Дуговая сварка плавящимся электродом

Обновлено: 10.01.2025

Сварка, для выполнения которой применяется зажженная электрическая дуга, является наиболее распространенным способом соединения металлов. Электродуговая сварка, отличающаяся исключительной универсальностью, сегодня успешно применяется практически повсеместно.

Электросварка — один из способов сварки, использующий для нагрева и расплавления металла электрическую дугу.

Температура электрической дуги (до 7000 °С) превосходит температуры плавления всех существующих металлов.

Достоинства электродуговой ручной сварки:

-Возможность сварки во всех пространственных положениях;

-Возможность сварки в труднодоступных местах;

-Быстрый, по времени переход от одного вида материала к другому;

-Большая номенклатура свариваемых металлов.

Недостатки электродуговой ручной сварки:

-Большие материальные и временные затраты на подготовку сварщика;

-Качество сварного соединения и его свойства во многом определяются субъективным фактором;

-Низкая производительность (пропорциональна сварочному току, увеличение сварочного тока приводит к разрушению электродного покрытия);

-Вредные и тяжёлые условия труда.

Описание процесса электродуговой ручной сварки плавящимся электродом.

К электроду и свариваемому изделию для образования и поддержания электрической дуги от сварочного трансформатора (или сварочного агрегата, сварочного преобразователя, сварочного инвертора) подводится электроэнергия. При соприкосновении сварочного электрода и свариваемого изделия протекает сварочный ток. Под действием теплоты электрической дуги (до 7000°С) кромки свариваемых деталей и электродный металл расплавляются, образуя сварочную ванну, которая некоторое время находится в расплавленном состоянии. В сварочной ванне металл электрода смешивается с расплавленным металлом изделия (основным металлом), а расплавленный шлак всплывает на поверхность, образуя защитную плёнку. При затвердевании металла образуется сварное соединение. Энергия, необходимая для образования и поддержания электрической дуги, получается от специальных источников питания постоянного или переменного тока.

В процессе электросварки могут быть использованы плавящиеся и неплавящиеся электроды. В первом случае формирование сварного шва происходит при расплавлении самого электрода, во втором случае — при расплавлении присадочной проволоки (прутков и т. п.), которую вводят непосредственно в сварочную ванну.

Чтобы электродуговая сварка проходила с высокой устойчивостью и дуга не гасла, в состав плавящихся электродов добавляют специальные присадки. Это может быть натрий, калий или другие элементы, отличающиеся хорошей степенью ионизации. Для защиты сварного шва от окисления могут использоваться различные газы:

Для повышения устойчивости электрической дуги в электроды могут вводиться легко ионизируемые элементы:

Различают электросварку переменным током и электросварку постоянным током.

При сварке постоянным током:

-практически полное отсутствие брызг расплавленного металла;

-высокая степень устойчивости дуги электрического тока в сравнении со сваркой переменным током.

При сварке переменным током:

-высокое качество шва;

-простоту выполнения работ по сварке;

-сравнительно более низкую стоимость оборудования для сварки переменным током.

Сварка плавлением. Шесть основных видов по источникам теплоты, их характеристика и применение

Под термином «сварка плавлением» подразумевается термический процесс, проводимый способом оплавления соединяемых поверхностей без их сжатия с добавлением расплавленного присадочного металла (вводится при необходимости в сварочную ванну к основному металлу).

Сварка подходит для всех металлов и сплавов, включая те, которые при нагреве сразу принимают жидкое состояние (бронза, сплавы литейные магния и алюминия, чугун). Можно использовать для соединения неметаллических материалов – керамики, стекла, графита.

ГОСТы

Термины, определения, требования и другие сведения, касающиеся сварки плавлением, прописаны в ГОСТах, которые обязательны к выполнению. Перечень некоторых стандартов:

Виды и характеристика

Сварка плавлением относится к термическому классу и включает формы, выполняемые с применением тепловой энергии.

В зависимости от источника нагрева существуют следующие виды:

Дуговая

Электродуговая сварка – распространенный вид. Применяется в быту, мелкомасштабном производстве, промышленности. Ее действие основано на получении тепла с помощью дугового разряда, который возникает между электродом и свариваемым металлом. Источник энергии – постоянный или переменный ток.

Под воздействием тепла торец электрода и кромки соединяемых деталей расплавляются, образуется сварочная ванна, некоторое время находящаяся в расплавленном состоянии. Сварное соединение образуется после затвердевания металла.

Виды дуговой сварки зависят от факторов:

типа дуги – прямого действия (зависимая) или косвенного действия (независимая);
степени механизации процесса — ручная, полуавтоматическая, автоматическая;
вида тока и полярности — постоянный ток прямой (на электроде – минус) или обратной (на электроде – плюс) полярности или переменный ток;
степени защиты участка проводимых работ от атмосферного воздействия – без защиты (голый или со стабилизирующим покрытием электрод), с защитой (шлаковой, шлакогазовой, газовой, комбинированной);
свойств электрода – сварка плавящимся или неплавящимся электродом.

Плавящимся электродом

Является разновидностью дуговой сварки, при которой электрод расплавляется и служит присадочным материалом. Образование сварного шва происходит в результате расплавления электрода и кромок металла.

Плавящиеся электроды бывают медными, стальными, алюминиевыми.

Неплавящимся электродом

Это процесс, выполняемый с использованием не расплавляющегося во время сварки электрода. Заполнение шва происходит металлом свариваемых деталей. Неплавящиеся электроды представляют собой стержни из электропроводящего материала (угольный, вольфрамовый или графитовый).

Действие требует введения в сварочную ванну присадочной проволоки. При работе с химически активными металлами используют сварку в защитных газах (аргон, гелий, их смесь). Способ находит применение в нефтеперерабатывающей, химической, пищевой, теплоэнергетической, автомобилестроительной сферах. Подходит для соединения цветных металлов и наплавки твердых сплавов.

Электрошлаковая

Источником нагрева служит тепло, которое выделяется в жидкой ванне при прохождении электрического тока через расплавленный шлак (флюс).

Принцип действия заключается в прохождении электрического тока по электроду, расплавленному шлаку, основному металлу. Этим обеспечивается расплавление базисного и присадочного металлов и специального флюса, постоянно поступающего в ванну.

по виду электрода (проволочный, пластинчатый, плавящийся мундштук);
по числу электродов (одно-, двух-, многоэлектродная);
по наличию колебаний электрода (без колебаний, с колебаниями).

Электрошлаковый способ сваривания применяют при соединении деталей, имеющих толщину 15-600 мм.

Лазерная

Для нагрева используется энергия излучения лазера. Процесс состоит в расплавлении кромок металла лазерным лучом. Его образование происходит от источника света, получаемого вследствие излучения фотонов возбужденными атомами.

Поток лазерного излучения направляется в фокусирующую систему, превращается в пучок меньшего размера и отправляется на свариваемые детали. Луч проникает в материал, поглощается, нагревает его и расплавляет, в результате чего формируется сварной шов.

Применяется для соединения нержавеющей стали, титана, алюминия, элементов автомобилей, в радиоэлектронике, электронной технике. Точечная сварка — при ремонте оправ очков, ювелирных украшений.

Газовая

Источник нагрева — тепло пламени газов, сжигаемых в кислороде, с использованием горелки. Выделяемое тепло оплавляет поверхность свариваемых деталей и присадочный материал, образуя сварочную ванну – металл шва в жидком состоянии.

Виды горючих веществ, смешиваемых с кислородом:

Благодаря медленному и плавному нагреву металла, газовую сварку применяют для соединения деталей из чугуна, цветных металлов, инструментальной стали. Используют для твердой пайки, наплавочных и ремонтных работ.

Плазменная

Нагрев осуществляется с помощью сжатой дуги. Энергоносителем служит электрический разряд. Источник нагрева – плазма, высокотемпературный ионизирующийся газ. Для самопроизвольной ионизации необходима температура более 5500° С.

Принцип действия плазменной сварки основан на процессе расплавления металла потоком плазмы, генерируемым сжатой дугой, расположенной в плазмотроне. Дуга обдувается газом, который нагревается и ионизируется. В результате заряженные частицы газа превращаются в направленный поток плазмы, который выдувается соплом плазмотрона.

Применяют в приборостроении, авиационной промышленности, для соединения молибдена, вольфрама, сплавов никеля, нержавеющих сталей.

Благодаря глубокому проплавлению металла, возможна сварка листовых металлов с толщиной до 9 мм.

Электронно-лучевая

Источник нагрева – энергия ускоренных электронов сфокусированного электронного луча, который формируется электронной пушкой. Процесс сварки проводится в вакуумной камере с помощью электронного луча.

Плавление металла происходит вследствие энергии, полученной в результате интенсивной бомбардировки быстро передвигающимися в вакууме электронами места сварки. Кинетическая энергия электронов после их удара о поверхность деталей превращается в тепловую. Металл плавится, и образуется сварочный шов.

Сварка плавящимся электродом: технология процесса, необходимое оборудование, типы переноса электродного метала

Дуговая сварка плавящимся электродом — это метод, при котором между свариваемым изделием и концом электрода возникает электрическая дуга, под действием которой основной металл и электрод начинают плавиться, образуя сварочную ванну, а обмазочный материал электрода при этом создает газовую защитную среду, необходимую для качественного шва.

Плюсы и минусы метода

Плюсами этого способа сваривания всегда считались:

простота эксплуатации и низкая цена оборудования для сварного процесса;
возможность сваривания большого количества разновидностей металлов при широком спектре выбора электродного материала;
возможность выполнять сварные работы в труднодоступных местах;
уместно сваривание в любых пространственных положениях.

Из недостатков стоит выделить:

в процессе выделяется большое количество веществ, вредных как для самого сварщика, так и для окружающих;
качество сварного шва во многом зависит от опыта и квалификации сварщика;
скорость выполнения работ зачастую ниже, чем при иных методах;
при выполнении сварки на постоянном токе магнитные поля сильно влияют на отклонение дуги, что затрудняет процесс.

Оборудование для ручной дуговой сварки

Оборудование, необходимое для ручного дугового сваривания, состоит:

из источника питания, который может быть как переносным, так и стационарным в зависимости от вида выполняемых сварщиком работ;
из кабеля с электродержателем, в котором фиксируется покрытый специальной обмазкой электрод;
из кабеля обратного заземления для соединения свариваемого изделия с источником питания.

Также не стоит забывать о дополнительных средствах, таких, как: защитная маска, перчатки сварщика, разнообразные приспособления для удаления шлака и другие вещи, необходимые для удобства специалиста.

Перенос электродного металла: виды и характеристики

Перенос электродного металла делится на три типа:

крупнокапельный перенос. Случается, если процесс происходит с высоким напряжением на электрической дуге и невысокими параметрами тока при сваривании. Размер капель плавящегося электрода при этом имеет диаметр больше сечения самого электрода. Процесс сварки в таком случае возможен только в вертикальном пространственном положении, так как сварочная ванна при таком переносе имеет большие размеры и её становится сложно контролировать.
мелкокапельный перенос. При данном виде переноса металла капли расплавленного электродного материала равны или меньше по диаметру, чем сам электрод. Процесс сварки проходит с высоким напряжением на дуге и высокими параметрами тока. При мелкокапельном переносе увеличивается скорость выполнения работ, шов имеет более аккуратный вид. Такой тип переноса наиболее подходит для сваривания толстостенных металлов.
струйный перенос. Струйный перенос металла обычно происходит при высокой силе тока и использовании электрода с прямой полярностью. При данном переносе очень мелкие капли металла идут одна за другой непрерывной цепочкой, обеспечивая ровную и гладкую на ощупь поверхность шва. Этот же тип переноса характерен для полуавтоматической сварки в среде защитного газа.

Сварочный процесс

От источника сварочного тока к электроду поступает электроэнергия. Во время контакта электрода со свариваемым металлом образуется электрическая дуга, которая расплавляет изделие и электрод, вследствие чего возникает сварочная ванна. Электродный материал, поступая в эту ванну, сплавляет кромки металла, который нужно сварить, а обмазка обеспечивает защиту в области формирования шва и образует защитный слой по окончании процесса сваривания.

Схема сварки плавящимся электродом

Сварка плавящимся электродом в защитных газах

Этот тип сварки подразумевает собой сварку с помощью автоматических или полуавтоматических сварочных аппаратов, в процессе сварочная проволока подается в зону формирования шва. В роли защитного газа чаще всего выступают аргон либо углекислый газ, которые подаются в зону действия электрической дуги для обеспечения хорошего соединения металлов и отсутствия дефектов сварочного шва. Высокие сварочные токи и малый диаметр сварочной проволоки делают необходимой большую скорость подачи проволоки в сварочную ванну, скорость сваривания при этом составляет 15-80 м/ч.

Этот способ отличается высокой производительностью и большой скоростью процесса, что способствует его распространению в сфере промышленного производства металлоконструкций, машиностроении.

Из-за отсутствия шлаковых включений и возможности аккуратного выполнения сварки при очень малых толщинах материала данный метод получил широкое распространение на разнообразных СТО и других предприятиях по обслуживанию и ремонту автомобилей.

Ручная электродуговая сварка: принцип действия, базовые основы технологии выполнения, техника безопасности

Сварка – создание неразъёмного соединения путём установления межатомных связей между соединяемыми предметами при нагревании. Проще – когда атомы свариваемых кромок, расплавляясь и перемешиваясь в месте соединения, образуют сварной шов. Сваривают металлы и неметаллические материалы: стекло, пластмассу и другие.

Процесс дуговой сварки – плавление материала в месте соединения деталей. На электрод подаётся электрический ток, между ним и свариваемым металлом при контакте возникает электрическая дуга, в зоне которой материал оплавляется, образуя сварочную ванну.

Виды электродуговой сварки

По уровню автоматизации электродуговая сварка подразделяется на четыре вида:

ручная;
механизированная – применяются средства автоматизации, но участие сварщика обязательно;
полуавтоматическая – процесс автоматизирован, но детали двигает рабочий;
автоматическая – работа автоматизирована, оператор контролирует ход процесса.

Классификация и способы

Электродуговая сварка классифицируется по методу защиты сварочной ванны:

не защищена – процесс происходит при свободном доступе воздуха;
в вакууме – воздух откачивается;
шов делается в защитном газе – инертном или активном;
процесс под флюсом – жидкий металл защищается от воздуха расплавленным шлаком, образующимся при плавлении флюса;
комбинированные способы защиты.

По виду тока подразделяется на сварку:

переменным – от трансформатора;
постоянным – от сети с помощью выпрямителя или генератора;
импульсно-дуговым – электричество подаётся импульсами, это позволяет контролировать дугу при условии регулирования тока.

Разновидности

Типы процессов различают по типу дуги:

прямого действия – возникает между электродом и свариваемой деталью;
косвенного действия – дуга горит между анодом и катодом, а металл не входит в электрическую цепь;
дуга горит между плавящимися электродами и соединяемыми кромками, электропитание переменным трёхфазным током;
сжатая дуга – радиус горения ограничивают подающиеся к месту сваривания струи газа.

Электроды бывают плавящимися (стальными, чугунными, алюминиевыми, медными) и неплавящимися. Первые выполняют и функцию присадочного материала. Для ручной дуговой – электроды в виде стержней круглого сечения различного диаметра. Состав материала обмазки выбирается в зависимости от металла свариваемых частей и особенностей техпроцесса.

Ручная дуговая сварка

Параметры ручной электродуговой сварки указаны в межгосударственном стандарте ГОСТ 5264-80, действующим взамен принятого в СССР в 1981 году ГОСТ 5264-69. В нём учтены:

тип соединения;
форма подготовленных кромок;
характер сварного шва;
поперечное сечение шва и кромок;
толщина свариваемых деталей.

ГОСТ регламентирует предельные отклонения в сочетаниях вышеперечисленных признаков. Требования ГОСТ 5264-80 не распространяются на сварные соединения стальных трубопроводов, для них – ГОСТ 16037-80.

Принцип действия

Источником нагрева соединения является сварочная дуга – концентрированная лучистая энергия в промежутке между электродом и изделием. Питание происходит от трансформатора при переменном токе или преобразователя – при постоянном. От источника питание подаётся проводами на электрод, зажатый в держателе, и на изделие. При контакте между ними возникает дуга. Шов образуется от расплавления электрода и соединяемой кромки.

Создание дуги

Дуга возникает от нагревания торца электрода, являющийся в электрической цепи катодом. Он соприкасается с изделием, цепь замыкается. При прохождении тока через контакт с большим сопротивлением выделяется большое количество тепловой энергии. При отрыве электрода на расстояние 1-2 миллиметра зажигается дуга, и начинается термоэлектронная эмиссия. Зажигание и горение возможны при наличии трёх компонентов:

Электрический источник питания, у которого напряжение холостого хода выше напряжения дуги.
Ионизация в столбе дуги.
Реактивное сопротивление в сварочной цепи – это повышает стабильность горения.

Области сварочной дуги

Сварочная дуга включает в себя три основные зоны:

Катодная – находится между столбом дуги и поверхностью катода.
Столб дуги – между катодной и анодной зонами.
Анодная – состоит из анодного пятна и приэлектродной части. Ток в ней образуется потоком электронов из столба.

Под влиянием высокой напряжённости возле катода с его пятна вырываются свободные электроны, которые летят к аноду. За счёт бомбардировки электронов происходит интенсивное нагревание катода.

Источники питания

Трансформатор – источник питания электрической дуги. Напряжение подаваемого из сети тока изменяется регулировкой расстояния между первичной и вторичной обмоткой: приближение уменьшает индуктивное сопротивление и увеличивает ток. Удаление уменьшает его. Обмотка, подключенная к сети – первичная, к держателю и свариваемому изделию – вторичная.

Примерная стоимость трансформаторов. Яндекс.Маркет

Используемые электроды

При сварке постоянным и переменным током электроды применяют разные, маркировка первых имеет в маркировке буквенную аббревиатуру УОНИ, вторых — МР. И те, и другие покрываются специальной обмазкой для сварки сталей:

углеродистых и низкоуглеродистых конструкционных;
легированных конструкционных;
легированных теплоустойчивых;
высоколегированных с особыми свойствами;
для наплавки поверхностных слоёв с особыми свойствами.

По толщине обмазки в прямой зависимости от соотношения диаметра электрода к диаметру стального сердечника:

с тонким покрытием, соотношение меньше 1,20;
со средним, D/d между 1,20 и 1,45;
с толстым, D/d между 1,45 и 1,80;
с особо толстым, D/d больше 1,80.

По составу покрытия маркируются:

кислое – А;
целлюлозное – Ц;
рутиловое – Р;
основное – Б;
прочие – П.

Смешанное покрытие отмечается сочетанием соответствующих ему символов.

Ещё одна маркировка – по положению электрода по отношению к поверхности детали:

для всех – 1;
для всех, кроме вертикального – 2;
для нижнего, горизонтального к вертикальной плоскости сварки и вертикального снизу вверх – 3;
для нижнего и нижнего в лодочку (свариваемые поверхности под прямым углом) – 4.

Технология выполнения ручной дуговой сварки

Перед основным процессом проводят подготовительные, без которых сварной шов не будет качественным: правку, очистку, разметку, резку и сборку. Зажигание дуги между электродом и изделием выполняется в два приёма: прикосновение к поверхности, короткое замыкание, отрыв на расстояние, равное диаметру электрода. Зажигают двумя способами: впритык и чирканьем. В первом случае металл разогревается в точке, где происходит короткое замыкание, во втором – в нескольких местах.

После зажигания электродный и основной металлы начинают плавиться, на месте шва образуется ванна расплава. Задача сварщика – поддерживать длину дуги постоянной, от этого зависит качество соединения. Оптимальная длина дуги – от 0,5 до 1,1 диаметра.

Угол наклона к поверхности обеспечивает достаточную глубину плавления свариваемых деталей. Также он зависит от толщины и состава металла, диаметра электрода, толщины и вида покрытия, расположения сварки в пространстве.

Перемещение электрода

Если вести сварку вдоль линии соединения, то ширина валика зависит только от сварочного тока и скорости операции, она составит не больше 1,5 от диаметра электрода. Такие швы не обеспечивают качество сварки толстых листов металла. Крепкий шов и широкий валик получится, если вести процесс колебательными движениями электрода из стороны в сторону.

Что влияет на качество и размеры сварного шва

Эти два показателя зависят от выбора режима сварки:

диаметр и угол наклона электрода;
скорость;
напряжение на дуге;
сварочный ток.

Диаметр электрода выбирают исходя из толщины металла и типов соединения и шва. На качество шва существенно влияет длина дуги. На практике оптимальную её величину определили в 2-8 мм.

Сварочный ток устанавливают в зависимости от диаметра электрода.

ГЛАВА 4. Дуговая сварка плавящимся электродом в защитном газе

Дуговая сварка плавящимся электродом — дуговая сварка, выполняемая расходуемым (плавящимся) электродом с помощью сплошной или порошковой электродной проволоки (условные обозначения процессов согласно ГОСТ Р ИСО 4063—2010: сварка дуговая сплошной проволокой в активном газе — 135 MAG welding with solid wire electrode, или Gas metal arc welding using active gas with solid wire electrode, USA; сварка дуговая порошковой проволокой с флюсовым наполнителем в активном газе — 136 MAG welding with flux cored electrode, или Gas metal arc welding using active gas and flux cored electrode, USA).

Зона горения дуги защищается с помощью газа (рис. 4.1). Наличие защитного газа и подвижного плавящегося электрода — обязательное условие этого процесса.

Рис. 4.1.Сварка плавящимся электродом в защитном газе:
1 — застывший металл; 2 — сварочная ванна; 3 — дуга; 4 — защитный газ; 5 — горелка; 6 — газовое сопло; 7 — контактор; 8 — проволока сплошная или порошковая; 9 — защитная атмосфера; 10 — соединяемый материал; стрелкой указано направление сварки

Большинство металлов активно присоединяют кислород (образуют оксиды) и в меньшей степени — азот (образуют нитриды). Кислород также реагирует с углеродом, содержащимся в металле, с образованием окиси углерода. Оксиды, нитриды и оксид углерода при растворении в металле шва образуют дефекты сварного шва.

Воздействие атмосферы на расплавленный металл очень велико, так как в ней содержится около 80% азота и примерно 20% кислорода. Основная функция защитного газа — исключение контакта расплавленного металла с окружающей атмосферой, т.е. защита сварочной ванны. Кроме того, он влияет на характеристику дуги, способ переноса электродного металла, глубину проплавления и профиль сварного шва, производительность сварки, склонность к прожогу, степень зачистки сварного шва.

При сварке плавящимся электродом шов образуется за счет проплавления основного металла и расплавления дополнительного металла — электродной проволоки. Поэтому форма и размеры шва помимо скорости сварки, пространственного положения электрода и изделия зависят также от характера расплавления и переноса электродного металла в сварочную ванну. Характер переноса электродного металла определяется в основном материалом электрода, составом защитного газа, плотностью сварочного тока и рядом других факторов.

Характер переноса расплавленного металла имеет большое значение для качественного формирования сварного шва при сварке плавящимся электродом в защитном газе. Управляя этим процессом различными способами (используя специальные сварочные процессы), можно всегда получить качественное сварное соединение. Можно выделить несколько основных форм расплавления электрода и переноса электродного металла в сварочную ванну (рис. 4.2):

§ циклический режим сварки короткой дугой без разбрызгивания;

§ режим сварки оптимизированной короткой дугой;

§ крупнокапельный процесс сварки;

§ режим импульсной сварки;

§ режим струйного (Spray) переноса металла;

§ режим непрерывного вращающегося переноса металла (ротационный перенос).

Рис. 4.2.Виды переноса электродного металла при сварке плавящимся электродом:
а — крупнокапельный; б — мелкокапельный; в — струйный; г — ротационный; 1 — электрод; 2 — дуга; 3 — вращающаяся жидкая струя; 4 — капли электродного металла; 5 — сварочная ванна; d_э — диаметр электрода, мм; d_к — диаметр капли, мм

Режим струйного и крупнокапельного, а также непрерывного вращающегося переноса металла связан со сравнительно высокой энергией дуги и обычно ограничивается сваркой в нижнем и горизонтальном положении металла толщиной более 3 мм. Циклический режим сварки короткой дугой без разбрызгивания и импульсная сварка имеют низкие энергетические показатели, но обычно позволяют сваривать металл толщиной до 3 мм во всех пространственных положениях.

Циклический режим сварки короткой дугой без разбрызгивания (процесс сварки с периодическими короткими замыканиями). Процесс характерен для сварки электродными проволоками диаметром 0,5…1,6 мм при короткой дуге с напряжением 15…22 В и силе тока 100…200 А.

После очередного короткого замыкания силой поверхностного натяжения расплавленный металл на торце электрода стягивается в каплю, приближая ее форму к правильной сфере, создавая тем самым благоприятные условия для плавного объединения со сварочной ванной. В результате длина и напряжение дуги становятся максимальными.

Во всех стадиях процесса скорость подачи электродной проволоки постоянна, а скорость ее плавления изменяется, она меньше скорости подачи. Поэтому торец электрода с каплей приближается к сварочной ванне (длина дуги и ее напряжение уменьшаются) до короткого замыкания. Во время короткого замыкания капля расплавленного электродного металла переходит в сварочную ванну. Далее процесс повторяется.

При коротком замыкании резко возрастает сила сварочного тока — до 150…200 А, в результате этого увеличивается сжимающее действие электромагнитных сил, совместное действие которых разрывает перемычку жидкого металла между электродом и изделием. Капля мгновенно отрывается, обычно разрушаясь и разлетаясь в стороны, что приводит к разбрызгиванию. Кроме того, ток такой силы, пытаясь пройти через узкую перемычку, образовавшуюся между каплей и ванной, приводит к выплеску металла.

Режим сварки оптимизированной короткой дугой. Режим сочетает циклический режим сварки короткой дугой и очень высокую скорость подачи сварочной проволоки, что позволяет использовать короткую и мощную дугу (напряжение на дуге до 26 В при силе тока до 300 А). Данный режим позволяет получать сварные соединения с минимальным тепловложением и низкой степенью окисления наплавленного металла.

Крупнокапельный процесс сварки. Увеличение плотности сварочного тока и длины (напряжения) дуги (напряжение на дуге 22…28 В и сила тока 200…290 А) ведет к изменению характера расплавления и переноса электродного металла, переходу от сварки короткой дугой с короткими замыканиями к процессу с редкими замыканиями или без них. В сварочную ванну электродный металл подается нерегулярно, отдельными крупными каплями различного размера, хорошо заметными невооруженным глазом. При этом ухудшаются технологические свойства дуги, затрудняется сварка в потолочном положении, а потери электродного металла на угар и разбрызгивание возрастают до 15%. Крупнокапельный процесс сварки характеризуется некачественным формированием сварного шва.

Режим импульсной сварки. Для улучшения технологических свойств дуги применяют периодическое изменение ее мгновенной мощности — импульсно-дуговую сварку (рис. 4.3). Теплота, выделяемая основной дугой, недостаточна для плавления электродной проволоки со скоростью, равной скорости ее подачи. Вследствие этого длина дугового промежутка уменьшается.

Рис. 4.3.Изменение силы тока дуги I во времени T при импульсном переносе электродного металла:
а — стадии горения дуги при импульсном переносе электродного металла; б — изменение силы тока дуги во времени при импульсном переносе электродного металла; 1 — уменьшение длины дугового промежутка; 2 — зажигание дуги под действием импульса электрического тока; 3 — плавление электрода с формированием жидкой капли; 4 — сброс расплавленной капли в сварочную ванну

Под действием импульса тока происходит ускоренное расплавление электрода, обеспечивающее формирование капли на его конце. Резкое увеличение электродинамических сил сужает шейку капли и сбрасывает ее в направлении сварочной ванны в любом пространственном положении, т.е. импульсная сварка — режим, при котором капли расплавленного металла принудительно отделяются электрическими импульсами. За счет этого на токах, соответствующих крупнокапельному переносу, можно формировать качественные сварные швы подобно тому, как они формируются при циклическом режиме сварки короткой дугой без разбрызгивания.

Импульсный режим использует одиночные импульсы или группу импульсов с одинаковыми или различными параметрами. В последнем случае первый или первые импульсы ускоряют расплавление электрода, а последующие сбрасывают каплю электродного металла в сварочную ванну. За счет этого металл переносится порциями мелких капель и без разбрызгивания. Устойчивость режима импульсной сварки зависит от соотношения основных параметров (величины и длительности импульсов и пауз). Соответствующим подбором силы тока основной дуги и импульса можно повысить скорость расплавления электродной проволоки, изменить форму и размеры шва, а также уменьшить нижний предел силы сварочного тока, обеспечивающий устойчивое горение дуги.

Импульсный режим обеспечивает более высокий коэффициент тепловложения в наплавленный металл, чем циклический режим сварки короткой дугой без разбрызгивания, и осуществляется при напряжении на дуге 28…35 В и силе тока 300…350 А.

Режим струйного переноса металла. При достаточно высоких плотностях постоянного по величине (без импульсов или с импульсами) сварочного тока обратной полярности и при горении дуги в инертных газах (содержание аргона не менее 80%) может наблюдаться очень мелкокапельный перенос электродного металла. Название «струйный» он получил потому, что при его наблюдении невооруженным глазом создается впечатление, что расплавленный металл стекает в сварочную ванну с торца электрода непрерывной струей.

Поток капель направлен строго по оси от электрода к сварочной ванне. Дуга очень стабильная и ровная. Разбрызгивание очень небольшое. Валик сварного шва имеет гладкую поверхность. Энергия дуги передается в металл в форме конуса, поэтому наплавляемый металл на кромках под действием сил поверхностного натяжения сливается в общую сварочную ванну. Глубина проплавления больше, чем при циклическом режиме сварки короткой дугой, но меньше, чем при крупнокапельном переносе.

Режим струйного переноса металла характеризуется узким столбом дуги и заостренным концом плавящейся электродной проволоки. Расплавленный металл проволоки передается через дугу в виде мелких капель, от сотен до нескольких сотен в секунду. Диаметр капель равен диаметру электрода или меньше него. Поток капель осенаправленный. Скорость плавления проволоки 42…340 мм/с.

Режим непрерывного вращающегося переноса металла (ротационный перенос). Ротационный перенос металла возникает при образовании длинного столба жидкости на конце оплавляющегося электрода. Вследствие очень большого тока (напряжение на дуге 40…50 В при силе тока 450…650 А) и большого вылета электрода температура образовывающейся капли настолько высока, что электрод плавится уже без действия дуги. Расстояние до токоведущего мундштука в этом случае составляет 25…35 мм. Из-за продольного магнитного поля столб жидкости вращается вокруг своей оси и конически расширяется. Капли металла переходят в радиальном направлении в основной материал и создают относительно плоское и широкое проплавление.

В зависимости от свариваемого металла и его толщины в качестве защитных газов используют инертные, активные газы или их смеси. В силу физических особенностей стабильность дуги и ее технологические свойства выше при использовании постоянного тока обратной полярности. При использовании постоянного тока прямой полярности количество расплавляемого электродного металла увеличивается на 25…30%, но резко снижается стабильность дуги и повышаются потери металла на разбрызгивание. Применение переменного тока невозможно из-за нестабильного горения дуги.

Инертные газы аргон, гелий и их смеси обязательно используются для сварки цветных металлов, а также широко применяются при сварке нержавеющих и низколегированных сталей. Основные различия между аргоном и гелием — плотность, теплопроводность и характеристика дуги. Плотность аргона приблизительно в 1,4 раза больше плотности воздуха, а гелий в 0,14 раза легче воздуха. Для защиты сварочной ванны более эффективен тяжелый газ. Следовательно, гелиевая защита сварочной ванны для получения того же эффекта требует приблизительно в 2—3 раза большего расхода газа.

Чистый аргон и гелиевая защита дают хорошие результаты при сварке цветных металлов. Тем не менее применение этих газов в чистом виде дает не вполне удовлетворительный результат при сварке черных металлов. Гелиевая дуга стремится к переходу в неуправляемый режим, сопровождаемый сильным разбрызгиванием. Аргоновая дуга имеет тенденцию к прожогу. Добавление к аргону 1…5% кислорода или 3…10% углекислого газа (вплоть до 25%) дает заметное улучшение характеристики.

Объем добавляемого кислорода или углекислого газа к инертному газу зависит от состояния поверхности (наличие окалины) основного металла, требуемого профиля сварного шва, положения в пространстве и химического состава свариваемого металла. Обычно добавления 3% кислорода или 9% углекислого газа вполне достаточно для проведения качественной сварки.

4.2Режимы сварки плавящимся электродом

Ориентировочные режимы сварки плавящимся электродом в защитном газе представлены в табл. 4.1—4.9.

Таблица 4.1. Режимы сварки порошковыми проволоками в СО₂ низкоуглеродистых и низколегированных сталей

Читайте также: