить больше боевых кораблей за меньшее время.

# 4) Сварочные аппараты должны «остыть»

Из-за очень высокой температуры, которую они вырабатывают, аппараты для дуговой сварки должны остывать, чтобы предотвратить повреждение или выход из строя. За исключением промышленных аппаратов для дуговой сварки, большинство аппаратов для дуговой сварки имеют рабочий цикл, указанный производителем, который означает, сколько минут в течение 10-минутного периода следует использовать сварщику.

# 5) Существуют разные виды дуговой сварки

Существует примерно полдюжины различных видов дуговой сварки, каждый из которых использует свой подход. Например, газовая дуговая сварка предполагает использование газа, такого как гелий, для разжигания электрической дуги, тогда как плазменная дуговая сварка предполагает использование плазмы.

# 6) Недорого

По сравнению с другими сварочными процессами дуговая сварка стоит недорого. Аппараты для дуговой сварки доступны всего за 200 долларов и требуют минимального обучения.

Существует более десятка различных типов сварки, дуговая, MIG, роботизированная MIG, TIG, лазерная сварка и даже сварка трением. Монро — знаток каждого из них.

Типы и принципы дуговой сварки | Дуговая сварка | Основы автоматизированной сварки

На этой странице описаны различные типы дуговой сварки, грубо разделенные на типы неплавящегося и плавящегося электродов, а также принципы генерации дуги и сварки.

Дуговая сварка — это разновидность сварки плавлением, которая широко используется в различных областях промышленности.
Существует множество разновидностей дуговой сварки, которые выбираются в зависимости от характеристик материала, механизма оборудования и используемого газа.Дуговая сварка в среде защитного газа, в которой используется защитный газ для защиты сварного шва от атмосферы, такая как сварка TIG, сварка MIG и сварка MAG, широко используется благодаря простоте автоматизации.

Дуговая сварка, включая дуговую сварку в среде защитных газов, в общих чертах подразделяется на два типа: тип плавящегося (плавкого) электрода и тип неплавкого (неплавкого) электрода в зависимости от того, плавится ли сварочный пруток / проволока в процессе или нет.

Приведенные выше классификации являются лишь примером.Существуют различные способы классификации типов, и некоторые из них могут отличаться от приведенной выше таблицы.

В дуговой сварке используется электрическое явление, называемое дуговым разрядом. Дуговый разряд — это явление электрического разряда газа и относится к току, выделяющемуся в воздухе. Когда напряжение, прикладываемое к двум пространственно разнесенным электродам, постепенно увеличивается, воздушная изоляция в конечном итоге разрывается, и между электродами течет ток, излучая одновременно яркий свет и высокую температуру.Генерируемый свет в форме дуги называется электрической дугой или дугой. Дуговая сварка — это сварка с использованием тепла дуги в качестве источника тепла.
При дуговой сварке к электроду (сварочному стержню / проволоке) прикладывается положительное напряжение, а к основному материалу — отрицательное напряжение. Это приводит к возникновению дуги от основного материала к электроду.
Выходной ток дуги составляет примерно от 5 до 1000 А, а выходное напряжение составляет примерно от 8 до 40 В. Температура дуги составляет примерно от 5000 до 20 000 ° C. Температура плавления железа около 1500 ° C.Следовательно, основной материал и электрод нагреваются до высокой температуры и сплавляются вместе.

Дом

Что такое дуговая сварка? — Определение и типы процессов

Дуговая сварка — это тип процесса сварки, в котором используется электрическая дуга для создания тепла для плавления и соединения металлов. Источник питания создает электрическую дугу между расходуемым или неплавящимся электродом и основным материалом, используя либо постоянный (DC), либо переменный (AC) ток.

Эта статья — один из серии часто задаваемых вопросов TWI.

Если у вас есть вопросы или вам нужна помощь, напишите нам, чтобы получить консультацию специалиста:

[email protected]

Как это работает?

Дуговая сварка — это процесс сварки плавлением, используемый для соединения металлов. Электрическая дуга от источника переменного или постоянного тока создает интенсивное тепло около 6500 ° F, которое плавит металл в месте соединения двух заготовок.

Дуга может управляться вручную или механически вдоль линии соединения, в то время как электрод либо просто проводит ток, либо проводит ток и плавится в сварочной ванне, одновременно подавая присадочный металл в соединение.

Поскольку металлы химически реагируют с кислородом и азотом в воздухе при нагреве дугой до высоких температур, для сведения к минимуму контакта расплавленного металла с воздухом используется защитный газ или шлак. После охлаждения расплавленные металлы затвердевают, образуя металлургическую связь.

Какие бывают типы дуговой сварки?

Этот процесс можно разделить на два разных типа; методы плавления и неплавящегося электрода.

Методы расходных электродов

Также известный как газовая дуговая сварка металлов (GMAW) , использует защитный газ для защиты основных металлов от загрязнения.

Также известна как ручная дуговая сварка металлическим электродом (MMA или MMAW) , дуговая сварка под защитным флюсом или сварка стержнем — это процесс, при котором дуга зажигается между металлическим стержнем (электрод с покрытием из флюса) и заготовкой. поверхность стержня и заготовки плавится, образуя сварочную ванну.При одновременном плавлении флюсового покрытия на стержне образуются газ и шлак, защищающий сварочную ванну от окружающей атмосферы. Это универсальный процесс, идеально подходящий для соединения черных и цветных металлов различной толщины во всех положениях.

Дуговая сварка порошковой проволокой (FCAW)

Созданный как альтернатива SMAW, FCAW использует непрерывно запитанный расходный порошковый электрод и источник постоянного напряжения, что обеспечивает постоянную длину дуги.В этом процессе используется либо защитный газ, либо только газ, создаваемый флюсом, чтобы обеспечить защиту от загрязнения.

Часто используемый процесс с непрерывной подачей расходуемого электрода и защитным слоем из плавкого флюса, который становится проводящим при расплавлении, обеспечивая прохождение тока между деталью и электродом. Флюс также помогает предотвратить разбрызгивание и искры, подавляя пары и ультрафиолетовое излучение.

Вертикальный процесс, используемый для сварки толстых листов (более 25 мм) за один проход.ESW основывается на зажигании электрической дуги до того, как добавка флюса погасит дугу. Флюс плавится, когда расходный материал проволоки подается в ванну расплава, что создает расплавленный шлак на поверхности ванны. Тепло, необходимое для плавления проволоки и кромок пластины, вырабатывается за счет сопротивления расплавленного шлака прохождению электрического тока. Две медные башмаки с водяным охлаждением следят за ходом процесса и предотвращают стекание расплавленного шлака.

Дуговая сварка шпилек (SW)

Подобно сварке оплавлением, SW соединяет гайку или крепеж, обычно с фланцем с выступами, которые плавятся для образования соединения, с другой металлической деталью.

Методы использования неизрасходованных электродов

Также известный как Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) , использует неплавящийся вольфрамовый электрод для создания дуги и инертный защитный газ для защиты сварного шва и расплавленной ванны от атмосферного загрязнения.

Плазменная дуговая сварка (PAW)

Подобно TIG, PAW использует электрическую дугу между неплавящимся электродом и анодом, которые расположены внутри корпуса резака.Электрическая дуга используется для ионизации газа в горелке и создания плазмы, которая затем проталкивается через мелкое отверстие в аноде, чтобы достичь опорной плиты. Таким образом плазма отделяется от защитного газа.

Дуговая сварка экранированного металла — обзор

1.1 Общие положения

Самозащищенная дуговая сварка (SSAW) — это процесс сварки плавлением с использованием непрерывного (проволочного) плавящегося электрода, который не требует никакого внешнего экранирования (1, 2), либо с минеральный флюс, например, при сварке под флюсом или в защитных газах (CO 2 , Ar-CO ₂ , Ar-O ₂ и т. д.) как при сварке в среде защитного газа (MIG-MAG / GMAW). Для работы с SSAW на рабочем месте необходимо поставить только два элемента вместо трех: —

(i)

сварочное оборудование (источник питания плюс устройство подачи проволоки) и

(ii)

подходящие сварочные материалы, совместимые с свариваемым материалом, типом соединения и используемым положением.

На рис. 1.1 схематически показаны различия в типичных установках для сварки в самозащитной среде (часто называемой SS-FCAW) и сварки в среде защитного газа сплошной или трубчатой ​​/ порошковой проволокой.При SSAW отпадает необходимость в пункте (iii): защитный расходный материал — защитный газ.

Рис. 1.1. Типовые установки для дуговой сварки плавящимся электродом со сплошной проволокой, который может быть сплошным или трубчатым / порошковым: —

(a)

сварка в самозащите,

(B)

сварка в среде защитного газа.

Таким образом, логистическое удобство SSAW аналогично ручной сварке стержневыми электродами с флюсовым покрытием (MMA / SMAW).Однако, поскольку в SSAW используется сплошной проволочный электрод, это дает очевидные преимущества в производительности по сравнению со стержневым электродом, поскольку отсутствуют принудительные остановки и пуски. Как и дуговая сварка в защитном газе, самозащитная дуговая сварка может быть полуавтоматической или полностью механизированной. Таким образом, несмотря на текущую рыночную тенденцию замены покрытых флюсом электродов сваркой в ​​среде защитного газа, сплошной или трубчатой ​​/ порошковой проволокой, первый вопрос, который должен рассмотреть текущий пользователь покрытых флюсом электродов, заключается в следующем: —

«Можно ли сделать текущую работу более рентабельной с использованием самозащитных расходных материалов, если доступ позволяет использовать полуавтоматическую сварку?»

Повышение производительности сварки непрерывным электродом общепризнано, но есть также некоторые опубликованные данные (3–5), показывающие технические преимущества, возникающие в результате устранения прерывания работы стержневого электрода и внедрения процессов непрерывного электрода, так как рассматривается ниже.

(а)

Контроль вязкости. Это важно для сосудов под давлением, резервуаров для хранения и крупных сооружений, таких как морские платформы; например При строительстве одной недавней платформы около ½ миллиона долларов было потрачено только на испытания на ударную вязкость при разработке процедуры сварки (6). Тем не менее, всегда возникает вопрос о том, последовательно ли воспроизводится уровень ударной вязкости, продемонстрированный в технологической сварке, в производственных сварных швах, контролируемых соответствующими Спецификациями процедуры сварки (WPS).В таблице 1.1 сравниваются результаты испытаний на вязкость по Шарпи, полученные в ходе квалификационных испытаний (PQ) и производственных испытаний (3). Сравнение показывает, что при механизированных процессах с использованием сплошных электродов производственные испытания достигли более 80% уровня ударной вязкости, продемонстрированного результатами испытаний PQ, но с ручным стержневым электродом уровень достижения при производственных испытаниях был лишь немногим выше 60%.

Таблица 1.1. Сравнение результатов ударной вязкости с V-образным надрезом по Шарпи, полученных для аттестации процедуры сварки (WPQ и производственные испытания аналогичных соединений, выполненных с помощью трех различных процессов.

903 903 903 903 307 903 903 снизу 26901

ИСПЫТАНИЕ НА УДАР J	SUB-ARC. (SAW)			Автоматический GMAW			РУЧНАЯ СВАРКА SMAW AWS E7016
	Процедура Qualifie. Тест	Изделие. Тест	% выполнено	Процедура квалифицирована. Тест	Изделие. Тест	% выполнено	Процедура квалифицирована. Тест	Изделие. Испытание	% выполнено
СВАРНЫЙ МЕТАЛЛ — снизу	117	68	58	103	84	82	186	148	186	148		91	73	80	98	90	92	158	117	74
FUSION LINE — снизу	201 141	201 141	201 14		92	—	—
FUSION LINE — верх	159	174	109	212	196	92
FL + 2 мм — снизу	275	209	76	240	194	81	—	—
FL + 2 мм — верх	279	230	82	232	202	87	339	123	36
227	87	253	212	84	—	—
FL + 5 мм — верх	258	214		83 217	88	220	133	60
	СРЕДНЕЕ ДОСТИЖЕНИЕ		81	СРЕДНЕЕ ДОСТИЖЕНИЕ		87	СРЕДНЕЕ ДОСТИЖЕНИЕ		301О. ЛАИ, К.О. VILPPONEN «Квалификационные испытания процедуры сварки в сравнении с производственными испытаниями — систематическое исследование». (AWS) WELDING JOURNAL, июнь 1987 г., Vol. 66, No. 6, pp. 40-42. (б) Усталостное поведение. Это также очень важное свойство, которое объясняет многочисленные структурные нарушения и экономическое бремя. Похоже, существует консенсус (7–9), что большинство отказов металлических конструкций, которые происходят в процессе эксплуатации, от больших сварных конструкций, таких как мосты (8) до самолетов (9), связаны со значительным ростом усталостной трещины, которая предшествует окончательному разрушению или разрушению. .На рисунке 1.2 показан более высокий усталостный ресурс для полуавтоматических сварных швов, хотя и в среде защитных газов FCA, и для автоматических сварных швов под флюсом по сравнению с теми, которые выполняются вручную с использованием некоторых покрытых флюсом электродов (4). Рис. 1.2. Имеет разную глубину трещин и разрушение угловых швов без нагрузки (сужение 7 мм) на стальном листе толщиной 25 мм, сваренном с помощью различных процессов. Амплитуда напряжений 150 Н / мм 2 и коэффициент напряжений 0,5. Т. Лассен, Welding Journal, 1990 г. Авторские права © 1990 В 1991 г. были опубликованы результаты (5) по усталостным ресурсам односторонних стыковых сварных швов с закрывающейся головкой, которые доступны только с одной стороны и в которых корни с дефектами не могут быть выдолблены и повторно сварены .Некоторые сварные швы были выполнены покрытыми флюсом электродами (E7016 для корневого канала и E7018-G для заполнения), в то время как другие были наплавлены полуавтоматически из самозащитной проволоки E61T8-K6. Рисунок 1.3 показывает, что существует явная тенденция для соединений, сваренных самозащитной проволокой, давать более длительный усталостный ресурс, чем соединения, сваренные стержневыми электродами. Рис. 1.3. Результаты испытаний на усталость образцов, полученных из односторонних закрывающих швов и построенных с использованием напряжения усталостного разрушения.Сплошные линии представляют собой среднее значение минус 2 стандартных отклонения для классов конструкции сварных швов из стандарта BS.5400: Часть 10: 1980, а пунктирная линия — среднее значение минус 2 стандартных отклонения для всех данных. Данные из отчета о морских технологиях OTR 90 335, Лондон: RMSO, 1991 Авторские права © 1991 Было замечено (5), что процессы MMA / SMAW и SS-FCAW подвержены корневым дефектам, в основном отсутствию слияния и / или проникновения и пористость. Однако в целом частота и величина дефектов в соединениях SS-FCAW были заметно меньше, чем в соединениях MMA / SMAW.Это было связано с: — — использованием непрерывной проволоки, уменьшающей количество перерывов в сварке, вызванных заменой стержневого электрода; NB. Места остановки / старта часто связаны с недостатками; — узость проволоки по сравнению с покрытым флюсом электродом, облегчающим манипуляции с дугой и способствующим улучшенному сплавлению в корне, особенно там, где существует перекос; — снижение риска пористости в самозащитных сварных швах. Однако в настоящее время самозащитная дуговая сварка плохо воспринимается по сравнению с другими процессами, и иногда SSAW рассматривается как несколько загадочный процесс. В 1970 году Д.К. Смит (10) назвал самозащитные электроды «покрытыми электродами, вывернутыми наизнанку», имея в виду, что в самозащитных электродах все экранирование должно происходить изнутри провода, тогда как в случае покрытых флюсом электродов Экранирование электрода обеспечивается потоком на внешней стороне стержня.Это противопоставление было сделано в контексте дуговой сварки порошковой проволокой (FCAW) в целом, большая часть которой выполняется с помощью некоторого количества защитного газа. Следовательно, может показаться, что с того времени возникло впечатление, что самозащищенная сварка является несколько худшим вариантом FCAW, так как в ней отсутствует внешний газовый экран. По сей день в справочниках (1, 2) и учебниках (11, 12) самозащитная сварка остается скрытой в описаниях либо FCAW (1, 2, 12), либо сварки порошковой проволокой (11). в зависимости от принятой терминологии, и он не был признан самостоятельным процессом.Нехватка понимания того, как на самом деле работает самозащитная сварка для осаждения прочного металла, выражена в Настольном издании 1985 г. ASM Metals Handbook, в котором говорится (13): — «Помимо использования или неиспользования вспомогательных средств. защитный газ, методы самозащиты и защиты от вспомогательного газа различаются в основном типом используемого электрододержателя и длиной удлинителя электрода ». Однако, даже когда рассматриваются недавние (1990 г.) разработки в конструкции сварочных горелок, самозащищенная сварка даже не упоминается (14).В таких условиях промышленность медленно принимает наиболее подходящие сварочные материалы для выполняемой работы с целью повышения производительности (15). Ситуацию не спасают спецификации, классифицирующие сварочные материалы, которые будут рассмотрены более подробно в отдельном РАЗДЕЛЕ. Самая старая из них, датированная 1969 годом и, следовательно, самая известная и широко используемая в мире — это спецификация AWS A5.20-79 (16). Как и в справочниках (1, 2) и учебниках (11, 12), самозащищенная и газозащитная проволока рассматриваются вместе под общим названием дуговой сварки порошковой проволокой (FCAW).В различных таблицах и в Руководстве эти два разных типа проволоки смешаны без разбора и, будучи перечислены под последовательными номерами (Таблица 1.2), не поддаются легкому различению, если их номера обозначений классов не запомнены. Тем не менее, несмотря на этот недостаток, из-за установленного статуса спецификации AWS A5.20–79 ее классификации будут использоваться в этой работе по необходимости. Таблица 1.2. Перечень классификаций AWS для самозащитной и газозащитной трубчатой ​​/ порошковой сварочной проволоки с цифрами после дефиса, обозначающими удобство использования и рабочие характеристики проволоки, например.г. как в таблице 7 спецификации AWS A5.20-79. САМОЗАЩИТАЮЩАЯСЯ Классификация Экранирование EXX T-1 CO 2 -SHIELDED EXX T-2 CO2-SHIELDED EXX T-4 САМЗАЩИТНАЯ EXX T-5 СО2 или Ar-СО2-ЗАЩИЩЕННАЯ EXX T-6 ELF-6 EXX T-7 САМОЗАЩИТНЫЙ EXX T-8 САМОЗАЩИТНЫЙ EXX T-10 САМОЗАЩИТНЫЙ EXX4 9011 9011 EXX T-11 9011 Продолжение обработки самоэкранированной сварки в процессе дуговой сварки порошковой проволокой (FCAW) вводит в заблуждение, поскольку термин FCAW был сужен в результате новых разработок.Сегодня существуют трубчатые проволоки с металлической сердцевиной (без флюса), которые обеспечивают практически бесшлаковую сварку, как при сварке сплошной проволокой в ​​защитном газе. Кроме того, тот факт, что самозащитные провода, представленные в настоящее время на рынке, имеют трубчатую форму, является вопросом текущего удобства производства, а не принципов процесса. Между 1962-67 годами некоторые советские исследователи (17–19) и Кобаяши (20) продемонстрировали, что дуговая сварка стали C-Mn вполне возможна с использованием неизолированной сплошной проволоки, самоэкранирующая способность которой зависит от соответствующего содержания Al, Ti и Zr добавляются в расплав стали, из которой сделана проволока. Следовательно, в принципе, как и сварка в среде защитного газа, сварка в самозащитной среде возможна как сплошной, так и трубчатой ​​/ порошковой проволокой. Цель данной работы — представить самозащитную дуговую сварку (SSAW) как самостоятельный процесс со своими особыми характеристиками, а также довести ее существование и преимущества до сведения владельцев. операторы, проектировщики, изготовители и сертифицирующие органы металлоконструкций и оборудования. Чтобы вызвать доверие там, где может отсутствовать знакомство, будут объяснены металлургические принципы самозащитной сварки.Эти принципы применимы только к сварке мягких, C-Mn и низколегированных сталей и не могут быть распространены на хромоникелевые аустенитные нержавеющие стали или на различные (твердые) сплавы для наплавки, для которых также доступны самозащитные проволоки. . NBC-280 малый безгазовый сварочный аппарат с диоксидом углерода полуавтоматическая сварка Инструменты Дуговые сварочные аппараты anthropology.iresearchnet.com NBC-280 небольшой безгазовый сварочный аппарат с диоксидом углерода полуавтоматическая сварка Наша компания представляет собой коллекцию производства и продаж для интеграции промышленных и торговых предприятий, Купить футболки Ultras Iran Party Flags Soccer Jersey и другие футболки по адресу.Пожалуйста, свяжитесь с нами, прежде чем оставлять отрицательный отзыв, но это отличный размер, чтобы отправиться в однодневную поездку или за покупками, в сумке есть два внешних и два внутренних кармана для всего, что необходимо для ваших путешествий или повседневных дел, Купить Trans-Dapt 9198 Chrome Оребренный поддон трансмиссии: поддоны и сливные пробки — ✓ Возможна БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА при определенных покупках. В 2 раза тяжелее и в 3 раза больше ворс, а конструкция обеспечивает максимальную водопоглощаемость. Ваш любимый Toland может быть скоординирован с нашим подходящим флагом, Подходит для Nissan Pathfinder R51 2005-2012 V6 4, Gear New Shoulder Tote Hand Bag.усиленные пятка и носок для долговечности в зонах повышенного износа, наши продукты являются синонимом стиля, превосходной графики, которая не трескается. NBC-280 малый безгазовый сварочный аппарат с диоксидом углерода полуавтоматический сварочный . Они не делают их такими, как в вашем городе. и элегантный стиль, но без яркости и многословности. Купить Повязку на голову Cute Girl Точечная печать Крест эластичные резинки для волос Weave Twist Hairband Детские аксессуары для волос, внешний вид более гладкий: приятные ощущения, серия болтов на заводских амортизаторах дает вам контроль.Используется в приложениях с такими же гайками и болтами аналогичного диаметра, а также винтами. Начните с этих забавных и декоративных занавесок для душа, набора Fire Chief из 8 предметов для ролевых игр для творческой игры. Она творит прежде всего колесом. мы не несем ответственности за различия в цвете между фактическим продуктом и вашим экраном. Мы свяжемся с вами в течение 24 часов. Подходит к размеру диплома: 8 1/2 x 11 в ширину, NBC-280, небольшой сварочный аппарат без углекислого газа, полуавтоматическая сварка , ИНФОРМАЦИЯ О ДЕТАЛЕ ❤ ЦВЕТ НАКЛАДКИ: слоновая кость с белым кружево (цвет как на картинке).Красивый оранжевый приталенный свитер ручной работы крючком. Дата будет проставлена ​​только в формате «6. Вы получите набор из 5 розовых бокалов для шербета или десерта. Если ваш пакет будет возвращен обратно, потому что он невостребован. Или изменение масштаба для любых целей дизайна без потери качества», Одеяло узор лоскутное одеяло узор лоскутное одеяло детское лоскутное одеяло, керамическая настенная тарелка Ruscha, дизайн подсолнухи, форма 717 2 арт, ЛЮБЛЮ ЭТИКЕТКУ, НО НЕ ДИЗАЙН. Одежда сделана из выстиранной ткани. Розничная стоимость примерно 150 долларов, пожалуйста, сообщите мне гравировку, чтобы узнать цену, NBC-280 малый безгазовый сварочный аппарат с диоксидом углерода полуавтоматический сварочный .Он немного тоньше, чем наши толстовки с капюшоном. Ваши украшения будут доставлены в подарочную коробку с лентой, готовой к подарку, 1 1/4 ярда. Обивочная ткань из смесового хлопка средней плотности с современным серо-золотым дамасским узором. Не стесняйтесь задавать любые вопросы, 1 — Персонализированный меламин Тарелка ~ I Дизайн и настройка — вы дарите идеальный подарок. Есть несколько вещей лучше, чем бездельничать дома в винтажном кимоно. Если вы не знаете, как открывать, вы соглашаетесь, что вы не будете копировать, используйте сильный неодимовый магнит в качестве основы.Он включает в себя 6 черных нейлоновых универсальных зажимов для прокладки проводов разных размеров, наш широкий выбор элегантен для бесплатной доставки и бесплатного возврата, Повседневная футболка для женских летних пляжных топов с туникой с круглым вырезом спереди белого цвета S в магазине женской одежды, NBC- 280 небольшой сварочный аппарат без углекислого газа полуавтоматический сварочный , время производства занимает 1-2 рабочих дня. Доступный во всех ваших любимых командах и цветах, My Hero Academia Design All Over Print, герметичный керамический картриджный клапан с красивой матовой никелевой отделкой для защиты от потускнения и коррозии.Основывается на отзывах наших клиентов о товарах. Бесплатная доставка на следующий день для модных заказов, соответствующих критериям, 【3-кнопочное простое управление музыкой, дышащий материал, водоотталкивающий и устойчивый к ветру, брюки для студентов Blitz для боевых искусств, ★ Изготовлен из высококачественного материала из алюминиевого сплава. Максимальное расстояние освещения: 100 метров ночью, дать бетону застыть не более пяти минут, NBC-280 малый безгазовый сварочный аппарат с диоксидом углерода, полуавтоматическая сварка . Автокресло и коляска Bright Starts Shake & Glow Monkey: детка, наша цель — сделать вас постоянным клиентом. SM4-R оснащен двойными креплениями Rycote Lyre, чтобы обеспечить максимальную изоляцию от любых вибраций при работе. NBC-280 малый безгазовый сварочный аппарат с диоксидом углерода полуавтоматическая сварка Том XXII: Процессы дуговой сварки СОСУДЫ ДЛЯ ДАВЛЕНИЯ ASME Цель данной презентации — представить базовую информацию и понимание правил ASME для проектирования сосудов под давлением для химической и перерабатывающей промышленности, применимых в Соединенных Штатах и ​​большей части Северной и Южной Америки. Процессы дуговой сварки Основы дуговой сварки Дуговая сварка — это один из нескольких способов соединения металлов плавлением.Под воздействием сильного тепла металл на стыке между двумя частями расплавляется и смешивается — непосредственно или, что более часто, с промежуточным расплавленным присадочным металлом. После охлаждения и затвердевания образуется металлургическая связь. Поскольку соединение происходит путем смешивания вещества одной части с веществом другой части, с промежуточным соединением из аналогичного вещества или без него, окончательная сварка может продемонстрировать на стыке те же прочностные свойства, что и металл деталей. . При дуговой сварке сильное тепло, необходимое для плавления металла, вырабатывается электрической дугой. Дуга образуется между свариваемым изделием и электродом, который вручную или механически перемещают вдоль стыка (или изделие может перемещаться под неподвижным электродом). Электродом может быть углеродный или вольфрамовый стержень, единственная цель которого — проводить ток и поддерживать электрическую дугу между его наконечником и заготовкой. Или это может быть специально подготовленный стержень или проволока, которая не только проводит ток и поддерживает дугу, но также плавит и подает присадочный металл к стыку.Если электрод представляет собой углеродный или вольфрамовый стержень и в соединение требуется добавленный присадочный металл для заполнения, этот металл подается с помощью отдельно нанесенного стержня или проволоки из присадочного металла. Однако большая часть сварки при производстве стальных изделий, где требуется присадочный металл, выполняется с использованием электродов второго типа — тех, которые подают присадочный металл, а также обеспечивают проводник для электрического тока. Базовая сварочная цепь Базовая схема дуговой сварки показана на рисунке 1.Источник переменного или постоянного тока подключается заземляющим кабелем к заготовке и «горячим» кабелем к электрододержателю того же типа, который обеспечивает электрический контакт со сварочным электродом. Когда цепь находится под напряжением и кончик электрода касается заземленной заготовки, а затем извлекается и удерживается близко к пятну контакта, в зазоре возникает дуга. Дуга создает температуру около 6500oF (3600oC) на кончике электрода, температуру более чем достаточную для плавления большинства металлов.Вырабатываемое тепло плавит основной металл вблизи дуги и любой присадочный металл, подаваемый электродом или отдельно введенным стержнем или проволокой. Образуется обычная лужа расплавленного металла, называемая «кратером». Этот кратер затвердевает за электродом по мере его перемещения по свариваемому стыку. В результате получается соединение плавлением и металлургическая унификация деталей. Дуговое экранирование Однако использование тепла электрической дуги для соединения металлов требует большего, чем просто перемещение электрода относительно сварного шва.Металлы при высоких температурах химически реагируют с основными составляющими воздуха — кислородом и азотом. Если металл в ванне расплава вступит в контакт с воздухом, будут образовываться оксиды и нитриды, которые после затвердевания ванны расплава будут нарушать прочностные свойства сварного соединения. По этой причине различные процессы дуговой сварки предоставляют некоторые средства для покрытия дуги и ванны расплава защитным экраном из газа, пара или шлака. Это называется защитой от дуги, и такая защита может быть достигнута с помощью различных методов, таких как парогенерирующее покрытие на электродах из присадочного металла, покрытие дуги и ванны расплава отдельно подаваемым инертным газом или гранулированный флюс или использование материалов в сердечнике трубчатых электродов, которые генерируют защитные пары. На рис. 2 показана защита сварочной дуги и сварочной ванны с помощью покрытого «стержневого» электрода — типа электрода, используемого в большинстве случаев ручной дуговой сварки. Экструдированное покрытие стержня присадочного металла под воздействием тепла дуги создает газовый экран, который предотвращает контакт воздуха с расплавленным металлом. Он также поставляет ингредиенты, которые вступают в реакцию с вредными веществами на металлах, такими как оксиды и соли, и химически связывает эти вещества в шлак, который, будучи легче металла сварного шва, поднимается в верхнюю часть ванны и покрывает новую корку. затвердевший металл.Этот шлак даже после застывания выполняет защитную функцию; он сводит к минимуму контакт очень горячего затвердевшего металла с воздухом до тех пор, пока температура не снизится до точки, при которой реакция металла с воздухом уменьшится. Проектирование дуговой сварки Проектирование сварных соединений Нагрузки в сварной стальной конструкции передаются от одного элемента к другому через сварные швы, расположенные в сварных соединениях. И тип соединения, и тип сварного шва определяет проектировщик. На рисунках 3 и 4 показаны типы соединений и сварных швов. Указание соединения само по себе не описывает тип используемого сварного шва. Таким образом, для выполнения стыкового соединения показано десять типов сварных швов. Хотя здесь все сварные швы, кроме двух, показаны с стыковыми соединениями, некоторые из них могут использоваться с другими типами соединений. Таким образом, сварной шов с одной кромкой можно также использовать в Т- или угловом соединении, а сварной шов с одной V-образной кромкой можно использовать в угловом, Т-образном или стыковом соединении. Угловые сварные соединения Угловой шов, не требующий подготовки канавки, является одним из наиболее часто используемых сварных швов при проектировании машин.Различные угловые сварные швы показаны на рисунке 5. Угловое соединение, как в (A), сложно собрать, потому что ни одна пластина не может опираться на другую. Необходимо использовать небольшой электрод с низким сварочным током, чтобы не прожечь первый сварочный проход. Стык требует большого количества металла. Угловое соединение, показанное на (B), легко монтируется, не прогорает и требует вдвое меньше сварочного металла, чем соединение на (A). Однако, используя половину размера сварного шва, но размещая два сварных шва, один снаружи, а другой внутри, как в (C), можно получить такую ​​же общую ширину сварного шва, как и при первом сварном шве.Необходимо использовать только половину сварочного металла. Для толстых пластин часто используется соединение с пазом с частичным проплавлением, как в (D). Это требует снятия фаски. Для более глубокого стыка можно использовать J-образную препарировку, как в (E), а не скос. Угловой шов в (E) не виден и создает аккуратный и экономичный угол. Размер сварных швов всегда должен определяться с учетом размера более тонкого элемента. Соединение невозможно сделать более прочным, используя более толстый элемент, соответствующий размеру сварного шва, и потребуется гораздо больше металла сварного шва. Комбинация паза и галтеля Для многих соединений используется комбинация сварного шва с частичным проплавлением и углового шва. Угловые швы легко накладываются и не требуют специальной подготовки листа. Их можно изготавливать с использованием электродов большого диаметра с высокими сварочными токами и, как следствие, высокой скоростью наплавки. Стоимость сварных швов увеличивается пропорционально квадрату размера ноги. Для сравнения, сварной шов с двойной косой кромкой имеет примерно половину площади сварного шва, чем угловой шов.Однако это требует дополнительной подготовки и использования электродов меньшего диаметра с меньшими сварочными токами, чтобы выполнить начальный проход без прожига. По мере увеличения толщины пластины эта начальная область низкого осаждения становится менее важным фактором, а более высокий фактор стоимости уменьшается. Пазовые соединения На рис. 6 показано, что корневое отверстие — это разделение между соединяемыми элементами. Корневое отверстие используется для доступа электрода к основанию или корню сустава.Чем меньше угол скоса, тем больше должно быть отверстие в корне, чтобы обеспечить хорошее соединение в корне. Если отверстие в корне слишком мало, сплавление корня получить труднее, и необходимо использовать электроды меньшего размера, что замедляет процесс сварки. Если корневое отверстие слишком велико, качество сварного шва не ухудшается, но требуется больше металла сварного шва; это увеличивает стоимость сварки и ведет к увеличению деформации. Использование соединения с двумя пазами вместо соединения с одним пазом сокращает объем сварки вдвое.Это уменьшает деформацию и делает возможным чередование сварных швов на каждой стороне соединения, что опять же снижает деформацию. Опорные полосы используются на больших корневых отверстиях и являются обычным явлением, когда все сварочные работы должны выполняться с одной стороны или когда корневое отверстие слишком велико. Иногда подпорные планки остаются на месте и становятся неотъемлемой частью стыка. Материал опорной полосы должен соответствовать основному металлу. Следует использовать короткие прерывистые прихваточные швы, чтобы удерживать опорную полосу на месте, и их желательно расположить в шахматном порядке, чтобы уменьшить любое первоначальное ограничение соединения.Опорная полоса должна плотно прилегать к обоим краям пластины, чтобы избежать захвата шлака у основания. Для стыкового соединения номинальное усиление сварного шва (примерно на 1/16 дюйма выше заподлицо) — это все, что необходимо, как показано на рисунке. Дополнительный нарост не имеет смысла и увеличивает стоимость сварного шва. Следует следить за тем, чтобы ширина и высота арматуры были минимальными. См. Рисунок 7. Коды и спецификации Общественная безопасность участвует в проектировании и изготовлении трубопроводов и сосудов под давлением, и для сведения к минимуму опасности катастрофического отказа или даже преждевременного отказа разработаны документы, регулирующие их проектирование и строительство.Эти документы называются спецификациями, кодами, стандартами и правилами. Иногда термины используются как синонимы. Коды и спецификации обычно разрабатываются промышленными группами, торговыми или профессиональными организациями или правительственными бюро, и каждый код или спецификация касается приложений, имеющих непосредственное отношение к интересам авторского органа. Крупные производственные организации могут подготовить свои собственные спецификации для удовлетворения своих конкретных потребностей. Среди основных национальных организаций, составляющих кодексы, связанные с дуговой сваркой, можно выделить следующие: Американское сварочное общество (AWS) Американский институт стальных конструкций (AISC) Американское общество по испытанию материалов (ASTM) Американское общество инженеров-механиков (ASME) Американский институт нефти (API) Конструкция сварных котлов и сосудов под давлением регулируется нормами и спецификациями, которые, среди прочего, описывают допустимые материалы, размер, конфигурацию, эксплуатационные ограничения, требования к изготовлению, термообработке, проверкам и испытаниям.Эти правила также определяют требования к квалификации сварщиков и операторов. Многочисленные государственные, городские и местные правительственные учреждения также издают правила, регулирующие сосуды под давлением. Обычно применяемые коды: Котлы и сосуды под давлением ASME, код Коды API • Общие технические условия для постройки военно-морских судов Морские технические правила и спецификации материалов Правила АБС для строительства и классификации стальных сосудов Стандарты ТЕМА Правила и положения Ллойда Расходные материалы и оборудование Электроды Электроды для дуговой сварки имеют маркировку A.Система нумерации W.S (Американское сварочное общество), размеры от 1/16 «до 5/16». Примером может служить сварочный стержень, обозначенный как электрод E6011 1/8 дюйма. Диаметр электрода составляет 1/8 дюйма. Буква «E» обозначает электрод для дуговой сварки. Затем на электроде будет выбито 4- или 5-значное число. Первые два числа из 4-значного числа и первые 3 цифры из 5-значного числа указывают минимальную прочность на разрыв (в тысячах фунтов на квадратный дюйм) сварного шва, которую будет производить стержень без напряжения.Примеры будут следующими: E60xx будет иметь предел прочности на разрыв 60 000 фунтов на квадратный дюйм. E110XX будет иметь предел прочности на разрыв 110 000 фунтов на квадратный дюйм. Предпоследняя цифра указывает положение, в котором можно использовать электрод. EXX1X для использования во всех положениях EXX2X предназначен для использования в горизонтальном и горизонтальном положениях EXX3X для плоской сварки Последние две цифры вместе указывают тип покрытия на электроде и сварочный ток, с которым может использоваться электрод.Например, прямой постоянный ток, (DC -) постоянный ток, обратный (DC +) или переменный ток.Чем толще свариваемый материал, тем выше требуемый ток и тем больше требуется электрод. Сварочное оборудование Поскольку существует несколько основных процессов дуговой сварки и различные этапы механизации в каждом из них, сварочное оборудование, помимо источника питания, включает в себя множество механизмов и устройств, облегчающих укладку сварного шва. На рисунке 1 проиллюстрирована основная сварочная схема.В этой схеме находится источник питания, от которого идут кабели в одном направлении к работе, а в другом — к электроду, на конце которого зажигается дуга. По обе стороны от источника питания — вплоть до рабочего места или электрода, подающего дугу, — расположены другие элементы оборудования, необходимые для выполнения сварки. Это оборудование будет отличаться в зависимости от процесса сварки и степени его механизации. Основное оборудование: Сварочный кабель Держатель электрода Заземление Полуавтоматический пистолет и устройство подачи проволоки Механизированные подвижные элементы Головки для полуавтоматической сварки Оборудование для дугового нагрева Защитное снаряжение Дуговый процесс под флюсом Дуговая сварка под флюсом (SAW) — это высокопроизводительный автоматический метод сварки, при котором дуга зажигается под покровным слоем флюса.Это повышает качество дуги, поскольку загрязняющие вещества в атмосфере блокируются флюсом. Шлак, образующийся на сварном шве, обычно снимается сам по себе, и в сочетании с использованием непрерывной подачи проволоки скорость наплавки высока. Рабочие условия значительно улучшаются по сравнению с другими процессами дуговой сварки, поскольку флюс скрывает дугу и не образуется дыма. Этот процесс обычно используется в промышленности, особенно для крупногабаритных изделий. Поскольку дуга не видна, требуется полная автоматизация. Сварка в рабочем положении невозможна с помощью SAW. Процесс газовой дуговой сварки металлов Газовая дуговая сварка металла (GMAW) — это полуавтоматический или автоматический процесс сварки, в котором используется непрерывная подача проволоки в качестве электрода и инертный или полуинертный защитный газ для защиты сварного шва от загрязнения. Использование инертного газа в качестве защиты называется сваркой в ​​среде инертного газа (MIG). Источник постоянного напряжения постоянного тока чаще всего используется с GMAW, но могут использоваться системы постоянного тока, а также переменного тока.Скорость сварки GMAW относительно высока из-за автоматической подачи непрерывного электрода, но она менее универсальна, поскольку требует большего количества оборудования, чем более простой процесс SMAW. Первоначально разработанный для сварки алюминия и других цветных металлов в 1940-х годах, GMAW вскоре стал применяться для сталей, поскольку он позволял сократить время сварки по сравнению с другими сварочными процессами. Сегодня GMAW широко используется в таких отраслях, как автомобильная промышленность, где его предпочитают из-за своей универсальности и скорости.Однако, поскольку в нем используется защитный газ, он редко используется на открытом воздухе или в местах с нестабильностью воздуха. Рисунок 10: Газовая дуговая сварка металла (GMAW) Процесс порошковой порошковой самозащиты В процессе, связанном с GMAW, дуговой сваркой порошковой проволокой (FCAW) используется аналогичное оборудование, но с использованием проволоки, состоящей из стальной электродной трубки, окружающей порошковый наполнитель. Эта порошковая проволока дороже стандартной сплошной проволоки и выделяет дополнительный защитный газ и / или шлак, но обеспечивает более высокую скорость сварки и большее проникновение металла. Рисунок 11: Сварка порошковой проволокой Процессы газо-вольфрамовой дуговой сварки Газовая дуговая сварка тунстена (GTAW) или сварка вольфрамовым инертным газом (TIG) — это процесс ручной сварки, в котором используется неплавящийся электрод, сделанный из тунстена, смеси инертного или полуинертного газа и отдельного присадочного материала. Этот метод особенно полезен для сварки тонких материалов, он характеризуется стабильной дугой и высококачественными сварными швами, но требует значительных навыков оператора и может выполняться только на относительно низких скоростях.Его можно использовать практически для всех свариваемых металлов, хотя чаще всего применяется для нержавеющей стали и легких металлов. Его часто используют, когда качество сварных швов чрезвычайно важно, например, в велосипедах, самолетах и ​​на море. В родственном процессе, плазменной сварке, также используется вольфрамовый электрод, но для создания дуги используется плазменный газ. Дуга более концентрированная, чем дуга GTAW, что делает поперечный контроль более критичным и, таким образом, в целом ограничивает технику механизированным процессом. Благодаря стабильному току этот метод может использоваться для материалов с более широким диапазоном толщины, чем процесс GTAW, и работает намного быстрее.Его можно применять ко всем тем же материалам, что и GTAW, за исключением магния; Автоматическая сварка нержавеющей стали — одно из важных применений этого процесса. Разновидностью процесса является плазменная резка, эффективный процесс резки стали. Контроль качества Качество сварки В производственной сварке термин «качество сварного шва» является относительным. Как правило, любой сварной шов является хорошим сварным швом, если он соответствует требованиям к внешнему виду и будет бесконечно долго выполнять свою работу, для которой был предназначен. Первым шагом в обеспечении качества сварки является определение степени, требуемой приложением. Стандарт должен быть установлен на основе потребностей в обслуживании. Технические характеристики будут основным фактором при разработке стандарта, но внешний вид также может иметь значение. В стандарт обязательно должен быть включен коэффициент безопасности, но он должен быть разумным. После того, как стандарт установлен, ответственность за его соблюдение возлагается на всех, кто занимается работой. Что касается низкого качества, то предопределенный стандарт качества никогда не должен нарушаться. С другой стороны, нет никаких возражений против дополнительного качества, при условии, что оно было получено без штрафных санкций. Если испытания неоднократно показывают, что качество сварных швов намного выше, чем требуется стандартом, возможно снижение затрат за счет изменения конструкции или процедур сварки. Часто стандарты предварительно устанавливаются действующими спецификациями или инженерными и юридическими кодексами.Иногда такие стандарты ультраконсервативны, но когда они применяются, их необходимо соблюдать. Инженер может оказать своей компании или заказчику услугу, указав нереалистичные спецификации и возможности экономии средств, но спецификации должны строго соблюдаться до тех пор, пока они не будут пересмотрены. Пять P, обеспечивающих качество Если уделить внимание пяти «П», качество сварных швов будет обеспечиваться почти автоматически, что сводит последующий контроль к проверке маршрута и контролю.Пять P: Выбор процесса — процесс должен соответствовать заданию Подготовка — конфигурация стыка должна быть правильной и совместимой с процессом сварки Процедуры — для обеспечения однородных результатов процедура должна быть подробно описана и строго соблюдаться во время сварки Предварительные испытания — с помощью полномасштабных макетов или смоделированных образцов доказано, что процесс и процедуры обеспечивают требуемый стандарт качества Персонал — на работу должны быть назначены квалифицированные кадры Инспекция и испытания Визуальный осмотр в процессе работы Визуальный осмотр следует начинать до зажигания первой дуги.Необходимо проверить материал, чтобы убедиться, что он соответствует требованиям по качеству, типу, размеру, чистоте и отсутствию дефектов. Следует удалить посторонние предметы, которые могут повредить сварной шов. Соединяемые детали необходимо проверить на прямолинейность, плоскостность и размеры. Выравнивание и сборка деталей и приспособлений должны быть тщательно проверены. Следует проверить совместную подготовку. Осмотр перед сваркой также должен включать в себя проверку того, что используются правильный процесс и процедуры. Если предварительные требования в порядке, наиболее продуктивный контроль будет проводиться во время изготовления сварной детали. Осмотр сварного шва и кратера на конце может выявить недостатки качества, такие как трещины, недостаточное проплавление, газовые и шлаковые включения, перед компетентным инспектором. В случае простых сварных швов, осмотр образца в начале операции и периодически по мере выполнения работы может быть адекватным. Однако, когда наносится более одного слоя присадочного металла, может быть желательно проверить каждый слой перед нанесением следующего слоя. Визуальный контроль после сварки Визуальный осмотр после завершения сварки также полезен для оценки качества, даже если будут использоваться радиографические, ультразвуковые или другие методы. Здесь могут быть обнаружены дефекты поверхности, такие как трещины, пористость и незаполненные кратеры, которые могут иметь такие последствия, что потребуется ремонт или работа будет отклонена без использования последующих процедур проверки. На этом этапе визуально обнаруживаются отклонения размеров от допусков, коробление и дефекты.Протяженность и непрерывность сварного шва, его размер и длину сегментов прерывистых сварных швов можно легко измерить или отметить. Сварные швы необходимо очистить от шлака, чтобы можно было проверить наличие поверхностных дефектов. Стекло с увеличением до 10 диаметров помогает обнаружить мелкие трещины и другие дефекты. При подготовке сварного шва к проверке не следует использовать дробеструйную очистку, так как упрочнение может закрыть мелкие трещины и сделать их невидимыми. Другие методы проверки кратко описаны ниже: УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ИНСПЕКЦИЯ Может быть ручным или механизированным.На зонд подается импульс электрической энергии, в котором пьезоэлектрический кристалл преобразует его в механические колебания с ультразвуковой частотой. Вибрации передаются (через слой смазки, чтобы исключить воздух) через работу. Если они сталкиваются с дефектом, некоторые из них отражаются обратно в зонд, где они регенерируют электрический сигнал. Трасса электронно-лучевой трубки, запускаемая при отправке исходного сигнала, отображает отраженный сигнал дефекта, и по нему можно рассчитать время, указывающее расстояние от зонда, и амплитуду, указывающее размер дефекта. Ультразвуковой контроль можно использовать для большинства металлов, за исключением тех, которые имеют крупнозернистую или изменяющуюся зернистую структуру. Типичные сварочные работы — это сварка швов в толстостенных сосудах и сварка с доступом только с одной стороны. Преимущества ультразвукового контроля: Немедленное представление результатов. Нет необходимости в эвакуации персонала. Может работать от аккумулятора. Глубина дефекта. Ограничения ультразвукового контроля: Требуется обученный и опытный оператор. Нет графической записи. ПРОВЕРКА МАГНИТНЫХ ЧАСТИЦ Может быть ручным или механизированным. Работа намагничивается либо путем пропускания тока через нее, либо через окружающую ее катушку. Дефекты на поверхности или рядом с ней нарушают магнитное поле (если они не параллельны ему). Применяется жидкая суспензия магнитных частиц, которая концентрируется вокруг дефектов. Работа просматривается либо непосредственно, либо в ультрафиолетовом свете с использованием флуоресцирующего красителя — i.е. излучает видимый свет (это необходимо делать при приглушенном обычном освещении). После тестирования при необходимости работу можно размагнитить. Магнитопорошковый контроль может использоваться только для магнитных материалов, включая ферритные стали и некоторые никелевые сплавы. Типичные области применения сварки — это быстрый контроль сварных деталей конструкции и контроль производительности мелких компонентов. Преимущества магнитопорошкового контроля: Прямая индикация места дефекта. Первичный осмотр неквалифицированной рабочей силой. Некоторое указание на подповерхностные дефекты, но с низкой чувствительностью. Критически не зависит от состояния поверхности. Ограничения магнитопорошкового контроля: Не использовать для немагнитных материалов. Обнаружение дефектов критически зависит от выравнивания по магнитному полю. Подземные дефекты требуют специальных процедур. ГАММА-РАДИОГРАФИЯ Гамма-лучи, похожие на рентгеновские лучи, но с меньшей длиной волны, непрерывно испускаются изотопом.Его нельзя «выключить», поэтому, когда он не используется, он хранится в тяжелом контейнере для хранения, который поглощает радиацию. Они проходят через работу для проверки. Части работы, представляющие меньшее препятствие для гамма-излучения, такие как полости или включения, позволяют увеличить экспозицию пленки. Пленка проявляется так, чтобы сформировать рентгенограмму с полостями или включениями, обозначенными более темными изображениями. Увеличение толщины сечения (например, сварного шва) выглядит как менее плотное изображение. Большинство свариваемых материалов можно проверить с помощью гамма-радиографии.Типичные сварочные работы — это инспекция на месте и панорамная съемка для небольших работ. Преимущества, ограничения, расходные материалы и безопасность как при рентгенографии. РЕНТГЕНОВСКАЯ РАДИОГРАФИЯ Рентгеновские лучи излучаются из трубки и проходят через исследуемый объект. Части работы, представляющие меньшее препятствие для рентгеновских лучей, такие как полости или включения, позволяют увеличить экспонирование пленки. Пленка проявляется так, чтобы сформировать рентгенограмму с полостями или включениями, обозначенными более темными изображениями.Увеличение толщины сечения (например, под сварным швом) выглядит как менее плотное изображение. Можно проверить большинство свариваемых материалов. Типичными сварочными операциями являются трубопроводы и сосуды под давлением. Преимущества рентгенографии: Четкое графическое представление результатов. Рентгенограммы могут храниться постоянно. Не ограничивается сварными швами. Ограничения рентгенографии: Персонал не должен находиться в зоне воздействия во время воздействия. Трещины, параллельные пленке, могут не проявляться. Пленка дорогая. ИНСПЕКЦИЯ КРАСИТЕЛЯ Может быть ручным или механизированным. На поверхность исследуемого изделия наносится специальный краситель. Подходящий временной интервал позволяет ему впитаться в любые дефекты поверхности. Затем поверхность освобождается от излишков красителя, и краситель в трещине выявляется либо путем нанесения белого порошкового проявителя, в который впитывается краситель с получением цветовой индикации, либо путем освещения ультрафиолетовым светом, под которым краситель флуоресцирует, то есть , излучает видимый свет.Это необходимо делать там, где обычное освещение приглушено. Контроль проникновения красителя может проводиться на любом непористом материале. Типичные сварочные работы — это корневые участки в стыковых швах труб и пути утечки в контейнерах. Преимущества дефектоскопии красителя: Низкая стоимость. Прямая индикация места дефекта. Первичный осмотр неквалифицированным работником. Ограничения проверки на проникновение красителя: Обнаружены только дефекты поверхности. Дефекты не могут быть легко восстановлены из-за захваченного красителя. Грубые сварные швы дают ложные показания. Источники: 1. Руководство по дуговой сварке — Lincoln Electric Company Эта статья представлена ​​вам как услуга от компании BOARDMAN, LLC, расположенной в Оклахома-Сити, штат Оклахома. С 1910 года Boardman является уважаемым производителем нестандартных изделий. Мы гордимся своей способностью выполнять самые строгие спецификации и требования, чтобы предоставить нашим клиентам высококачественные решения.Имея более 75 лет инженерного опыта ASME Section VIII, Division I, мы обладаем уникальной способностью предоставлять индивидуальные решения нашим клиентам. Произведено проектов, включая: Башни и колонны с лотками Сосуды под давлением ASME Молекулярные сита Ротационные сушилки и печи Цистерны API Кислотные отстойники Стопы, скрубберы Термические окислители Аккумуляторы, конденсаторы Кристаллизаторы Воздуховоды Бункеры Трубопроводы большого диаметра Размеры этих проектов составляют до 200 футов в длину, 350 тонн, 16 футов в диаметре и 4 дюйма в толщину. BOARDMAN, LLC доступна для посещения магазинов и классов по изготовлению сосудов высокого давления и статического оборудования. Пожалуйста, свяжитесь с: John W. Smith, P.E. Технический менеджер [email protected] 405-601-3367 нажмите здесь, чтобы Запросить цитату .