Разновидности дуговой сварки. Исходные положения

ГОСТ 26-01-74. Сварка - процесс получения неразъемных соединений путем установления межатомных связей между свариваемыми элементами при их нагреве или пластическом деформировании или совместном действии того и другого.

ГОСТ 19521-74 устанавливает классификацию по признакам:

- физическим (форма энергии, используемой для образования соединения, - определяет класс, вид источника энергии, который непосредственно применяют для образования сварного соединения, определяет вид сварки);

- техническими (по способу защиты металла в зоне сварки, непрерывности процесса, степенью механизации сварки);

- технологическими - для каждого вида сварки признаки устанавливают отдельно.

По физическим признакам все виды сварки относятся к одному из трех классов: термическому, термомеханическому и механическому.

В термический класс включены все виды сварки плавлением (с использованием тепловой энергии): дуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерная, газовая и др.

Фические процессы в сварочной дуге

Сварочной дугой называется длительный электрический раз-ряд между двумя электродами в ионизированной смеси газов и паров, характеризующаяся высокой плотностью тока и малым напряжением.

Под электрическим разрядом понимают прохождение сварочного тока через газовую среду, электропроводность котороя обусловлена заряженными частицами - электронами и ионами.

Возбуждение дугового разряда происходит в следующих случаях:

- при переходе по устойчивому маломощному разряду (тлеющему);

- в процессе создания высокоионизированного потока испарения, перекрывающий межелектродное пространство (с помощью третьего электрода);

- при переходе из неустойчивого искрового разряда за счет подачи импульса высокой частоты или высокого напряжения;

- при замыкании и дальнейшем размыкании токонесучих электродов.

При сварке плавящимся электродом обычно используют дугу размыкания, а при сварке неплавящимся вольфрамовым электродом - высокочастотный разряд от осциллятора. Импульс высокого напряжения получают с помощью конденсаторa. Угольную дугу возбуждают чаще всего с помощью третьего електродa.

В

Рисунок 1 – Схема дугового

разряда

сварочных дугах (рис. 1) есть три характерные зоны: катодная 5 (l_К ≈ 10^-6…10^-7 мм, Т_К ≈ Т_исп), анодная 3 (l_А ≈ 10^-5…10^-6 мм, Т_А ≈ Т_исп) и столб дуги 4 (Т_СТ ≈ 6…15۰10^{3 0}С). Приэлектродные области электри-ческого разряда - это переходные зоны между твердыми (или жидкими) поверхностями электродов (катод 7, анод 1) и плазмой разряда.

В процессе горения дуги на электроде и основном металле создаются активные пятна (катодная 2 и анодная 6), которые представляют собой более нагретые участки, через которые проходит весь ток дуги.

Катодное пятно является источником излучения свободных электронов, где, в основном, проходят эмиссионные процессы (преобладают процессы термо-и автоэлектронной эмиссии).

Термоэлектронная эмиссия определяется тем, что при достаточном нагреве конца электрода от него могут "оторваться" электроны, которые имеют запас кинетической энергии, достаточной для преодоления сил электростатического притяжения (работа выхода) твердого или жидкого электрода (табл. Д.1).

Автоэлектронная эмиссия состоит в том, что под воздействием высокой напряженности электрического поля с катода вырываются и летят к аноду первичные электроны.

В катодном пятне выделяется около 36% общего количества тепла дуги, а падение напряжения на нем составляет 10...16 В.

Столб сварочных дуг при атмосферном давлении представляет собой плазму с локальным термическим равновесием, квазинейтральну со свойствами идеального газа. В нем происходит перемещение электронов и ионов, которые выделяют около 21% общего тепла дуги. Падение напряжения в столбе зависит от длины дуги и составляет примерно 2...12 В.

Ионизация газовых молекул обычно достигается "выбиванием" из них электронов. Для этого должна быть потрачена работа (табл. Д.2), которая в числовом виде равна потенциалу ионизации, измеряемой в вольтах. Анодное пятно - место входа и нейтрализации на поверхности анода свободных электронов. Анодное пятно имеет примерно такую же температуру, как и катодное, но в результате ударов потока электронов (табл.Д.3) на аноде выделяется ориентировочно 43% общего тепла дуги. Падение напряжения на аноде составляет 6...8 В.

К основным параметрам, характеризующим свойства дуги, относятся напряжение, ток и длину дуги. Зависимость между напряжением и длиной дуги выражается формулой:

,

где U_д – напряжение на дуге, В;

- длина дуги, мм;

– удельное падение напряжения в столбе дуги, отнесенное к 1 мм длины дуги (зависит от состава столба дуги (табл.1));

– падение напряжения в приэлектродных областях (зависит от рода материала электродов).

Таблица 1 - Энергетическая структура некоторых дуг

Материал покрытия	, В	, В	,мм	, В/мм
Мрамор	17,0	12,0	1,00	5,0
Плавиковый шпат	34,2	31,8	2,36	1,0
Без покрытия	21,2	16,0	1,45	3,6

Рисунок 2 - Статическая вольт-амперная   характеристика (СВАХ) сварочной дуги

Зависимость между напряжением и током при установившемся стационарном состоянии дуги выражается статической вольт-амперной характеристикой (СВАХ). Как видно (рис. 1.2), она может быть падающей 1 (характерна для маломощных дуг < 50 А, плотность тока 10... 12 А/мм²), жесткой 2 (соответствует = 50…1000 А, плотность тока на электроде 12...80 А/мм²) и растущей 3 (наблюдается при сварке с плотностью более 80 А/мм²). Наиболее широкое применение имеет дуга с жесткой характеристикой, при которой напряжение на дуге не зависит от силы сварочного тока. Дугу с возрастающей характеристикой применяют при автоматической сварке под флюсом на повышенной плотности тока и при сварке в защитных газах плавящимся электродом. Дуга с убывающей характеристикой малоустойчивыя и имеет ограниченное применение.