Электродуговая сварка

Источником тепла является электрическая дуга. Электрическая дуга представляет непрерывный поток электронов и ионов, образующихся между электродом и изделием при прохождении постоянного или переменного тока. Отрицательно заряженные частицы бомбардируют анод, а положительно заряженные катод. Взаимная бомбордировка ионов при соответствующем напряжении дуги превращает кинетическую энергию этих частиц в тепловую и световую. Вылетающие с поверхности катода (электрода) электроны сталкиваются с молекулами газообразных веществ и ионизируют их. Ионизированный воздушный промежуток является необходимым условием поддержания электрической дуги. Температура электрической дуги зависит от материала электродов

Электрод (катод «–»)

С лой наплавленного металла Основной металл (анод «+»)

а) Стальные электроды – стержни d = 1-12мм, l = 350-450мм. При ручной сварке эти электроды покрываются синтетическими обмазками. Температура дуги составляет около 2400ºС на катоде и 2600ºС на аноде. Сварку веду при переменном или постоянном токе. Обычно изделие присоединяют к аноду, а электрод к катоду (включение на прямую полярность), но в случае сваривания изделий небольшого сечения во избежание пережога полярность меняют (включение на обратную полярность)

б) Сварку можно производить используя угольные электроды. При этом используют постоянный ток. В этом случае для заполнения зоны шва можно использовать присадочный материал. В зону сварки равномерно подаётся присадка, это проволока того же сплава что и свариваемое изделие. Температура дуги составляет около 3200 ºС на катоде и 3900ºС на аноде.

Различают три вида сварочной дуги – закрытую (сварка под слоем флюса), защищенную (электроды с обмазкой) и открытую. Обмазка электродов может быть тонкой (0,1-0,3 мм) и толстой (0,5-3 мм). Тонкие обмазки повышают устойчивость горения дуги. Они состоят из мела или поташа, калиевой селитры, титанового концентрата, углекислого бария, полевого шпата и др. Электроды с тонкой обмазкой используют для сварки неответственных конструкций. Толстая обмазка содержит окислы ферро-марганца и ферро-силиция, что позволяет восстанавливать окислы металла на кромках изделия.

При сварке постоянным током достигается наибольшая устойчивость дуги и возможность использования прямой и обратной полярности для регулирования степени нагрева свариваемого изделия. При использовании переменного тока стоимость сварочного оборудования значительно дешевле, а КПД выше.

Современные строительные изделия и конструкции из стали обычно сваривают автоматической электродуговой сваркой. При этом сила тока увеличивается примерно в два раза по сравнению с ручной сваркой.

Основные типы сварных соединений:

1. с тыковое

2. внахлёст

l > 5 h – качественное соединение

l h

3. т авровое

Электро-контактная сварка.

При данном способе нагрев свариваемых деталей осуществляется за счет тепла образовавшегося от прохождения электрического тока по свариваемой

При контактной сварке благодаря высокой плотности тока (десятки и сотни тысяч А) зона свари быстро нагревается, металл переходит в пластическое состояние, обжимается путём сдавливания, в зоне контакта ионы металла взаимно диффундируют. При охлаждении образуется прочное соединение.

Современное оборудование позволяет в автоматическом режиме вести сварку. Так сваривают арматуру, каркасы для железобетонных изделий.

Роликовой сваркой сваривают швы где требуется получить герметичность.

Газовая сварка и резка.

При газовой сварке в качестве горючих газов используют водород, ацетилен, природный газ, светильный газ, нефтегаз. С целью получения высокой температуры пламени для расплавления металла при сварке и окислительного процесса при резке горючие газы или пары сжигают в смеси с техническим кислородом. Технический кислород выпускается трех сортов:

• 1-го сорта, содержащего не менее 99,7% чистого кислорода;

• 2-го сорта, содержащего не менее 99,5% чистого кислорода;

• 3-го сорта, содержащего не менее 99,2% чистого кислорода;

Остаток в 0,3-0,8 % составляет аргон и азот.

Наиболее высокую температуру получают сжигая ацетилен в кислороде. Другие газы чаше используют для резки металлов.

Если сваривают ацетиленом (С₂Н₂) и кислородом (О₂) то давление ацетилена и кислорода соответственно составляет 0,5 и 4 атмосферы. Смешивание газов производят в специальной газовой горелке. Ацетилен при нормальных давлениях и температуре представляет собой бесцветный газ с характерным запахом, обусловленным содержащимся в нем примесями: сероводорода, фосфористого водорода и аммиака. Ацетилен является взрывоопасным газом при следующих условиях:

• при нагревании до 450-500ºС с одновременным повышением давления до 1,4-1,5 атм.;

• в смеси воздухом и кислородом в определенных пределах;

• при длительном соприкосновении ацетилена с медью и серебром.

Ацетилен для газовой сварки и резки получают из карбида кальция при действии на него водой по реакции

СаС₂ + 2 Н₂О = С₂Н₂ + Са (ОН)₂ + Q

Из одного кг карбида получается от 230 до 280 л ацетилена, при этом расходуется 0,562 кг воды. Реакция идет с выделением 457 ккал тепла.

В зависимости от соотношения кислорода и ацетилена различают три вида пламени:

- Нейтральное, или нормальное восстановительное пламя О₂:С₂Н₂ = 1:1,2. Применяется при сварке большинства металлов.

- Науглероживающее пламя при соотношении О₂:С₂Н₂ < 1. Пламя удлиняется и теряет очертания. Применяется при сварке чугунов и наплавке твердых сплавов и режущих сплавов.

- Окислительное пламя при соотношении О₂:С₂Н₂ > 1,2. Размеры ядра пламени удлиняются и оно приобретает голубоватый оттенок.

Газовой сваркой лучше сваривать листовую малоуглеродистую и конструкционную стали. В сварке используют присадочный материал – это проволока того же сплава, что и основной материал.

3 000º

2000º

1200º

1000º

400º

Схема строения нормального ацетилено-кислородного пламени

Газовая резка отличается от сварки тем, что в зоне шва создаются условия для сгорания и выдувания металла. Обычно используется кислородная резка. Резку проводят как вручную, так и автоматически. В строительстве применяются следующие виды кислородной резки: разделительная (металл разрезается на части), поверхностная (срезается поверхностный слой металла) и копьевая (в металле прожигается глубокое отверстие). Процесс кислородной резки металлов и сплавов основывается на способности металлов и сплавов гореть в струе технически чистого кислорода. Процесс резки начинается с нагревания металла в начале реза подогревательным пламенем резака до температуры воспламенения металла в кислороде. Затем пускается струя режущего кислорода, и металл сгорает, одновременно выдуваются образующиеся окислы и расплавившийся металл. Кислородной резке могут подвергаться металлы и сплавы удовлетворяющие следующим требованиям:

• Температура воспламенения металла в кислороде должна быть ниже температуры его плавления. Металлы и сплавы, не удовлетворяющие этому требованию, будут не сгорать, а плавиться.

• Температура плавления окислов металла, образующихся при резке, должна быть ниже температуры плавления самого металла, в противном случае тугоплавкие окислы не будут выдуваться режущей струей кислорода.

• Количество тепла выделяющегося при сгорании металла в кислороде, должно быть достаточно большим, чтобы поддерживать непрерывный процесс резки.

• Теплопроводность металлов и сплавов должна быть не слишком высокой, так как теплота будет интенсивно отводиться от места реза, вследствие чего процесс резки будет неустойчивым и в любой момент может прерваться.