1.2. Источники тока

Для дуговой сварки применяют постоянный и переменный ток. Источниками постоянного тока являются сварочные генераторы и сварочные выпрямители - селеновые, германиевые и кремниевые. Генераторы постоянного тока изготавливают стационарными и передвижными. При сварке переменным током используют сварочные трансформаторы, они просты в изготовлении и эксплуатации, имеют большой к.п.д.

Источник тока для питания сварочной дуги должен иметь специальную внешнюю характеристику, которая представляет зависимость между напряжением на зажимах источника тока и током (кривая 1, рис. 7.4).

Напряжение, необходимое для зажигания дуги, называется напряжением холостого хода и должна быть не ниже 30…35 В для источников постоянного тока и не менее 50…55 В для источников переменного тока и не должно превышать 80 В из соображений безопасности. Для устойчивого горения открытой дуги в большинстве случаев достаточно напряжения 18…30 В.

Устойчивый режим горения дуги определяется точкой С - пересечения статической вольтамперной характеристики дуги (кривая 2) и падающей внешней характеристики источника тока (кривая 1) (рис. 7.4). Точка А соответствует режиму холостого хода в период, когда дуга не горит и сварочная цепь разомкнута. Точка В определяет режим неустойчивого горения дуги. Точка D соответствует режиму короткого замыкания. Ток короткого замыкания не должен превышать рабочий ток больше, чем в два раза. Это отношение называется коэффициентом добротности Д:

Д = I_k3/I_p ≤2, (7.1)

где: I_k3 – ток короткого замыкания; I_p – рабочий (сварочный) ток.

Источники тока должны обеспечивать:

• лёгкое зажигания дуги и её устойчивое горение;

• удобство регулирования тока;

• при ручной дуговой сварке круто падающую внешнюю характеристику источника тока (кривая 1, рис. 7.4) для ограничения тока короткого замыкания;

• возможность выдерживать источником тока длительное короткое замыкание.

Для регулирования сварочного переменного тока и обеспечения стойкого горения дуги в электрическую цепь последовательно включают индуктивное сопротивление, которое называется регулятором, реактивной катушкой или дросселем. Главное назначение регулятора - обеспечить падающую внешнюю характеристику сварочного аппарата и возможность регулирования силы сварочного тока.

1.3. Процессы, происходящие в сварной ванне

Сварочная ванна образуется в результате расплавления и перемешивания основного, электродного и присадочного металлов. Сварка - это металлургия в очень малом объеме и поэтому процессы в сварочной ванне развиваются в соответствии с основными законами металлургии металлов с той поправкой, что они проходят с большей скоростью и характеризуются незавершенностью вследствие кратковременности существования сварочной ванны.

Атмосфера дуги состоит в основном из смеси газов: О2, Н2, N2, СО2, СО и паров воды, металла. При расплавлении электродов или флюсов в процессе сварки образуются шлаки. В результате взаимодействия металла сварочной ванны со шлаком происходит его раскисление, удаление вредных примесей, легирование шва определёнными элементами. Количественное соотношение и давление газов зависит от вида сварки и способов защиты сварочной ванны. В зоне сварки наблюдается большая химическая активность газов и высокая способность их к растворению в расплавленном металле. Взаимодействие расплавленного металла с газовой средой приводит к таким отрицательным последствиям, как:

1. Образование пор вследствие задержки выхода пузырьков газов в процессе кристаллизации сварочной ванны;

2. Снижение прочностных и пластических свойств металла сварного шва в результате присутствия оксидов, нитридов и твёрдого раствора водорода;

3. Уменьшение содержания в шве легкоокисляющихся элементов.

Для предотвращения таких явлений предлагаются следующие меры:

1. Введение в состав сварочных материалов раскислителей, в первую очередь Мn и Si, способных связывать попавший в сварочную ванну кислород;

2. Применение сварочных материалов с повышенным содержанием легкоокисляющихся элементов;

3. Введение шлакообразующих элементов, которые способствуют удалению вредных примесей путем связывания их в нерастворимые соединения и вывода в шлак;

4. Легирование шва элементами, входящими в состав свариваемого изделия, для компенсации их в результате выгорания при сварке;

5. Создание эффективной защиты дуги и сварочной ванны.