Электросварка – это один из способов соединения деталей с целью получения единого целого, используя для этого электрическую энергию.
Дуговая сварка – это вид электрической сварки. За счёт разряда электрической дуги, который возникает между металлическими деталями и электродом, происходит образование сварочной ванны. В процессе воздействия большого количества тепла, кромки деталей и электрод переходят в жидкое состояние. В результате, когда
металл затвердевает, образуется сварное соединение. Это и есть конечная цель всего процесса.
Откуда же в случае дуговой сварки берётся энергия, нужная для образования сварного соединения? Её вносят в процесс источники питания дуги. Различается дуга прямого действия, то есть, зависимая дуга и дуга косвенного действия, называемая ещё и независимой дугой.
Если дуговая сварка производится зависимой дугой, то электрическая дуга горит непосредственно между самим металлом, который является участником сварочной цепи, и электродом, соединённым с источником дуги.
В случае с независимой дугой процесс горения происходит между двумя электродами. Расплавление металла происходит только за счёт тепла, отводимого газами дуги от её основного столба. При этом дуга запитывается, обычно, переменным током. Недостатком этого метода является небольшой процент полезно используемой тепловой энергии дуги. То есть, коэффициент полезного действия дуги значительно меньше, чем при дуговой сварке зависимой дугой.
Различные виды дуговой сварки можно классифицировать ещё и по роду тока, используемого для питания дуги. Вот три основных варианта:
- Дуговая сварка, когда применяется постоянный ток прямой полярности. То есть на электроде – отрицательный заряд.
- Дуговая сварка, когда применяется постоянный ток обратной полярности. В этом случае на электроде плюс.
- Дуговая сварка производится дугой переменного тока.
Выбор полярности имеет иногда существенное значение при тех или иных способах дуговой сварки. К примеру, дуговая сварка под слоем флюса обычно делается с применением обратной полярности. По уровню механизации процесса различается ручная дуговая сварка, а также автоматическая и полуавтоматическая.
Технология сварки включает зажигание и поддержание стабильности дуги нужной длины, манипуляции электродом, чтобы придать шву нужную форму, процесс перемещения электрода по заданной траектории наложения шва и момент прекращения технологического процесса.
В процессе ручной дуговой сварки все эти этапы выполняются вручную сварщиком без всякого применения механизмов. Полуавтоматическая дуговая сварка плавящимся электродом предусматривает автоматическую подачу проволоки. Остальные операции производятся точно таким же образом, как и в случае ручной дуговой сварки.
В случае автоматической дуговой сварки механизированы и процесс возбуждения дуги, и процесс поддержания нужной её длины, и процесс её перемещения по контуру наложения шва. Автоматическая дуговая сварка производится специально подобранной сварочной проволокой. Режим сварки более стабилен, что положительно влияет на однородность шва по всей длине. Но под автоматическую дуговую сварку требуется специальная подготовка деталей перед их сборкой. Точность свариваемых деталей должна быть намного выше, что не всегда экономически выгодно.
Электроды, применяемые для дуговой сварки, делятся на плавящиеся и неплавящиеся.
Плавящиеся электроды это стержни из металла марок, однородных со свариваемыми изделиями. Для ручной дуговой сварки применяют такие электроды со специальными покрытиями. В состав этих покрытий обычно входят такие вещества:
- ионизирующие, то есть облегчающие возбуждение сварочной дуги и обеспечивающие её стабильное горение;
- защищающие сварочную ванну, образующуюся при дуговой сварке, от контакта с атмосферными газами. Применяемые вещества, как правило, приводят к образованию защитного барьера из углекислого газа;
- шлакообразующие. Образовавшийся при дуговой сварке шлак затвердевает быстрее и защищает ещё горячий шов от окисления;
- раскисляющие, в результате качество металла в шве после ручной дуговой сварки улучшается в результате измельчения зерна. Обычно это марганец;
- легирующие. Позволяют получить в зоне шва лучшие показатели прочности и пластичности. Наиболее часто применяется легирование хромом;
Наконец – связывающий элемент, который позволяет наносить на металлические стержни все эти элементы Обычно это жидкое стекло.
Неплавящиеся электроды для ручной дуговой сварки бывают угольные, графитовые и вольфрамовые.
Электродная проволока подразделяется по химическому составу на углеродистую (до 0,12% С), легированную, которая применяется при полуавтоматической дуговой сварке легированных сталей, и высоколегированную, которая предназначена для сварки сталей с особыми свойствами.
Ручная дуговая сварка плавящимся электродом – это один из самых часто применяемых технологических процессов соединения деталей. Этот вид сварки может быть производён или одним, или несколькими электродами. В случае использования одного электрода дуга зажигается между свариваемым металлом и специально изготовленным металлическим стержнем, который подаётся в сварочную ванну по мере расплавления. В случае подачи двух электродов, каждый из которых присоединён к полюсу источника питания дуги, процесс является двухэлектродной сваркой. Иногда применяются и более сложные технологии – дуговая сварка производится пучком электродов. Такие виды дуговой сварки обязательно механизируются, и они экономически оправданы далеко не во всех случаях.
Виды дуговой сварки различаются по способу защиты зоны сварки от воздействия атмосферы. Рассмотрим ручную дуговую сварку без защиты. Она производится или голым электродом, или электродом, имеющим стабилизирующее покрытие. Такие покрытия представляют собой субстанции, содержащие элементы, которые легко ионизируют сварочную дугу. Как правило, это тонкопокрытые электроды, специально предназначенные для ручной дуговой сварки.
Теперь рассмотрим дуговую сварку со шлаковой защитой. Она выполняется электродами с толстым покрытием под слоем флюса. Дуговая сварка со шлакогазовой защитой тоже выполняется толстопокрытыми электродами. Покрытие этих электродов при высоких температурах, возникающих в процессе сварки, выделяет необходимые для защиты сварочной ванны газы.
Достаточно часто используется дуговая сварка в атмосфере защитных газов. Самые распространённые виды это гелиево-дуговая, аргонно-дуговая сварка и дуговая сварка в среде углекислого газа. Выбор способа сварки определяется свойствами защитных газов, влияющих в конечном итоге на свойства получающихся швов. Например, если сравнивать гелий с аргоном, то у гелия выше потенциал ионизации и большая теплопроводность. При прочих равных условиях в гелии дуговая сварка производится при большем напряжении, а шов имеет меньшую глубину проплавления, но большую ширину. Поэтому при дуговой сварке в защитной среде гелий чаще применяется для тонколистовых материалов. Правда, он легче и воздуха и аргона, поэтому его требуется больше для создания хорошей защитной зоны.
Углекислый газ по своим защитным свойствам занимает промежуточное положение между гелием и аргоном.
По сравнению с другими методами дуговая сварка в защитных газах дороже, но обладает рядом преимуществ, главное её достоинство – высокое качество сварных соединений металлов различной толщины.
Различают также закрытую, полуоткрытую и открытую дуговую сварку. Для получения шва нужного качества и конфигурации важен процесс наблюдения за процессом горения сварочной дуги.
Закрытая дуга находится полностью внутри объёма сварочной ванны. Она располагается под толстым слоем расплавленного флюса и поэтому она невидима. Полуоткрытая дуга находится на границе сварочной ванны и окружающей среды. Она видна частично. Такая дуга используется, например, при автоматической дуговой сварке алюминия по флюсу. Наблюдение за процессом может производиться через специально смонтированные светофильтры.
Чаще всего применяется открытая дуга. Она возникает при ручной дуговой сварке и угольным электродом, и электродами с различными покрытиями. Визуальное наблюдение производится через специальные светофильтры, смонтированные на сварочной маске.
