Глава XXVI

ДУГОВАЯ ЭЛЕКТРОСВАРКА

При дуговой электросварке, как уже указывалось, источником тепла является электрическая дуга.

Сварочная дуга представляет собой электрический разряд между двумя электродами в газообразной среде, который сопровождается выделением большого количества теплоты и света.

При сварке по способу Бенардоса одним электродом является уголь, другим — свариваемый металл. При сварке по способу Славянова одним электродом является металлический расплавляющийся пруток, другим — свариваемый металл.

Электроды присоединяют проводами к источникам питания — сварочной машине.

Возбуждение — зажигание дуги производится мгновенным соприкосно­вением электродов с последующим их разведением. В момент короткого замыкания, возникший в цепи ток быстро разогревает электроды в местах их контакта. При отодвигании одного из электродов они расплавляются в месте контакта, и пространство между ними заполняется парами металла. Дей­ствием дуги свариваемый металл расплавляется на ту или иную глубину, называемую глубиной провара. Металл электрода, расплавляемый в дуге, переносится в ванну основного металла в виде капель различной величины. При высокой температуре паров металла ионизация пространства между электродами получается настолько значительной, что небольшого напряже­ния между электродами (порядка 50 в) достаточно для образования электри­ческого разряда.

Для поддержания устойчивого разряда — дуги необходима беспрерыв­ная ионизация дугового промежутка. Эта ионизация обеспечивается элек­тронами, вылетающими с поверхности отрицательного электрода (катода). Свободные электроны, находящиеся на поверхности отрицательного электрода в беспорядочном движении, при высоких температурах под действием элек­трического поля вылетают за пределы катода. Движущиеся от катода электроны сталкиваются в дуговом промежутке с молекулами паров и газов и расщепляют их на положительные и отрицательные — ионы и элек­троны.

Число вырывающихся из катода электронов увеличивается и сообщае­мая им кинетическая энергия возрастает с увеличением напряжения на электродах. При достаточном напряжении на дуге взаимная бомбардировка катода положительными ионами и анода отрицательными ионами и электро­нами переводит кинетическую энергию этих частиц в тепловую.

Выделение тепловой и световой энергии электродами в сварочной дуге происходит неравномерно. В связи с этим температура анода выше температуры катода. Температура в осевой части столба дуги дости­гает 6000°.

При прохождении тока через дуговой промежуток (при установившейся дуге) напряжение горения дуги (15—35 в) будет ниже напряжения зажига­ния (55—60 в). Величина напряжения дуги зависит от теплового состояния дугового промежутка, от степени его ионизации и главным образом от длины дуги. Чем короче дуга, тем меньше напряжение. Напряже­ние, необходимое для поддер­жания горения дуги, зависит от материала электродов, со­става газов, давления окружаю­щей среды, силы и рода тока, но в' основном определяется длиной дуги.

Напряжение дуги в зависи­мости от силы тока выражает так называемую статическую характеристику дуги, предста­вленную на фиг. 217.

фиг. 217. Статическая характеристика дуги:

а — статическая характеристика при различных длинах дуги; б — начальная часть характеристики в укрупненном мас­штабе; а — точка зажигания дуги; в — точка горения.

Опытами установлено, что при токах свыше 50 а, т. е. токах, практически применяемых при сварке, напряжение горения дуги почти не зависит от силы тока и определяется длиной дуги и выражается уравнением

Vd = α+β*l

Где; V_d — напряжение дуги в в;

I — длина дуги в мм; α и β — постоянные коэффициенты;

α — сумма катодного и анодного падения напряжения независимо от длины дуги, равная 10—12 в (при сварке стальным электро­дом);

β — среднее падение напряжения на единицу длины дуги, равное 2—3 в на 1 мм.

Например, если при сварке стальным электродом с тонкой обмазкой длина дуги / = 4 мм, α. = 10 и β = 2, то напряжение дуги независимо от силы тока будет.

V = 10 + 2-4= 18 в.

Сварочную дугу можно -питать постоянным и переменным током. Дуга, питаемая переменным током, менее устойчива вследствие того, что ток в дуге при нормальной частоте 50 периодов 100 раз в секунду меняет свое направление, и в эти моменты при малой ионизации дугового промежутка дуга может обрываться. Для повышения устойчивости дуги, питаемой пере­менным током, применяют ионизирующие покрытия на электродах и наложе­ние токов высокой частоты на дугу.

При сварке угольной дугой, по Н. Н. Бенардосу, пользуются двумя способами.

1. Расплавляют дугой отбортованные кромки свариваемого изделия и получают шов без присадочного металла или подают присадочный металл в виде прутка в зону дуги, где он, расплавляясь, перемешивается с расплавленным основным металлом и образует шов. Сварку по этому способу про­изводят на постоянном токе при прямой полярности (фиг. 218) (минус на электроде, плюс на изделии).

Фиг. 218. Схема дуговой сварки

угольным электродом по способу

Н. Н. Бенардоса:

1- угольный электрод;

2 - присадочный пруток.

Фиг 219: Схема дуговой сварки металлическим электродом по способу Н.Г. Славянова.

1-электрод;2-держатель;3-сварной металл.

2. При сварке на обратной полярности (плюс на электроде) дуга горит неустойчиво, часто обрывается, и получить хороший шов в этом случае невозможно.

При сварке металлическим электродом по спо­собу Н. Г. Славянова расплавляемый дуговой ме­талл электрода в виде капель переходит в ванну расплавленного основного металла, перемешивается и кристаллизуется в ней после остывания и обра­зует сварной шов (фиг. 219). Сварку по Славянову, можно производить на постоянном токе при прямой и обратной полярности и на переменном токе. Схема металлической сварочной дуги предста­влена на рис. 220.

Фиг 220;Схема металлической сварной дуги.

1-Электрод;2-наплавляемый метал; 3-основной метал;4-картер;5-глубина проплавления.