Основи технології ручного електродугового зварювання

Зварюванням називають процес утворення нероз’ємних монолітних з’єднань шляхом встановлення міжатомних зв’язків між зварюваними деталями при їх місцевому нагріві, пластичному деформуванні, або спільній дії цих факторів. При зварюванні плавленням деталі з’єднують за рахунок місцевого розплавлення металу зварюваних деталей без прикладання тиску. Розплавляється тільки основний метал (кромки виробу), або основний і додатковий метал (електродний чи присадковий).

В даний час основним видом зварювання плавленням є електричне дугове зварювання, при якому нагрів та плавлення металу здійснюється дуговим розрядом, що виникає між електродами та зварюваними деталями.

Зварювальна дуга – це потужний електричний розряд, що виникає в газовому проміжку між електродами, до яких підведена напруга. Електричний струм в дузі є результатом руху заряджених частинок – електронів та іонів. Джерелом заряджених частинок в газах можуть бути самі молекули газу, які іонізуються, отримавши достатню кількість енергії. При цьому основним чинником, що викликає іонізацію, є висока температура газу, яка підтримується надходженням енергії від електричного джерела живлення. Така іонізація називається термічною і відбувається за схемою: нейтральна газова молекула + енергія активації = позитивний іон + електрон. Крім того, потужним джерелом заряджених частинок є від’ємно заряджений електрод – катод, який емітує в об’єм стовпа дуги велику кількість вільних електронів. Емісія, тобто вихід електронів з катода, а саме з поверхні катодної плями, можлива в результаті нагріву катода (термоелектронна емісія) та створення біля його поверхні електричного поля дуже високої напруженості (автоелектронна емісія).

На електронну емісію витрачається енергія і катод охолоджується. Однак в результаті бомбардування поверхні катода позитивними іонами загальний баланс енергії на катоді додатний. Ця енергія витрачається на нагрів, плавлення та випаровування матеріалу катода. Анод дугового розряду бомбардується електронами, що надходять зі стовпа дуги. На поверхні анода електрон віддає потенційну енергію, що відповідає роботі виходу анодної поверхні, та кінетичну енергію, отриману в області анодного падіння напруги. При цьому анод інтенсивно розігрівається та плавиться.

Ступінь іонізації дугового газу визначається його температурою. В нормальній зварювальній дузі найвища температура спостерігається в осьовій частині стовпа дуги, де вона досягає 6000°С, що дає ступінь іонізації в декілька процентів. На поверхнях електродів в ділянці електродних плям температура звичайно близька до температури кипіння матеріалів електродів.

Потенціал іонізації змінюється в межах від 3,9 еВ (Сs) до 24,5 еВ (Не). Основний газ стовпа дуги при зварюванні сталей складається з парів заліза з потенціалом іонізації 7,8 еВ. Для легкого запалювання та стійкого горіння дуги бажано мати у стовпі дуги гази з малим потенціалом іонізації. Це перш за все пари лужних та лужноземельних металів, особливо калію (потенціал іонізації 4,3 еВ). Теорія та практика показують, що для стійкого горіння дуги достатньо присутності в стовпі дуги 5–8% парів металів з малим потенціалом іонізації.

Система "дуга – джерело струму", що живить електричну дугу, через короткий час після запалювання приходить у стан рівноваги. Дуговий розряд віддає в оточуюче середовище велику кількість енергії, яку необхідно безперервно поповнювати від джерела живлення.

Якщо дуга горить між зварюваним металом та електродом, цей спосіб називають зварюванням дугою прямої дії. При використанні дуги прямої дії розрізняють зварювання електродом, що не плавиться (вугільним, графітовим або вольфрамовим), і металевим електродом, який плавиться. В останньому випадку шов утворюється за рахунок розплавлення основного металу та електрода. Дуга живиться від джерела змінного або постійного струму. Зварювання на постійному струмі може виконуватися при прямій та зворотній полярності. При прямій полярності електрод з’єднують з від’ємним полюсом джерела постійного струму, а при зворотній полярності – навпаки. Дуга прямої полярності забезпечує більш глибоке проплавлення основного металу, а в дузі зворотної полярності підвищується швидкість плавлення електрода. Типова зовнішня форма дуги при прямій та зворотній полярності подана на рисунку 1.

Рис. 1 Форма зварювальної дуги при прямій (а) та зворотній (б) полярності	Рис. 2 Схема зварювання покритим електродом

Дугове зварюванняелектродом, що плавиться, може бути ручним, механізованим та автоматичним. Ручне дугове зварювання металевим покритим електродом отримало широке розповсюдження в будівництві, оскільки відрізняється високою універсальністю та значною мобільністю. Спосіб дозволяє без заміни зварювального інструменту та обладнання (при відповідному режимі зварювання) виконувати шви різних типів, перерізів та призначення, а також вести зварювання у будь-якому просторовому положенні та у важкодоступних місцях.

При дуговому зварюванні відбувається енергетична взаємодія розплавленого металу електрода та зварювальної ванни з киснем і азотом повітря, що приводить до зміни механічних, корозійних та інших властивостей металу шва. Тому виникає необхідність захисту зони зварювання від оточуючого повітря. Цю функцію виконує спеціальне покриття, що наноситься на поверхню електродного дроту або стержня. Додатковими функціями покриття є легування металу шва, очищення його від шкідливих домішок, стабілізація дугового розряду, теплова ізоляція з метою зменшення швидкості охолодження готового зварного шва.

При зварюванні покритим електродом, схема якого зображена на рисунку 2, по мірі плавлення стержня 1 розплавляється покриття 2, створюючи залежно від його хімічного складу шлаковий або газовий захист 3, що ізолює зону дуги та зварювальну ванну 4 від атмосферного повітря. При віддаленні дуги відбувається охолодження та кристалізація металу зварювальної ванни і формування шва 5. Розплавлене покриття спливає на поверхню і після затвердіння утворює шлакову кірку 6.

При зварюванні деталей та вузлів металевих конструкцій переважно застосовують покриті електроди діаметром 3-6 мм. Основний обсяг робіт виконується струмом 90-350 А при напрузі на дузі 18-30 В. Якість швів та зварних з’єднань, виконаних ручним дуговим зварюванням, суттєво залежить від умов роботи та виробничих навичок зварників.

Поиск по сайту: