Технологические особенности дуговой сварки

Дуговая сварка — самый распространенный способ сварки плавлением. Широко используемый во всех областях техники, так как позволяет создавать конструкции, отличающиеся высокой технологичностью, обеспечивает короткие сроки изготовления, ремонта, восстановления и модернизации конструкций при большой экономии труда и металла.
Дуговая сварка основана на использовании тепловой энергии электрической дуги, обладающей высокой температурой. По мере развития техники расширяется область применения дуговой сварки и повышаются требования, предъявляемые к качеству сварных соединений и швов, их долговечности.
Современные виды ручной, полуавтоматической и автоматической сварки дают возможность успешно решать задачи наиболее рационального соединения металлов. С помощью сварки можно получать соединения, прочность которых равна или приближается к прочности основного металла.
Поэтому дуговую сварку применяют при изготовлении различных изделий и конструкций, в том числе ответственного назначения, работающих при статических и переменных нагрузках, высоких давлениях и в вакууме, при высоких и низких температурах и в других эксплуатационных условиях.
Для получения сварного соединения металлов необходимы нагрев и давление, или только нагрев, или только давление. Для сварки плавлением нужен только нагрев. Сварка давлением выполняется при нагреве и давлении или только при давлении.
Все способы дуговой сварки относятся к сварке плавлением. При этом кромки соединяемых элементов (деталей) нагревают до расплавления и соединения их в жидком состоянии.
Наиболее распространены ручная сварка покрытыми электродами, автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом, ручная сварка неплавящимися электродами в защитной газовой среде, полуавтоматическая и автоматическая сварка плавящимся и неплавящимся электродами в среде инертных газов, полуавтоматическая и автоматическая сварка плавящимся электродом в среде углекислого газа.
При ручной сварке возбуждение дуги, поддержание примерно постоянной ее длины в процессе сварки, передвижение и манипулирование дугой выполняет рабочий-сварщик.
При автоматической сварке под флюсом и в защитных газах возбуждение дуги, поддержание примерно постоянной ее длины в процессе сварки, непрерывная подача электрода в сварочную ванну и перемещение электрода вдоль шва с заданной скоростью осуществляются с помощью механизмов.
Главное отличие полуавтоматической сварки от автоматической заключается в способе перемещения электрода вдоль шва. При полуавтоматической дуговой сварке электрод перемещается вдоль шва вручную, при автоматической сварке - с помощью механизмов.
К числу основных требований, предъявляемых к деталям, свариваемым автоматически, относятся чистота поверхности свариваемых кромок, тщательная подготовка стыка (постоянная величина зазора по всей длине шва), защита обратной стороны шва, доступность сварных швов применению одной или нескольких сварочных головок, линейное или круговое перемещение мундштука или изделия для получения необходимой скорости сварки.

Техника сварки

Для образования и поддержания электрической дуги к электроду и свариваемому изделию (см. рисунок) от источника питания подводится сварочный ток (переменный или постоянный).

Рисунок 4.1. Ручная дуговая сварка

Если положительный полюс источника питания (анод) присоединен к изделию, говорят, что ручная дуговая сварка производится на прямой полярности. Если на изделии отрицательный полюс, то полярность обратная. Под действием дуги расплавляются металлический стержень электрода (электродный металл), его покрытие и металл изделия (основной металл). Электродный металл в виде отдельных капель, покрытых шлаком, переходит в сварочную ванну, где смешивается с основным металлом, а расплавленный шлак всплывает на поверхность.

Размеры сварочной ванны зависят от режимов и пространственного положения сварки, скорости перемещения дуги по поверхности изделия, конструкции сварного соединения, формы и размера разделки свариваемых кромок и т.д. Они обычно находятся в следующих пределах: глубина до 6 мм, ширина 8–15 мм, длина 10–30 мм.

Длина дуги – расстояние от активного пятна на поверхности сварочной ванны до другого активного пятна на расплавленной поверхности электрода. В результате плавления покрытия электрода вокруг дуги и над сварочной ванной образуется газовая атмосфера, оттесняющая воздух из зоны сварки для предотвращения его взаимодействия с расплавленным металлом. В газовой атмосфере также присутствуют пары легирующих элементов, основного и электродного металлов.

Шлак, покрывая капли расплавленного электродного металла и поверхность сварочной ванны, препятствует их взаимодействию с воздухом, а также способствует очищению расплавленного металла от примесей.

По мере удаления дуги металл сварочной ванны кристаллизуется с образованием шва, соединяющего свариваемые детали. На поверхности шва образуется слой затвердевшего шлака.