1. Классификация видов сварки металлов по физическим признакам. В зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного соединения, различают три класса сварочных процессов: термический, термомеханический и механический. Вид сварки объединяет сварочные процессы по виду источника энергии, непосредственно используемого для образования сварного соединения. К термическому классу относятся виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии, а именно: дуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая, плазменно-лучевая, ионно-лучевая, тлеющим разрядом, световая, индукционная, газовая, термитная и литейная. К термомеханическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления, а именно: контактная, диффузионная, индукционно-прессовая, газопрессовая, термокомпрессионная, дугопрессовая, шлакопрессовая, термитно-прессовая и печная. К механическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления, а именно: холодная, взрывом, ультразвуковая, трением и магнитоимпульсная. Классификация видов сварки металлов по техническим признакам. К техническим признакам относятся: способ защиты металла в зоне сварки, непрерывность процесса и степень механизации сварки. По способу защиты металла различают сварку в воздухе, вакууме, защитных газах, под флюсом, по флюсу, в пене и с комбинированной защитой. В качестве защитного газа могут применяться активные газы (углекислый, азот, водород, водяной пар и смесь активных газов), инертные газы (аргон, гелий и смесь аргона с гелием), а также смесь инертных и активных газов. Защита расплавленного металла в зоне сварки может быть струйной или в контролируемой атмосфере. Струйная защита газом расплавленного металла, осуществляемая только со стороны сварочной дуги, называется односторонней, защита со стороны сварочной дуги и корня шва - двусторонней. По непрерывности процесса виды сварки бывают непрерывные и прерывистые; по степени механизации виды сварки подразделяются на ручные, механизированные, автоматизированные и автоматические. Классификация видов сварки металлов по технологическим признакам. По технологическим признакам сварка подразделяется на дуговую, электрошлаковую, электроннолучевую, плазменно-лучевую, световую, газовую, контактную, диффузионную, печную, холодную и ультразвуковую.

2. Сварочная дуга и сущность протекающих в ней процессов

Сварочной дугой считается разряд электрического тока в газовой среде между находящимися под напряжением жидкими или твердыми электродами (проводниками), который является концентрированным источником теплоты и применяется для расплавления металла при сварке. Электрические заряды в сварочной дуге переносятся заряженными частицами - электронами, а также отрицательно и положительно заряженными ионами. Процесс, при котором в газе возникают положительные и отрицательные ионы, называется ионизацией, а такой газ - ионизированным. Зажигание дуги при сварке плавящимся электродом начинается с короткого замыкания электрода с основным металлом. Из-за шероховатости поверхности электродов касание при коротком замыкании происходит отдельными выступающими участками, которые мгновенно расплавляются под действием выделяющееся теплоты, образуя жидкую перемычку между основным металлом и электродом. При отводе электрода жидкая перемычка растягивается, ее сечение уменьшается, электрическое сопротивление и температура возрастают. Когда расплавленный металл перемычки доходит до температуры кипения, пары металла легко ионизируются и возникает дуга. Возникновение дуги длится доли секунды. Дуга, горящая между электродом и изделием на воздухе, называется свободной. Свободная дуга состоит из 3-х участков: катодной с катодным пятном, служащим для эмиссии (выхода) электронов; анодной с анодным пятном, бомбардирующимся электронным потоком, и столба дуги, который занимает промежуточное положение между катодной и анодной зонами. Температура в области столба дуги при сварке достигает 6000 -7000 C в зависимости от плотности сварочного тока.

3 Потенциалы ионизации и возбуждения.

На освобождение электрона от связи с атомным ядром, вследствие чего и происходит образование положительного иона, необходимо затратить определенное количество энергии. Энергия, израсходованная на отрыв электрона, называется работой ионизации. Работа ионизации, выраженная в электронвольтах, называетсяпотенциалом ионизации (электронвольт-единица энергии, которую приобретает электрон, ускоренный электрическим полем с разностью потенциалов в 1 В). Если сообщить связанному электрону газовой молекулы или атома некоторое количество дополнительной энергии, то электрон перейдет на новую орбиту с более высоким энергетическим уровнем, а молекула или атом будут находиться в возбужденном состоянии. Количество энергии, выраженное в электронвольтах, которое необходимо затратить для возбуждения атома или молекулы газа, называется потенциалом возбуждения. Возбужденное состояние атома или молекулы газа является неустойчивым, и электрон может снова возвратиться на стационарную орбиту, а атом или молекула перейдет в нормальное невозбужденное состояние. Энергия возбуждения при этом передается в окружающее пространство в форме светового электромагнитного излучения.

4. Рассмотрим виды эмиссии (выхода) электронов с поверхности торца электрода.

Термоэлектронная эмиссия — свободное излучение электронов с катода, нагретого до высокой температуры.

Автоэлектронная эмиссия — излучение свободных электронов с поверхности катода происходит за счет большой напряженности внешнего электрического поля, создаваемого источником питания. При этом внешнее электрическое поле сообщает электрону такое количество энергии, которое дает ему возможность выйти за пределы поверхности металла.

Фотоэлектронная эмиссия — излучение свободных электронов с поверхности катода под действием световых лучей электрической дуги.

Эмиссия электронов за счет потока тяжелых ионов — излучение свободных электронов за счет тепловой и лучистой энергии, выделяемой при ударении по катоду тяжелыми положительно заряженными ионами. Этот вид эмиссии способствует созданию мощного потока электронов в сварочной дуге.

На стабильное горение сварочной дуги оказывают влияние процессы образования (ионизации) свободных электронов и ионов в объеме нейтрального газа электрической дуги.

Работа ионизации или работа выхода — энергия, необходимая для отрыва электрона от атома вещества, находящегося в газообразном состоянии. Величина работы выхода зависит от свойств и температуры поверхности электрода. Щелочные, щелочноземельные металлы обладают относительно малой работой выхода. Поэтому в электродные покрытия, флюсы, порошки вводят соединения калия, кальция, натрия и других элементов, повышающих устойчивость горения дуги.

3. Ионизация толчком – если свободный электрон будет обладать достаточной скоростью, то при столкновении с нейтральной частицей он может выбить из нее электрон, в результате получатся новый свободный электрон и положительный ион.

Термическая ионизация – это процесс ионизации под воздействием высокой температуры. Это единственный вид ионизации поддерживающий горение дуги (t от 4000 до 7000 К).