4.1 Дугове зварювання

Джерелом теплоти є електрична дуга, яка горить між електродом і заготовкою.

Зварювальною дугою називається потужний електричний розряд між електродами, що знаходяться в середовищі іонізованих газів і парів.

Розрізняють такі різновиди дугового зварювання:

• Спосіб Бернардоса - зварювання неплавким (графітовим або вольфрамовим) електродом (з'єднання виконується шляхом розплавлення лише основного металу, або з застосуванням присадочного металу);

• Спосіб Славянова - зварювання електродом, що плавиться (металевим) з одночасним розплавленням основного металу і електрода, який поповнює зварювальну ванну рідким металом;

Різновиди дугового зварювання розрізняють за способом захисту дуги і розплавленого металу і ступеня механізації процесу.

4.1.3 Зварювальна дуга і її властивості

Фізична сутність дуги:

Зварювальна дуга - це потужний електричний розряд у газах, який супроводжується виділенням значної кількості тепла і світла.

Нормальне існування дуги забезпечується наступними умовами:

• обов'язкова іонізація дугового проміжку;

• існування певної залежності між напругою і силою струму (вольт-амперна характеристика).

Електричні властивості дуги:

Основними параметрами, що характеризують електричні властивості дуги є: напруга, струм і довжина дуги.

Залежність між напругою і струмом при стаціонарному стані дуги визначається її статичною вольт-амперною характеристикою. Вона може бути спадною, жорсткою і зростаючою. Найчастіше застосовують дугу з жорсткою характеристикою, при якій напруга на дузі не залежить від сили зварювального струму.

Дуга з порядку спадання характеристикою не стійка і має обмежене застосування.

Залежність між напругою і довжиною дуги, яка має жорстку характеристику, визначається за формулою:

где U_д - напруга дуги;

l_д - длина дуги, мм;

a и b - коефіцієнти, які залежать від матеріалу електрода, складу газового середовища і т.п.

4.1.4 Джерела струму для дугового зварювання

До джерела струму ставляться такі вимоги:

• напруга холостого ходу не повинна перевищувати 65-75В (за умовами безпеки);

• струм короткого замикання не повинен перевищувати робочий більше ніж на 40-50% (щоб уникнути загоряння струмопровідних кабелів);

• повинні бути динамічними та зручними у використанні.

Для дугового зварювання застосовують постійний і змінний струм. Джерелами постійного струму є зварювальні генератори постійного струму та зварювальні випрямлячі. Генератори постійного струму виготовляють стаціонарними і пересувними. Джерелами змінного струму служать зварювальні трансформатори (переважне поширення).

4.1.5 Ручне дугове зварювання

Ручне дугове зварювання виконують зварювальними електродами, які подають вручну в дугу і переміщають уздовж заготовки. Електрична дуга горить між стержнем електрода і основним металом.

Разом зі стержнем плавиться покриття електрода, утворюючи захисну газову атмосферу навколо дуги є і рідку шлакову ванну на поверхні розплавленого металу.

Ручне зварювання дозволяє виконувати шви в будь-яких просторових положеннях: нижньому, вертикальному, горизонтальному, вертикальному, стельовому. Ручне зварювання зручне при виконанні коротких криволінійних швів в будь-яких просторових положеннях, при виконанні швів у важкодоступних місцях, а також при монтажних роботах і складанні конструкцій складної форми.

Обладнання для ручного зварювання: джерело живлення дуги, електродотримач, гнучкі проводи, захисна маска або щиток.

При зварюванні за методом Бенардоса використовують вугільні або графітові електроди діаметром 6 ... З0 мм, довжиною 200 ... 300 мм. Для зварювання за методом Славянова використовують металеві електроди, які мають діаметр 1,6 ... 12 мм і довжину 150 ... 450 мм.

Для зварювання сталей електроди виготовляються із сталевого зварювального дроту за ГОСТ 2246-70, яким передбачено 75 її марок (виготовляються з низьковуглецевої, легованої і високолегованої сталі).

За типом покриття електроди ділять на:

• електроди з тонким іонізуючим покриттям, що забезпечує тільки іонізацію дугового проміжку. Виготовляються на основі крейди CaCO3 і рідкого скла;

• електроди з товстим якісним покриттям (захисно-легуючим), яке крім іонізації дугового проміжку захищає метал шва від контакту з атмосферою, розкислює і легуює його.

Електроди з якісним покриттям за складом шлаків, що утворюються при розплавлюванні, діляться на:

•  кислі (основа SiO₂), застосовують при зварюванні вуглецевих і низьколегованих сталей;

•  основні (основа СаО), для зварювання легованих і високолегованих сталей.

Основними параметрами режиму ручного дугового зварювання є діаметр електрода і сила зварювального струму.

Діаметр електрода вибирають залежно від товщини металу, що зварюється, шару шва і положення швів у просторі. Сила зварювального струму в основному залежить від діаметра електрода. Для діаметрів 3 ... 6 мм її визначають за формулою

d – діаметр електрода, м;

k - коефіцієнт (40 ... 60-для електродів з стержнем з низьковуглецевої сталі і 35 ... 40-для електродів з стержнем з високолегованої сталі).

Діаметр електрода вибирається в залежності від товщини зварюваних виробів:

S, мм	2-4	4-6	6-12	13 і більше
d, мм	3	4	5	6 і більше

Порушення дуги здійснюється короткочасним торканням електродом металу. Довжина дуги вибирається з розрахунку:

Напруга дуги впливає на ширину шва і залежить від довжини дуги (більше - більше) і змінюється в межах 20-30В. Сила зварювального струму впливає на глибину шва (більше - більше).