Раздел VII. Технология сварочного производства

Сварка - это технологический процесс получения неразъемных соединений за счет использования межатомных и межмолекулярных сил сцепления.

Все способы сварки по форме используемой энергии делятся на три класса: термический, термомеханический и механический.

К термическому классу относятся все виды сварки плавлением: электродуговая, газовая, индукционная, электрошлаковая, лазерная и др. В этом случае происходит нагрев кромок свариваемых изделий до расплавления.

К термомеханическому классу относятся: контактная, диффузионная и другие виды сварки. Сварное соединение образуется путём нагрева кромок свариваемых изделий до пластического состояния или оплавления и приложения усилия сжатия.

К механическому классу относятся: холодная сварка, сварка давлением, трением, взрывом, ультразвуком. Эти виды сварки основаны на использовании различных форм механической энергии.

Глава 1. Электрическая дуговая сварка

Электродуговая сварка осуществляется за счет тепла электрической дуги, которая горит между электродом и свариваемым изделием. Электрическая дуга - это мощный электрический разряд, который образуется в той или иной ионизированной среде.

1.1. Виды дуговой сварки

В зависимости от способа включения в сварочную цепь основного и присадочного металла и характера воздействия на них сварочной дуги различают следующие основные виды дуговой сварки:

I. Неплавящимся электродом (по способу Бенардоса) (рис. 7.1).

Дуга постоянного тока 2 горит между неплавящимся угольным или графитовым электродом (1) и свариваемым изделием (3). В этом случае применяется присадочный металл (4).

Используется при исправлении дефектов в чугунных и бронзовых отливках, при сварке алюминиевых, титановых сплавов.

Рис. 7.1. Дуговая сварка по методу Бенардоса

Различают дугу постоянного тока прямой полярности (на электроде - минус, на изделии - плюс). И обратной полярности (на электроде - плюс, на изделии - минус).

II. Плавящимся электродом (по способу Славянова) (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Электродуговая сварка по методу Славянова

Дуга постоянного или переменного тока (2) (при прямой или обратной полярности) горит между плавящимся электродом (1) и свариваемым изделием (3). Электрод плавится, и капли металла (4) пополняют сварочную ванну. Применяется при ручной, полуавтоматической и автоматической сварке и для наплавки черных и цветных металлов.

III. Сварка трехфазной дугой (рис. 7.3).

Имеются два изолированных друг от друга электрода (1) и свариваемое изделие (2). Одновременно горят три дуги (3): одна между изолированными плавящимися электродами и две - между каждым из электродов и свариваемым изделием. Используется для автоматической сварки металлов большой толщины.

Рис. 7.3. Сварка трёхфазной дугой

С физической точки зрения дуга - это сложный ионный и электронный процесс переноса электрических зарядов через ионизированный воздушный промежуток. Процесс зажигания дуги в большинстве случаев включает три этапа: короткое замыкание электрода на заготовку, отвод электрода на расстояние 3-6 мм и возникновение устойчивого дугового разряда. После отвода электрода с его разогретого конца начинается термоэлектронная эмиссия электронов. Столкновение быстро движущихся от катода к аноду электронов с молекулами газов и паров металла приводит к их ионизации. Процесс зажигания дуги заканчивается возникновением устойчивого дугового разряда в столбе дуги.

Рис. 7.4. Статическая вольтамперная характеристика дуги (2) и падающая внешняя характеристика источника тока (1)

Чтобы зажечь дугу, необходима энергия, так называемый потенциал ионизации, который зависит от типа электрода и вида сварного изделия.

Электрические свойства дуги определяются статической вольтамперной характеристикой, которая представляет собой зависимость между напряжением и током дуги в состоянии спокойного её горения (кривая 2, рис. 7.4).