Ручная дуговая сварка электродами с покрытиями

Ручная сварка Ме-дугой ведется обычно электродами диамет­ром 2...6 мм на постоянном и переменном токах 100...300 А при плотностях тока по сечению электрода j < 20 А/мм в любом про­странственном положении. Широко применяются электроды с качественными обмазками (покрытиями), поэтому поверхность катода предлагается рассматривать как сложную систему, состоя­щую из расплавленного металла и шлаковых пленок. Перенос металла в дуге крупнокапельный, обычно с короткими замыка­ниями. КПД дуги составляет около 75 %. Анализ энергетической структуры таких дуг показывает, что мощность в столбе дуги со­ставляет примерно от 7 до 30 % общей мощности дуги (табл. 2.5).

Остальная мощность выделяется в приэлектродных областях. Значение U _k + U _a определяли из опытов экстраполированием пря­мой по уравнению Айртона U _д = а + bl _д (рис. 2.47).

Важным фактором при ручной сварке является устойчивость дуги. На нее оказывают влияние внутренние условия в самой дуге

(состав и свойства плазмы) и внешние условия - статические и динамические свойства источника питания и характе­ристики электрической цепи, опреде­ляющие в большой мере переходные процессы в дуге. Наиболее известна оценка устойчивости дуги по ее раз­рывной длине l _разр. Чем больше раз­рывная длина дуги, тем выше ее устойчивость (см. табл. 2.5).

Многие авторы указывают, что введение в дугу элементов с низким потенциалом ионизации U_i (в первую очередь щелочных металлов) повышает ее устойчи­вость. Введение таких элементов облегчает возбуждение дуги, го­рение ее на переменном токе, а также стабилизирует положе­ние катодного пятна и изменяет характер дуги на постоянном то­ке. При достаточной концентра­ции этих элементов можно полу­чать диффузионную привязку дуги на катоде, что существенно влияет на характер плавления и переноса электродного материала.

Считается, что пары легкоионизируемых элементов попадают в столб дуги и повышают степень ионизации в нем. Объяснение действия элементов-ионизаторов можно связать с их воздействием на работу выхода электронов с катода, поскольку значение φ тесно связано с потенциалом ионизации. Пары элементов-ионизаторов попадают в катодную область, понижают работу выхода электро­нов с катода, что снижает катодное падение потенциала, повышает электропроводность катодной области и устойчивость дуги в це­лом. Анодное падение мало изменяется и, как уже отмечалось, со­ставляет в Ме-дугах 2,5 ±0,5 В. При уменьшении U _k + U _a увели­чивается градиент напряжения в дуге (рис. 2.48). Это, например, облегчает сварку на автоматах с регуляторами напряжения дуги. Введение элементов-ионизаторов приводит к уменьшению мощ­ности, выделяемой в приэлектродных областях, и к увеличению Доли энергии, затрачиваемой в столбе дуги. Производительность расплавления при этом обычно снижается.

Сварка под флюсом

Дуга под флюсом отличается от свободной (открытой) свароч­ной дуги в первую очередь тем, что газовый разряд происходит в пространстве, которое изолированно от окружающей среды рас­плавленным шлаком. Наличие газового пузыря обусловливает по­вышение давления в нем. Например, оно составляет около 3 кПа при токе ≈ 500 А.

Флюсовая защита позволяет значительно повысить по срав­нению со сваркой открытой дугой сварочные токи I _св (до 1000 А и более), а также мощность дуги и плотность тока j _св на электро­дах (до 200 А/мм и выше).

Высокая плотность тока, избыточное давление, некоторое шунтирование дуги флюсом и присутствие во флюсе ионизиру­ющих компонентов обеспечивают высокую устойчивость свароч­ного процесса. Практически отсутствует разбрызгивание металла, шов хорошо формируется.

Высокая плотность тока обусловливает возрастание вольтамперной характеристики дуги, что позволяет применять источники питания с жесткой или пологопадающей внешней характеристикой (рис. 2.49). Широко применяется по­дача электрода в дугу с постоянной скоростью, обеспечивающая саморе­гулирование процесса.

В отличие от ручной дуговой сварки (рис. 2.50) перенос металла в дуге под флюсом обычно мелкока­пельный - без коротких замыканий и пиков тока I _д и напряжения U _д. Размер капель тем мельче, чем больше плотность тока. Существен­ную роль играет перенос электрод­ного металла паром. Капли обычно пористые, их плотность равна 2...5 г/см³ вместо 7,8 г/см³ для стали.

Число мелких капель составляет 60...70 % общего числа капель. Температура дуги достигает 5000...7000 К. При сварке на пере­менном токе она колеблется в зависимости от изменения фазы ψ (рис. 2.51). Высокая устойчивость сварочного процесса позволяет в подавляющем большинстве случаев применять переменный ток, что связано с большей простотой и экономичностью сварочного оборудования. Различный теплоотвод с электрода и изделия обу­словливает некоторую асимметрию тока в дуге под флюсом. Од­нако вентильный эффект сравнительно мал и, как правило, специ­альных устройств для его устранения не требуется. Сварка под флюсом отличается высоким КПД (рис. 2.52), ее легко автомати­зировать, и поэтому она широко применяется в промышленности.