Электрическая сварка металла: описание процесса и виды

Электрическая сварка металла: описание процесса и виды

Электрическая сварка — это процесс нагрева и соединения двух частей металла с использованием мощного электрического тока. Метод был изобретён профессором Эриусом Томсоном и требует использования сварочного аппарата, который освобождает ток, используемый для электросварки.

В отличие от более традиционных методов, электросварка требует минимальных навыков и понимания со стороны сварщика. Использование электросварочных аппаратов автоматизировано и требует только регулярной смазки для продолжения нормальной работы. Это делает данный метод идеальным для начинающего сварщика. Любые сплавы или два идентичных металла могут быть соединены таким образом.

Описание процесса

Во время электросварки металлические части соединяются вместе с помощью медных зажимов. Электричество проходит через соединения, нагревая и соединяя их в точке, где встречаются две металлические части. Поверхность, где металлы замыкаются и соприкасаются, сначала становится горячей, а затем излучается наружу в виде шва.

Распределение тепла регулируется путём обеспечения постоянного движения тока с использованием рычага регулирования. Это гарантирует, что оба металла станут мягкими и одновременно соединятся друг с другом.

Преимущества электрической сварки включают в себя тот факт, что этот метод не тратит лишнее топливо и обеспечивает точность в соединении деталей. Тепло не выходит далеко за точку сварки. Это делает его идеальным для изолированных проводов. Концы каждого провода можно сваривать, оставляя при этом изоляцию.

Хотя сварочные аппараты в теории могут использовать ток силы до 50 000 ампер, на самом деле они существенно безопаснее и работают с другими параметрами тока. Это делает сварочный аппарат неспособным к электрическому удару или шоку человека при использовании электросварки. Сварка может занять от нескольких секунд до десятков минут. Многое зависит от объёма соединяемых металлических конструкций: чем шире площадь соприкосновения, тем больше масштаб работы.

Виды электросварки

Сварочные материалы являются эффективным способом объединения металлических конструкций без использования фитингов. Сварка МИГ, ВИГ и ручная — это три типа электросварки. Дуговая сварка — это та, которая достигается потоком дуги электричества между электродом и рабочей поверхности. Большинство методов подразумевают использование защитного газа для обеспечения гладкости и предотвращения загрязнения в точке сварки, улучшения качества шва и стабилизации дуги электричества между обрабатываемой поверхностью и электродом.

Газовая металлическая дуговая электросварка называется МИГ. Этот метод часто используется при обработке стали. Этот процесс, по существу, предполагает плавление заполнителя на рабочую поверхность. Используя этот метод, сварщики могут выполнять более длинные сварные швы без прерывания — в сравнении с обыкновенными способами сварки здесь не требуется выполнять несколько прерываний.

Наиболее распространённым защитным газом, используемым в этом типе электросварки, является аргон или смесь аргона, содержащая кислород или диоксид углерода.

Однако и здесь есть несколько потенциальных недостатков. Во-первых, может возникнуть трудность создания дуги для начала всего процесса. Во-вторых, сварные швы, полученные этим методом, имеют предрасположенность к сильному окислению.

Газовая вольфрамовая дуговая электросварка называется ВИГ — это метод сварки, который часто используется при работе с магнием, алюминием, титаном, никелем и медными сплавами. Сварка ВИГ может быть выполнена с использованием заполнения или без него. Швы здесь могут быть значительно меньше, чем швы МИГ, поскольку тепло в точках сварки ВИГ лучше определяется.

Одним из недостатков такого типа сварки по сравнению с МИГ является его большая ресурсоемкость в плане затраченного времени. Зато этот тип сварки является одним из самых чистых, так как в процессе не образуется каких-либо брызг. Аргон в сочетании с гелием или водородом часто используется в качестве защитного газа для такого типа сварки.

Ручная

Один из первых способов — экранированная дуговая электросварка металлов — также упоминается как ручная сварка. Этот метод идеально подходит для использования на мостах, металлоконструкциях, трубопроводах, тракторах. Часто применяется для наружной сварки, поскольку природные факторы, такие, как дождь, не будут нарушать целостность шва. Ручная сварка может быть сложной и рекомендуется только для опытных сварщиков.

Соединение труб при помощи электросварки

Электросварные фитинги из металла

Электросварные фитинги — это приспособления, которые помогают соединить две части заготовок. Существуют два формата: резьбовые и сварные. Концы резьбового фитинга — резьба выполнена внутри и снаружи соединительной детали. А также фитинг имеет фаску, что облегчает выполнение электросварного шва.

Многие из этих приспособлений прикрепляются к детали с помощью двух элементов: колена и приклада. В первом варианте диаметр больше, чем во втором, а второй, как правило, совпадает со свариваемой деталью.

Электрический фитиновый полиэтилен

Эти детали позволяют увеличить электрофузию соединяемых деталей. Обычно полиэтиленовые вспомогательные соединительные детали используются для полиэтиленовых водопроводных труб, которые предназначены для систем с низким давлением.

Фитинги из HDPE устанавливаются на трубах при помощи приклада или перекрытия. Элементы удерживаются специальным держателем. Устанавливают соединение и трубку, затем нагревают, вводя в фитинг.

Примечательно, что оба варианта электросварки основаны на химическом воздействии — разрушении молекулярных цепей полимеров при температуре 170 градусов Цельсия и образовании новых в процессе упрочнения пластика.

Сцепление и электроопыление

Современные электрические технологии достигли уровня, на котором легко обойтись без громоздкого, сложного в использовании и устаревшего оборудования.

Наружная оболочка и её фитинг расплавляются, а после падения температуры создаётся новая полимерная цепь. В результате гарантируется качественная электросварка полиэтиленовых труб, которую можно безопасно использовать как для домашних систем, так и для промышленных трубопроводов.

Эти фитинги характеризуются следующими преимуществами:

• они соединяют трубы диаметром от 20 до 400 мм;
• соединение установлено внутри и способно выдерживать работу при высоком давлении;
• они инертны ко всем химическим веществам и, таким образом, безопасны даже для воды;
• выдерживают любые скачки давления.

У фитингов есть большой ассортимент — от маленького до большого диаметра. Их можно использовать даже на крупных химических заводах.

Для установки арматуры вы можете использовать трансформатор.

Как приготовить электросварку труб

1. Подготовка: сварщик, заготовка, соединительный элемент, трансформатор в полной готовности и целостности.
2. Труба под прямым углом.
3. С фаской кромки детали, для точной резки.
4. Труба проходит в фитинг и фиксирует место, где ранее отмечалось.
5. Обезжирить части.
6. После подключения сварочного трансформатора к источнику питания сформируйте сварное соединение.
7. Сварочный аппарат выключен, и включён режим прогрева в течение 30 минут.
8. Важно не перемещать какое-либо соединения или держатель! После выключения ожидайте полного охлаждения.
9. Устройство готово для использования и дальнейшего подключения!

Электросварка в домашних условиях

Электросварка — это процесс эффективного несъемного соединения металлических деталей. Сегодня он активно используется для создания сетчатой​​ сетки, всех видов рамок, резервуаров. Люди, обладающие соответствующими навыками, на собственном заднем дворе могут создавать навесы для крыш, ажурных заборов и других вещей, необходимых в повседневной жизни. Вот почему многие люди обеспокоены тем, как научиться работать с электросваркой.

Рекомендации:

1. Хорошо очищайте поверхности для сварки. Важно, чтобы на них не было ржавчины, грязи.
2. Вставьте электрод в специальное держательное устройство для сварки и сформируйте электрическую арку. Для этого необходимо вызвать движение тока в области сварки.
3. При электрической дуге необходимо сделать промежуток между ним и соединительной поверхностью. Следует отметить, что размер зазора не должен изменяться от трёх до пяти миллиметров. В противном случае дуга будет периодически прерываться, соответственно, это приведёт к ухудшению качества сварного шва.
4. Стержень должен удерживаться под углом около 70 градусов. Однако это значение можно изменить, чтобы улучшить комфортность электросварки.
5. Соблюдайте правила безопасности.

Электросварка требует соблюдения следующих правил безопасности:

1. Должны быть эффективно изолированы провода, которые подключены к источнику питания и дуговой сварке, а также необходимо заземление корпуса сварочного аппарата. Рекомендуется использовать корпус и дополнительное электрооборудование.
2. Рекомендуется использовать специальные силовые выключатели в блоках питания. Они во время холостого хода разрывают сварочный контур и накладывают напряжение на 12 В на держатель.
3. Сварочные работы должны проводиться в хороших сухих перчатках и одежде. Обратите внимание, что, если вы планируете работать в ограниченном пространстве, следует побеспокоиться о подготовке матов из резины или резиновых галошах.
4. В случае одновременного использования нескольких сварочных аппаратов их необходимо расположить так, чтобы расстояние между ними составляло не менее 0,35 м (оптимальная ширина проходов — около 0,8 м).

Следует уделять большое внимание этим правилам. Ведь электросварка — это довольно травмоопасный процесс. Но любой беды можно избежать, если внимательно изучить вопрос и ответственно подходить к делу.

Основные виды сварки

Сварка электротоком делится на 2 принципиальных класса: недуговая и дуговая.

Недуговую сварку чаще называют контактной. В контактной сварке электроды, подающие ток, прикладываются непосредственно к металлу, который сваривают. Сквозь метал, расположенный между поднесенными электродами, подается короткий, но очень мощный разряд тока (тысячи ампер). Сплавление при этом получается только между приложенными электродами. Если электроды расположены прямо друг против друга, то сварное соединение получается точечным. Хотя точечная сварка – не единственный вид контактной сварки, но зато самый распространенный. Поэтому понятия «точечной сварки» и «контактной сварки» часто используют в виде синонимов. Напряжение точечной сварки составляет считанные вольты. Поэтому контактная сварка применяется преимущественно для скрепления тонколистового металла. Например, в автомобилестроении.

В строительстве гораздо большее распространение получила сварка электродуговая. При электродуговой сварке между источником тока (электродом) и свариваемым металлом находится небольшой промежуток, заполняемый электрической дугой. Ошибочно предполагать, что это промежуток воздуха. Это промежуток ионизированного газа, проводящего ток. Дуговая сварка, как мы ее представляем сегодня, без газа невозможна. Просто газ может подаваться из отдельного баллона, а может образовываться в результате горения обмазки электрода.

Самыми распространенными в строительстве являются следующие технологии:

• ММА (в отечественной классификации – ручная дуговая сварка, или РДС)
• TIG (аргоно-дуговая)
• MIG-MAG (полуавтоматическая, проволокой).

Популярность данного вида сварки предопределена как раз отсутствием необходимости таскать с собой баллон с газом. Обмазка электрода – и есть «застывшее» газовое облако. Как только электрод коснется металла и полученный ток короткого замыкания расплавит металл электрода, расплавится и обмазка вокруг него. Образовавшееся облако газа обеспечит проводящую ионизированную среду для дуги и защиту расплавляемого металла от доступа кислорода.

Электроды подбираются по типу металла и диаметру. Тип металла важен, так как в процессе работы метал стержня электрода капля по капле перетекает в свариваемый метал и сплавляется с ним. Для крепкого соединения металл стержня электрода и свариваемый метал должны быть идентичны. На упаковке электродов всегда указывается, для каких металлов подходят данные электроды.

После того, как определились с типом электрода, необходимо определиться с его толщиной. Вопрос новичка: зачем нужны электроды разных диаметров? Все просто. Чем толще электрод, тем больше сила тока, которая его может расплавить. То же и с кромками свариваемого металла. Поэтому толщина электрода подбирается под толщину свариваемого металла. Для черных металлов рекомендуется:

Технология ММА позволяет работать с большинством распространенных металлов, за исключением алюминия и сплавов на его основе. Хотя теоретически и это возможно при наличии помощника, если добиться, чтобы зачищенные алюминиевые поверхности не успевали покрыться пленкой до расплавления. Но правильнее, конечно, просто использовать подходящие для этого сварочные технологии.

Потребители сварки TIG – сплошь профессионалы и продвинутые пользователи, причем почти поголовно не строительного направления. TIG обеспечивает более аккуратные швы, но сильно уступает ММА в производительности и простоте использования.

Например, многие «любители», отточив свое мастерство на аппаратах ММА, испытывают досаду от неудач при первом опыте с TIG. Оказывается, в отличие от ММА, зажечь дугу аппаратом TIG, если только он не оборудован таким устройством, как осциллятор, непросто. (А практически все аппараты «2 в 1» не оборудованы, конечно). Чиркает сварщик вольфрамовым электродом – искра есть, а дугу поднять не получается. Но вот бывалый сварщик подкладывает под электрод кусочек угля – и дуга пошла без проблем. Не случайно, что в продажах розничных магазинов специализированные аппараты TIG редко превышают долю в 1%.

Отдельного упоминания в сварке TIG заслуживают аппараты с возможностью переключения на режим переменного сварочного тока, т.н. AC/DC. Вот эти аппараты и являются основным оборудованием для сварки алюминия. Именно они преимущественно и составляют этот самый 1% TIG в розничных продажах сварочного оборудования.

MIG-MAG

Полуавтоматическая сварка проволокой применяется в основном для сварки листового металла. Поэтому традиционно ее основная сфера применения – кузовной ремонт, а также строительство конструкций из черного тонколистового металла. Использование проволоки вместо сменных электродов сильно повышает производительность. На бытовых аппаратах используются катушки емкостью 1 и 5 кг, а на профессиональных – 5 или 15 кг.

Проволока может использоваться как обычная (без обмазки), так и с обмазкой (т.н. флюсовая). В первом случае обязательно применение баллона с газом (режим GAS). Во втором баллон не требуется (NO GAS). Несмотря на то, что работать без баллона удобнее, в продажах с большим отрывом лидирует проволока без обмазки. Причина банальна: она гораздо дешевле флюсовой. Кроме того, многие профессионалы считают, что аккуратность швов в среде газа от баллона получается выше.

Несмотря на то, что данный вид сварки тоже относится к электродуговой, принцип устройства у MIG-MAG принципиально отличается от принципов MMA и TIG. В ММА и TIG важно поддерживать стабильность тока, несмотря на колебания электрода, в MIG-MAG важно поддерживать стабильность напряжения дуги. А сила сварочного тока в аппаратах MIG-MAG – показатель условный (хотя по привычке, выработанной в ММА, большинство ориентируется именно на него). Сила сварочного тока в MIG-MAG будет зависеть от выставленного напряжения, диаметра используемой проволоки, применяемого газа и скорости подачи проволоки. Так что сделать из аппарата ММА полуавтомат MIG-MAG путем приделывания блока подачи проволоки и горелки не получится.

Электросварка металлов: виды, технологии, особенности

Электросварка является самым популяным на сегодня способом сварки металла. Данный метод основан на использовании электрической дуги для плавления краев. В статье описаны физические процессы, протекающие при электросварочных работах. Приведена классификация видов электросварки и их отличия друг от друга. Описаны причины возникновения дефектов на сварных швах и методы контроля качества сварных соединений.

Что такое электросварка

Если быть точным, то электросварка – процесс жесткого неразъемного соединения металлических заготовок, путем плавления основного и присадочного металлов с их последующей кристаллизацией. Сварочные работы производятся посредством электрического тока в среде защитного газа. В процессе электросварки используется сварочный трансформатор, сварочная головка с присадочным материалом (электродом) и свариваемые между собой детали. От трансформатора на сварочную головку подается положительный заряд электрического тока, на свариваемые детали – отрицательный заряд (заземление).

При поднесении электрода к заземленному металлу под действием электрического тока происходит зажигание сварочной дуги. Электрод разогревается до температуры плавления, расплавляя при этом кромки основного металла обеих соединяемых деталей. Заряженные положительно частицы расплавленного электрода притягиваются к заземленному основному металлу и переходят в сварочную ванну, перемешиваясь с основным металлом. При остывании сварочной ванны перемешанные частицы основного и присадочного металлов кристаллизуются и образуют сварочный шов – он и является монолитным неразъёмным соединением двух металлических деталей.

! Для правильной кристаллизации расплавленного металла в сварочной ванне необходима ее полная изоляция от кислорода. Это достигается за счет подачи в область сварки защитного газа, который вытесняет молекулы кислорода из зоны кристаллизации и обеспечивает получение качественного сварного соединения.

Классификация

В зависимости от способа подачи присадочного материала к сварочной ванне различают следующие типы электросварки.

Ручная дуговая сварка плавящимся электродом

В качестве присадочного материала в данном случае выступает электрод (металлический стержень из калиброванной проволоки длинной 400 – 450 мм и диаметром 2, 3, 4, 5 мм и выше). Защитный газ образуется в результате сгорания обмазки электрода (рутила, целлюлозы и др.). Подача электрода в сварочную ванну осуществляется поступательным движением руки сварщика.

Полуавтоматическая сварка проволокой в газовой среде

В качестве сварочного материала используется сварочная проволока, намотанная на катушку. Диаметр проволоки – 1,2 или 1,6 мм. Катушка вставляется в сварочный полуавтомат с тянущим механизмом, что позволяет подавать проволоку в зону сварки нажатием на установленную на сварочной головке кнопку. В качестве защитного газа выступает подающийся под давлением углекислый газ или аргон.

Автоматическая сварка под флюсом

Намотанная на катушки сварочная проволока большого диаметра (3, 4, 5 мм) непрерывно подается в зону сварки через автоматический подающий механизм. Для защиты от кислорода на сварочную ванну автоматически подсыпается флюс, под слоем которого происходит процесс плавления и кристаллизации.

Виды дефектов сварных швов и причины их возникновения

По требованию нормативных документов механические свойства сварного соединения не должны отличаться от свойств основного металла. Причины появления дефектов вытекают из нарушений технологического процесса сварки, в котором оговорены все требования к сварочным материалам, квалификации сварщика, последовательности наложения сварочных швов, температурные режимы остывания сварного соединения.

К дефектам сварных швов относится:

• деформации основного металла,
• трещины,
• поры,
• свищи,
• непровары,
• подрезы,
• несплавления,
• нарушения геометрии сварного шва и др.

Причины могут быть следующими

• Несоответствие сварочных материалов требованиям технологического процесса. К таким несоответствиям относится: Повышенная влажность обмазки электродов; перед применением электроды должны пройти сушку в термических печах по режиму, предусмотренному технологией. Ржавчина или грязь на сварочной проволоке для автоматической или полуавтоматической сварки; сварочная проволока с отклонениями от ТУ должна проходить механическую очистку на специальных установках. Несоответствие химического состава защитного газа технологическим требованиям.
• Низкий уровень квалификации сварщика. Для подтверждения своего уровня квалификации сварщики заваривают образцы, которые проходят УЗК и МПД контроль, а также механические испытания на растяжение, излом и т.д. По результатам испытания образцов сварщику присваивается соответствующий квалификационный разряд. Разряд исполнителя, требуемый для проведения сварочных работ указывается на титульном листе технологического процесса к каждому сварному узлу. Выполнение сварки менее квалифицированным сварщиком со стопроцентной гарантией приведёт к появлению дефектов.
• Нарушение режимов сварки. В техпроцессе указываются оптимальные режимы настройки сварочного трансформатора, скорость подачи сварочной проволоки, толщина и очерёдность наложения сварочных валиков. Желание исполнителя повысить производительность своей работы за счёт увеличения режимов неминуемо приводит к дефектным сварным соединениям.
• Нарушением режимов остывания сварного узла после сварки. Для образования сварного шва с равномерной структурой без внутренних и наружных трещин остывание должно происходить равномерно со скоростью, оговорённой в технологии. Результат нарушения этого раздела техпроцесса очевиден.

Методы контроля качества сварных соединений

Требования к качеству сварных швов в машиностроении достаточно высоки. Если наружные дефекты можно обнаружить при простом визуальном осмотре сварного шва, то выявление внутренних дефектов возможно только с помощью испытаний и спецоборудования. Основная задача любого метода контроля это определение степени однородности структуры сварного шва и выявление участков с обнаруженными посторонними включениями или пустотами.

Контроль качества сварного соединения может быть следующим:

• Контроль керосином. Такой вид контроля применяется для сварных швов в открытых металлических емкостях, требующих герметичных соединений деталей. В этом случае с одной стороны шов покрывается водным раствором мелового порошка. После высыхания мела с другой стороны шва наносится керосин. Через некоторое время при наличии дефектов в сварном соединении керосин проступает через них и образует темные пятна на меловом покрытии. Дефектные участки шва выбираются механическим путём и перевариваются. После чего проводится повторный контроль керосином.
• Контроль давлением. Используется для контроля сварных соединений закрытых емкостей. Входные отверстия закрытой емкости герметично закрываются и вовнутрь подаётся сжатый воздух с избыточным давлением. Если на протяжении определённого времени стрелка манометра не показывает снижение давления внутри емкости, то все швы считаются годными. Если давление падает, то дефектные участки выявляют с помощью обмыливания мыльным раствором и исправляют.
• Магнитопорошковая дефектоскопия (МПД) – применяется при выявлении наружных дефектов сварного шва. Зачищенное до металлического блеска сварное соединение покрывается специальным раствором – индикатором и просвечивается лампой с ультра-фиолетовым излучением. В случае обнаружения повышенной концентрации раствора – индикатора дефектный участок бракуется и подлежит исправлению.
• Ультразвуковой контроль (УЗК) – применяется для обнаружения внутренних дефектов и основан на принципе изменения длины звуковой волны при прохождении через материалы различной плотности. Изменение длины волны при прохождении через дефектный участок фиксируется прибором и определяется глубина залегания некачественного наплавленного металла.
• Рентгеноскопия. Метод контроля применяется для сложнодоступных сварных швов, к которым другие методы контроля невозможны. При прохождении через сварной шов рентгеновских лучей дефектные участки с отличной от основного состава плотностью проявляются на рентгеновском снимке. По форме и размерам дефектного участка определяется природа появления дефекта и принимается решение о браковке или разбраковке сварного соединения.

Если вас интересует сварка нержавейки, черных и цветных металлов с соблюдением стандартов качества, то компания ЗАО «Завод Пиляко» готова предложить свои услуги. Наши профессиональные сварщики проведут сварочные работы в соответсвии с самыми строгими технологичекими требованиями. Мы осуществляем ручную дуговую сварку, полуавтоматическую в газовой среде, а также аргоновую TIG (ТИГ)-сварку. Будем рады сотредничеству!

Сварка. Основные виды сварки. Сварка различных металлов с сплавов.

1. Физические основы сварки

Сварка — это технологический процесс получения неразъёмного соединения материалов за счёт образования атомной связи. Процесс создания сварного соединения протекает в две стадии.

На первой стадии необходимо сблизить поверхности свариваемых материалов на расстояние действия сил межатомного взаимодействия (около 3 А). Обычные металлы при комнатной температуре не соединяются при сжатии даже значительными усилиями. Соединению материалов мешает их твердость, при их сближении действительный контакт происходит лишь в немногих точках, как бы тщательно они не были обработаны. На процесс соединения сильно влияют загрязнения поверхности — окислы, жировые пленки и пр., а также слои абсорбированных примесных атомов. Ввиду указанных причин выполнить условие хорошего контакта в обычных условиях невозможно. Поэтому образование физического контакта между соединяемыми кромками по всей поверхности достигается либо за счёт расплавления материала, либо в результате пластических деформаций, возникающих в результате прикладываемого давления. На второй стадии осуществляется электронное взаимодействие между атомами соединяемых поверхностей. В результате поверхность раздела между деталями исчезает и образуется либо атомная металлическая связи (свариваются металлы), либо ковалентная или ионная связи (при сварке диэлектриков или полупроводников). Исходя из физической сущности процесса образования сварного соединения различают три класса сварки: сварка плавлением, сварка давлением и термомеханическая сварка (рис. 1.25).

Рис. 1.25. Классификация видов сварки

К сварке плавлением относятся виды сварки, осуществляемой плавлением без приложенного давления. Основными источниками теплоты при сварке плавлением являются сварочная дуга, газовое пламя, лучевые источники энергии и «джоулево тепло». В этом случае расплавы соединяемых металлов объединяются в общую сварочную ванну, а при охлаждении происходит кристаллизация расплава в литой сварочный шов.

При термомеханической сварке используется тепловая энергия и давление. Объединение соединяемых частей в монолитное целое осуществляется за счет приложения механических нагрузок, а подогрев заготовок обеспечивает нужную пластичность материала.

К сварке давлением относятся операции, осуществляемые при приложении механической энергии в виде давления. В результате металл деформируется и начинает течь, подобно жидкости. Металл перемещается вдоль поверхности раздела, унося с собой загрязненный слой. Таким образом, в непосредственное соприкосновение вступают свежие слои материала, которые и вступают в химическое взаимодействие.

2. Основные виды сварки

Ручная электродуговая сварка. Электрическая дуговая сварка в настоящее время является важнейшим видом сварки металлов. Источником тепла в данном случае служит электрическая дуга между двумя электродами, одним из которых является свариваемые заготовки. Электрическая дуга является мощным разрядом в газовой среде.

Процесс зажигания дуги состоит из трех стадий: короткое замыкание электрода на заготовку, отвод электрода на 3-5 мм и возникновение устойчивого дугового разряда. Короткое замыкание производится с целью разогрева электрода (катода) до температуры интенсивной экзо- эмиссии электронов.

На второй стадии эмитированные электродом электроны ускоряются в электрическом поле и вызывают ионизацию газового промежутка «катод-анод», что приводит к возникновению устойчивого дугового разряда. Электрическая дуга является концентрированным источником тепла с температурой до 6000 оС. Сварочные токи достигают 2-3 кА при напряжении дуги (10-50) В. Наиболее часто применяется дуговая сварка покрытым электродом. Это ручная дуговая сварка электродом, покрытым соответствующим составом, имеющим следующее назначение:

1. Газовая и шлаковая защита расплава от окружающей атмосферы.

2. Легирование материала шва необходимыми элементами.

В состав покрытий входят вещества: шлакообразующие — для защиты расплава оболочкой (окислы, полевые шпаты, мрамор, мел); образующие газы СО2, СН4, ССl4; легирующие — для улучшения свойств шва (феррованадий, феррохром, ферротитан, алюминий и др.); раскислители — для устранения окислов железа (Ti, Mn, Al, Si и др.) Пример реакции раскисления : Fe2O3+Al = Al2O3+Fe.

Рис. 1.26. Ручная сварка покрытым электродом: 1 — свариваемые детали, 2 — сварной шов, 3 — флюсовая корочка, 4 — газовая защита, 5 — электрод, 6 — покрытие электрода, 7 — сварная ванна

Рис. 1.26 иллюстрирует сварку покрытым электродом. По указанной выше схеме между деталями (1) и электродом (6) зажигается сварочная дуга. Обмазка (5) при расплавлении защищает сварочный шов от окисления, улучшает его свойства путем легирования. Под действием температуры дуги электрод и материал заготовки плавятся, образуя сварную ванну (7), которая в дальнейшем кристаллизуется в сварной шов (2), сверху последний покрывается флюсовой корочкой (3), предназначенной для защиты шва. Для получения качественного шва сварщик располагает электрод под углом (15-20)0 и перемещает его по мере расплавления вниз для сохранения постоянной длины дуги (3-5) мм и вдоль оси шва для заполнения разделки шва металлом. При этом обычно концом электрода совершают поперечные колебательные движения для получения валиков требуемой ширины.

Автоматическая сварка под флюсом.

Широко применяют автоматическую сварку плавящимся электродом под слоем флюса. Флюс насыпается на изделие слоем толщиной (50-60) мм, в результате чего дуга горит не в воздухе, а в газовом пузыре, находящемся под расплавленном при сварке флюсом и изолированным от непосредственного контакта с воздухом. Этого достаточно для устранения разбрызгивания жидкого металла и нарушения формы шва даже при больших токах. При сварке под слоем флюса обычно применяют силу тока до (1000-1200) А, что при открытой дуге невозможно. Таким образом, пари сварке под слоем флюса можно повысить сварочный ток в 4-8 раз по сравнению со сваркой открытой дугой, сохранив при этом хорошее качество сварки при высокой производительности. При сварке под флюсом металл шва образуется за счет расплавления основного металла (около2/3) и лишь примерно 1/3 за счет электродного металла. Дуга под слоем флюса более устойчива, чем при открытой дуге. Сварка под слоем флюса производится голой электродной проволокой, которая с катушки подается в зону горения дуги сварочной головкой автомата, перемещаемой вдоль шва. Впереди головки по трубе в разделку шва поступает зернистый флюс, который, расплавляясь в процессе сварки, равномерно покрывает шов, образуя твердую корочку шлака.

Таким образом, автоматическая сварка под слоем флюса отличается от ручной сварки по следующим показателям: стабильное качество шва, производительность в (4-8) раз больше, чем при ручной сварке, толщина слоя флюса — (50-60) мм, сила тока — (1000-1200) А, оптимальная длина дуги поддерживается автоматически, шов состоит на 2/3 из основного металла и на 1/3 дуга горит в газовом пузыре, что обеспечивает отличное качество сварки.

Электрошлаковая сварка.

Электрошлаковая сварка является принципиально новым видом процесса соединения металлов, изобретенном и разработанным в ИЭС им. Патона. Свариваемые детали покрываются шлаком, нагреваемом до температуры, превышающей температуру плавления основного металла и электродной проволоки.

На первой стадии процесс идет так же, как и при дуговой сварке под флюсом. После образования ванны из жидкого шлака горение дуги прекращается и оплавление кромок изделия происходит за счет тепла, выделяющегося при прохождении тока через расплав. Электрошлаковая сварка позволяет сваривать большие толщи металла за один проход, обеспечивает большую производительность, высокое качество шва.

Рис. 1.27. Схема шлаковой сварки:

1 — свариваемые детали, 2 — сварной шов, 3 — расплавленный шлак, 4 — ползуны, 5 — электрод

Схема электрошлаковой сварки показана на рис. 1.27. Сварку ведут при вертикальном расположении деталей (1), кромки которых так же вертикальны или имеют наклон не более 30 o к вертикали. Между свариваемыми деталями устанавливают небольшой зазор, куда насыпают порошок шлака. В начальный момент зажигается дуга между электродом (5) и металлической планкой, устанавливаемой снизу. Дуга расплавляет флюс, который заполняет пространство между кромками свариваемых деталей и медными формующими ползунами (4), охлаждаемыми водой. Таким образом, из расплавленного флюса возникает шлаковая ванна (3), после чего дуга шунтируется расплавленным шлаком и гаснет. В этот момент электродуговая плавка переходит в электрошлаковый процесс. При прохождении тока через расплавленный шлак выделяется джоулево тепло. Шлаковая ванна нагревается до температур (1600-1700) 0С, превышающих температуру плавления основного и электродного металлов. Шлак расплавляет кромки свариваемых деталей и погруженный в шлаковую ванну электрод. Расплавленный металл стекает на дно шлаковой ванны, где и образует сварочную ванну. Шлаковая ванна надежно защищает сварочную ванну от окружающей атмосферы. После удаления источника тепла, металл сварочной ванны кристаллизуется. Сформированный шов покрыт шлаковой коркой, толщина которой достигает 2 мм.

Повышению качества шва при электрошлаковой сварке способствует ряд процессов. В заключение отметим основные преимущества электрошлаковой сварки.

— Газовые пузыри, шлак и легкие примеси удаляются из зоны сварки по причине вертикального расположения сварного устройства.

— Большая плотность сварного шва.

— Сварной шов менее подвержен трещинообразованию.

— Производительность электрошлаковой сварки при больших толщинах материалов почти в 20 раз превышает аналогичный показатель автоматической сварки под флюсом.

— Можно получать швы сложной конфигурации.

— Этот вид сварки наиболее эффективен при соединении крупногабаритных деталей типа корпусов кораблей, мостов, прокатных станов и пр.

Электронно-лучевая сварка.

Источником тепла является мощный пучок электронов с энергией в десятки килоэлектронвольт. Быстрые электроны, внедряясь в заготовку, передают свою энергию электронам и атомам вещества, вызывая интенсивный разогрев свариваемого материала до температуры плавления. Процесс сварки осуществляется в вакууме, что обеспечивает высокое качество шва. Ввиду того что электронный луч можно сфокусировать до очень малых размеров (менее микрона в диаметре), данная технология является монопольной при сварке микродеталей.

Плазменная сварка.

При плазменной сварке источником энергии для нагрева материала служит плазма — ионизованный газ. Наличие электрически заряженных частиц делает плазму чувствительной к воздействию электрических полей. В электрическом поле электроны и ионы ускоряются, то есть увеличивают свою энергию, а это эквивалентно нагреванию плазмы вплоть до 20-30 тыс. градусов. Для сварки используются дуговые и высокочастотные плазмотроны (см. рис. 1.17 — 1.19). Для сварки металлов, как правило используют плазмотроны прямого действия, а для сварки диэлектриков и полупроводников применяются плазмотроны косвенного действия. Высокочастотные плазмотроны (рис. 1.19) так же применяются для сварки. В камере плазмотрона газ разогревается вихревыми токами, создаваемыми высокочастотными токами индуктора. Здесь нет электродов, поэтому плазма отличается высокой чистотой. Факел такой плазмы может эффективно использоваться в сварочном производстве.

Диффузионная сварка.

Способ основан на взаимной диффузии атомов в поверхностных слоях контактирующих материалов при высоком вакууме. Высокая диффузионная способность атомов обеспечивается нагревом материала до температуры, близкой к температуре плавления. Отсутствие воздуха в камере предотвращает образование оксидной пленки, которая смогла бы препятствовать диффузии. Надежный контакт между свариваемыми поверхностями обеспечивается механической обработкой до высокого класса чистоты. Сжимающее усилие, необходимое для увеличения площади действительного контакта, составляет (10-20) МПа.

Технология диффузионной сварки состоит в следующем. Свариваемые заготовки помещают в вакуумную камеру и сдавливают небольшим усилием. Затем заготовки нагревают током и выдерживают некоторое время при заданной температуре. Диффузионную сварку применяют для соединения плохо совместимых материалов: сталь с чугуном, титаном, вольфрамом, керамикой и др.

Контактная электрическая сварка.

При электрической контактной сварке, или сварке сопротивлением, нагрев осуществляется пропусканием электрического тока достаточной иглы через место сварки. Детали, нагретые электрическим током до плавления или пластического состояния, механически сдавливают или осаживают, что обеспечивает химическое взаимодействие атомов металла. Таким образом, контактная сварка относится к группе сварки давлением. Контактная сварка является одним из высокопроизводительных способов сварки, она легко поддается автоматизации и механизации, вследствие чего широко применяется в машиностроении и строительстве. По форме выполняемых соединений различают три вида контактной сварки: стыковую, роликовую (шовную) и точечную.

Стыковая контактная сварка.

Это вид контактной сварки, при которой соединение свариваемых частей происходит по поверхности стыкуемых торцов. Детали зажимают в электродах-губках, затем прижимают друг к другу соединяемыми поверхностями и пропускают сварочный ток. Стыковой сваркой соединяют проволоку, стержни, трубы, полосы, рельсы, цепи и др. детали по всей площади их торцов. Существует два способа стыковой сварки:

— Сопротивлением: в стыке происходит пластическая деформация и соединение образуется без расплавления металла (температура стыков 0,8-0,9 от температуры плавления).

— Оплавлением: детали соприкасаются в начале по отдельным небольшим контактным точкам, через которые проходит ток высокой плотности, вызывающий оплавление деталей. В результате оплавления на торце образуется слой жидкого металла, который при осадке вместе с загрязнениями и окисными плёнками выдавливается из стыка.

Параметры машин для стыковой сварки