2. Термічні способи зварювання

Термічне зварювання здійснюють за рахунок часткового плавлення елементів з'єднання. Кромки цих елементів (основний метал) і в більшості випадків присадний (додатковий) метал розплавляють, утворюючи загальну зону розплаву (зварювальну ванну). Після віддалення джерела теплоти розплавлений метал твердне, утворюючи зварний шов, який з'єднує зварювальні елементи. Найпоширенішим способом термічного зварювання є електродугове. Джерелом теплоти при дуговому зварюванні служить електрична дуга, яка виникає між електродом і заготовкою.

Вперше дугове зварювання було застосоване в Росії. Російський винахідник М.М. Бенардос у 1882 р. використав електричну дугу для зварювання металів вугільним електродом. В 1888 p. M.C. Славянов для зварювання використав металевий електрод.

Залежно від матеріалу і кількості електродів, а також способу включення електродів і заготовки в ланцюг електричного струму розрізняють такі способи дугового зварювання (рис. 3):

• зварювання неплавким (графітним 1 або металевим) електродом (рис. 3а), здійснюють дугою 2 прямої дії, при якій з'єднання виконується шляхом розплавлення тільки основного металу або із застосуванням присадного металу. Вироби з'єднуються за рахунок розплавлення металу виробу 3 або присадного дроту 4;

зварювання плавким (металевим) електродом (рис. 3б), здійснюють дугою 2 прямої дії, з одночасним розплавленням основного металу 3 і електрода, який поповнює зварювальну ванну рідким металом, роль електроду виконує металевий дріт і;

• зварювання непрямою дугою (рис. 3в), що горить між двома плавкими електродами 1. При цьому основний метал З нагрівається і розплавляється теплотою стовпа дуги 5. Шов утворюється із розплавів металу виробів і електродів;

• зварювання трифазною дугою ( рис. 3г), при якій дуга 6 горить між електродами 1, а також між кожним електродом і основним металом 3.

Рис. 3. Способи дугового зварювання

Останній спосіб зварювання за продуктивністю в 2—3 рази перевищує зварювання одним електродом, його використовують при автоматичному зварюванні металу великої товщини.

Дугове зварювання виконують ручним, напівавтоматичним і автоматичним способами.

Вироби великої товщини найчастіше зварюють цими способами.

Ручне дугове зварювання виконують зварювальними електродами, які подають в дугу і переміщують вздовж заготівки.

Ручне зварювання зручне при виконанні коротких і криволінійних швів у будь-яких просторових положеннях— нижньому, вертикальному, горизонтальному, при накладенні швів у важкодоступних місцях, а також при монтажних роботах і збиранні конструкцій складної форми.

Механічні властивості зварних швів, отриманих ручним дуговим зварюванням, не нижчі за властивості основного металу, але якість зварного шва залежить від кваліфікації зварника і може бути різною, що є недоліком ручного зварювання. Недоліком є також низька продуктивність.

При напівавтоматичному зварюванні електродний дріт подається автоматично, дуга переміщується вручну.

Для автоматичного дугового зварювання під флюсом використовують непокритий електродний дріт і флюс — порошкоподібні сполуки для захисту дуги і зварювальної ванни від кисню (окиснення) та азоту повітря (рис. 4). Подача і переміщення електродного дроту механізовані, процеси запалювання дуги автоматизовані.

Автоматичне зварювання під шаром флюсів виключає недоліки ручного і напівавтоматичного зварювання — малу продуктивність і недостатню якість шва.

На рис. 4 наведена схема автоматичного дугового зварювання під шаром флюсів, де показані дуга 4 та зварювальна ванна, що утворилася від плавлення електродного дроту 2 та країв виробу 1, щільно закриті шаром флюсів 3. Поверхня розплавленого металу 5 покрита розплавленим шлаком 6. Зварний шов 8 прикритий твердою шлаковою кіркою 7.

Рис. 4. Схема автоматичного дугового зварювання під шаром флюсів

Порівняно з ручним зварювання під шаром флюсів має швидкість та продуктивність у 5—10 разів більшу, якість шва кращу, собівартість 1 м шва значно меншу, витрати електроенергії у 1,5 раза менші. Автоматичне зварювання під флюсом застосовується в серійному і масовому виробництвах для виконання довгих прямолінійних і кільцевих швів у нижньому положенні на металі товщиною 2— 100 мм. Автоматичне зварювання широко застосовують при виготовленні казанів, резервуарів для зберігання рідин і газів, корпусів судів, мостових балок та інших виробів. Для автоматичних ліній з виготовлення зварних автомобільних коліс, зварних прямошовних та інших труб цей вид зварювання є головним.

Флюси використовують для забезпечення стійкого горіння дуги, хімічного складу і механічних властивостей наплавленого металу та легкого відокремлення шлакової кірки.

Для захисту дуги та рідкого металу від дії складових атмосфери (кисню, азоту) виконують зварювання в захисних газах (метан, оксид вуглецю), інертних газах (гелій, аргон). При цьому в зону дуги подають газ, який надійно захищає розплавлений метал. Останнє забезпечує кращу якість шва, більшу продуктивність та дає ширшу можливість автоматизації та механізації зварювальних робіт.