Электродуговая сварка металлов
Электродуговая сварка. Источником тепла при электродуговой сварке является электрическая дуга, открытая в 1902 г. проф. В. В. Петровым. При этом температура, развивающаяся в центре столба дуги, достигает 6000° С.
Практическое применение электрической дуги для сварки металлов было осуществлено русскими инженерами И. Н. Бенардосом (1842-1905 гг.) и Н. Г. Славяновым (1854-1897 гг.). По способу Бенардоса, электрическая дуга возбуждается в атмосфере между угольным электродом и свариваемой деталью. При этом способе пользуются постоянным током. Положительный полюс присоединяют к свариваемому изделию, отрицательный – к угольному электроду. Присадочный материал вводят отдельно. Этот способ сварки широко применяется при сварке цветных металлов. Способ Славянова является основным видом сварки, применяемым для соединения элементов металлических строительных конструкций.
При контакте изделия и электрода между ними возникает электрическая дуга, при этом развивается температура выше 5000° С. При этой температуре металл электрода переходит в мелкокапельное жидкое состояние и переносится на свариваемое изделие. Металл изделия также расплавляется на некоторую глубину, которая называется глубиной провара, образуя с наплавленным металлом однородный сплав и придавая высокую прочность соединениям. Несмотря на большую распространенность, электродуговая сварка имеет ряд существенных недостатков. К ним относятся: малая скорость сварки за счет большой зоны разогрева металла, что, в свою очередь, вызывает коробление изделия, пористость шва и выгорание легирующих компонентов из сплавов во время окислительных процессов, затруднение сварки металлов и сплавов с различными физико-механическими свойствами.
С целью устранения отмеченных недостатков в последние годы получила распространение электродуговая сварка в среде защитных газов или под флюсом. Электрическая сварка металлов, которая происходит в среде защитного газа, называется газоэлектрической. К газоэлектрической сварке относятся атомноводородная и аргоно-дуговая виды сварки.
При атомноводородной сварке независимая электрическая дуга возбуждается между двумя вольфрамовыми электродами в среде водорода. Водород стабилизует электрическую дугу и, заполняя участок свариваемого металла, не дает возможности кислороду и азоту воздуха действовать на расплавленную массу металла. Тем самым устраняется возможность окисления и нитрирования сварного шва.
При сварке в защитной среде электрическая дуга возбуждается между вольфрамовым электродом и деталью в защитной среде аргона или углекислого газа. Присадочный материал берут того же состава, что и металл свариваемого изделия.
Она применяется для сварки нержавеющих сталей, окалиностойких магниевых и алюминиевых сплавов, а также для получения сварных соединений, обладающих высокой коррозионной стойкостью.
С целью экономии дефицитного аргона в настоящее время стали применять комбинированную газовую защиту зоны сварки: в центре – аргон, по периферии – углекислый газ. Для соединения деталей из углеродистых сталей большое распространение получила газоэлектрическая сварка в среде дешевого углекислого газа.
При сварке дугой, возбужденной в атмосфере окружающего воздуха переменным током, необходимо применять присадочный материал в виде проволоки, покрытой специальной обмазкой. Назначение обмазки – обеспечить устойчивость пламени электрической дуги, предохранить металл от вредного действия на него кислорода и азота воздуха. Образуемые при плавлении обмазки шлаки должны быть жидко-плавкими и иметь меньшую плотность, чем свариваемый металл.
Для того чтобы увеличить скорость сварки и создать более постоянный электрический режим для дуги, в настоящее время применяют автоматическую сварку при помощи сварочных тракторов и автоматических сварочных головок. Качество автоматической сварки значительно выше, так как исключается влияние индивидуальных особенностей сварщика (квалификация, утомляемость и т. д.). Равномерность продвижения электрической дуги вдоль шва при применении автоматической сварочной головки позволяет применять более высокую силу тока, а следовательно, и более высокие скорости сварки.
Автоматическая сварка по сравнению с ручной увеличивает производительность в 2-2,5 раза, а применение сверхскоростной сварки, предложенной акад. Е. О. Патоном, до 40 раз. Последний способ сварки заключается в том, что электрическая дуга возбуждается в среде окружающего шов расплавленного флюса. Расплавленный металл при этом способе полностью изолирован от воздуха, чем создаются, с одной стороны, весьма благоприятные условия для получения высококачественного, однородного по структуре наплавленного металла, а с другой – значительная экономия тепла дуги.
При сварке под флюсом на плавление металла электрода и основного металла расходуется 68% всего тепла дуги, а при обычной сварке — только 25%. Поскольку дуга невидима, создаются благоприятные условия для работы сварщика и для обеспечения ровности накладываемого с большой скоростью шва. Этот метод сварки применяется при монтаже металлических конструкций и для устройства стальных пролетных строений мостов.
Дуговая сварка под водой. Для подводной сварки применяют электроды с более толстой (до 1 мм) и водонепроницаемой обмазкой, устраняющей электролиз. Сила тока при этом требуется несколько большая, чем при сварке на воздухе. При применении постоянного тока получаются лучшие результаты.
Похожие статьи