§ 104. Дуговая сварка

Дуговая сварка — ручная и автоматическая—наиболее рас­пространенный вид сварки. Изобрели дуговую сварку найди со­отечественники Н. Н. Бенардос и Н. Г. Славянов. Первый из них в 1882 г. создал способ сварки угольным электродом, а второй в 1888 г. — способ сварки металлическим электродом.

Ручная дуговая сварка

Общие сведения.В промышленности большей частью применяется электрическая дуговая сварка металлическим элек­тродом. При этом способе (рис. 244) соединение элементов кон­струкции производится следу­ющим образом.

В . электрододержатель 1 вставляют металлическийэлек­трод 2.Между электродом и из­делием (основным металлом)

3. к которым подводится ток от сварочного генератора Г,воз­буждается электрическая дуга

4. Она представляет собой мощ­

5. ный источник тепла с температурой около 6000°. Дуга расплав­ляет электрод 2и основной металл 3, под дугой образуется сва­рочная ванна 5. Расплавленный металл электрода мелкими ка­пельками поступает в сварочную ванну, где перемешивается с расплавившимся основным металлом. По мере остывания сва­

рочной ванны с перемещением дуги по кромкам свариваемых лк- стов жидкий металл отвердевает (кристаллизуется); образуется сварной шов 6,прочно соединяющий кромки листов.

При сварке по способу Бенардоса в электрододержатель / вместо металлического вставляют угольныйэлектрод 2и для формирования шва вво­дят в зону дуги пруток присадочного металла 7. В остальном все про­исходит так же, как при сварке по способу Сла- вянова.

На рис. 245 показа­ны основные типы свар­ных соединений: стыко­вое (а), тавровое (б), угловое (в) и нахлес- точное (г).

При сварке очень важно обеспечить

Рис. 246. Крутопадающая внешняя характе ристика сварочного источника тока

устойчивое горение дуги и постоянство силы тока; без этого нель­зя получить сварное соединение хорошего качества. В силу ска­занного сварочные источники тока отличаются от обычных тем, что у них напряжение U_u на зажимах, к которым присоединяет­ся цепь, не остается постоянным, а падает с увеличением в дуге

тока /_д. О таких источниках тока говорят, что они имеют круто­падающуювнешнюю характеристику (рис. 246).

Дуговую сварку можно вести как на постоянном, так и на переменном токе. Постоянным током дуга питается от свароч­ного генератора, а переменным током — от сварочных аппаратов, называемых трансформаторами.

Наша отечественная промышленность выпускает много раз­личных типов сварочных генераторов и трансформаторов для ручной и автоматической сварки. Основные типы сварочных ге­нераторов— ПС-500 и ПСМ-1000, а сварочных трансформато­ров— СТАН-1, СТЭ-24, СТЭ-34 и ТСД-1000-3.

Электроды.Дуговая сварка по способу Сла- вянова производится, как уже указывалось, плавя­щимся электродом (рис. 247). Это металлический стержень (электродная проволока), покрытый сло­ем смеси определенного состава, растворенной в жидком стекле. Покрытие делают способом окуна­ния или способом прессования. Электроды со све­жим слоем покрытия (обмазки) просушивают, затем прокаливают до полного удаления влаги.

Различают два типа электродов: простые и ка­чественные. Простыеэлектроды имеют тонкое по­крытие, а качественныеэлектроды — толстое покры­тие. Назначение тонких покрытий — облегчить свар­щику зажигание дуги и повысить ее устойчивость в процессе сварки. Толстые покрытия служат как для этих целей, так Идля защиты металла шва от вред­ного влияния среды. При сварке качественными электродами в металл шва почти не попадает ни кислород, ни азот воздуха, поэтому прочность свар­ного соединения получается значительно более вы­сокой, чем при сварке простыми электродами. По этой причине сварка конструкций почти всегда ве­дется качественными электродами.

Различное действие покрытий объясняется их составом. В тонкие покрытия входят ионизирующие и связующие вещества, качественные покрытия содержат, кроме ионизирующих и связу­ющих веществ, также газообразующие, шлакообразующие, рас­кисляющие и легирующие вещества.

Сварка листов.Чтобы произвести сварку листов, преж­де всего зачищают очень аккуратно кромки листов, удаляя с них грязь, окалину, ржавчину. Затем в соответствии с толщиной лис­тов 6 выбирают диаметр электрода d и силу сварочного тока I_д. После этого приступают к сварке, выдерживая определенную длину дуги L_d взависимости от положения шва.

Рис. 247. Электрод для ручной дуговой сварки

При выборе диаметра электрода, величины сварочного тока и длины дуги можно руководствоваться данными, приведенными в табл. 33.

Таблица 33

Ориентировочные данные для выбора режима ручной дуговой сварки

5	в мм	2—4	4-6	6-8	8—10
da	в мм	3	4	5	6-7

Сварочный ток I^=Kd₃, где АГ= 40-^-60

Положение шва в пространстве

Нижнее

Потолочное

Вертикальное

хг

2-5

1,5

Лл в мм

2—3

При толщине свариваемого металла от б до 12 ммпроизводят сварку не в один, а внесколькослоев. Чтобы проварить со­единение на всю толщину, делают предварительную подготовку(разделку)кромок, заключающуюся в образовании у них скосов

Рис. 248. Стыковой V-образный шов при сварке металла большой толщины

разной формы. Для примера на рис. 248 показано соединение листов толщиной 20 мммногослойным швом приV-образной под­готовке кромок.

Требования к ручной дуговой сварке.Основное достоинство ручной дуговой сварки в том, что этим способом можно получать соединения при любом пространственномполо-

женин шва — нижнем, вертикальном и потолочном. Многослой­ным швом, при соответствующей форме подготовки кромок, удается сваривать металл толщиной до SO и даже до 100 мм. Важнейшее условие успеха — строгое соблюдение установленно­го порядка наложения швов и заданного технологического режи­ма. Нарушение этого условия, особенно при сварке металла больших толщин, может вызвать появление трещин в сварном шве или в околошовной зоне и повлечь за собой значительное изменение размеров всей конструкции в результате коробления.

Ручная дуговая сварка тонкого металла должна выполнять­ся особенно тщательно: малейшая неточность, допущенная при ведении электрода, грозит проплавлением изделия насквозь, об­разованием прожогов. В связи с этим ручную дуговую сварку металла толщиной менее 2 ммприменяет сравнительно редко, причем ее доверяют только сварщикам наивысшей квалифика­ции.

В отношении производительности ручная дуговая сварка вы­годна при соединении металла толщиной от 2 до 40 мм;при большей толщине металла производительность очень мала.

Автоматическая дуговая сварка

В нашей промышленности и в строительстве наряду с ручной дуговой сваркой широко применяются рдзличные виды автома­тической дуговой сварки, особенно автоматическая сварка под

флюсом- Этот способ и вся свя­занная : ним технология, а так­же аппаратура были разрабо­таны Киевским институтом электросварки им. Е. О. Пато- на Академии наук УССР.

Рис. 249. Схема установки для авто­матической сварки под флюсом

Автсматическая дуговая сварка под флюсом значитель­но преЕОСходит ручную качест­вом получаемых соединений и еще большей производитель­ностьюВысокое качест­во соединений, сваренных ав­томатов (схема его дана на рис. 249), объясняется тем, что при этом способе электродная про­волока 1 подается к дуге по мере ее расплавления не вручную, а специальным механизмом 2;при это11 шов 6очень надежно защищен от кислорода и азота воздуха слоем флюса 3, под кото­рым горит дуга 4.Высокая производительностьспо­соба достигается благодаря возможное^ применять на автома­тах токи, в несколько раз большие, чем гри ручной дуговой свар­ке (например при автоматической сварре под флюсом металлом

больших толщин пользуются токами до 3 тыс. а)и, следователь­но, увеличивать во столько же раз скорость сварки.

При автоматической дуговой сварке под флюсом сварочная цепь обычно питается переменным током от специальных мощ­ных сварочных трансформаторов 5. Однако не исключается при­менение сварочных генераторов, питающих дугу постоянным током.

Автоматическая сварка особенно эффективна, когда она ве­дется длинными прямолинейными, а также кольцевыми швами. Сварка короткими и особенно криволинейными швами на автома­тах нецелесообразна, иногда и невозможна; в этих случаях применяют специальные дуговые полуавтоматы. Автоматической сваркой получают швы в нижнем и вертикальном положениях, причем для наложения вертикальных швов пользуются особыми автоматами.

Выше говорилось об однофазнойдуговой сварке, т. е. о такой сварке, при которой между электродом и свариваемым из­делием горит однадуга. В настоящее время применяют также автоматическуютрехфазнуюдуговую сварку; к изделию по­дается не один, а два электрода и под флюсом горят тридуги: одна между электродами и две между электродами и изде­лием.

Трехфазная сварка ценна тем, что позволяет регулировать количество наплавленного электродного и основного металла, что в некоторых случаях (например при сварке специальных сталей) имеет решающее значение. Наряду с этим данный спо­соб сварки весьма производителен и, кроме того, дает возмож­ность более равномерно загружать заводскую электрическую сеть, чем однофазная сварка.

Электрической дугой сваривают не только сталь, но и чугун, цветные металлы. Сварка чугуна производится вручную чугун­ными электродами с предварительным подогревом соединяемых деталей до 550—650°.

Медь сваривают вручную и на автоматах. При ручной сварке обычно применяют угольный электрод и присадочную проволоку из меди, в которую введены специальные добавки. На автома­тах сварку выполняют угольным электродом или медной прово­локой под флюсом.

Сварка алюминия также производится вручную (алюминие­вой электродной проволокой со специальной качественной обмаз­кой) и на автоматах (алюминиевой проволокой под специаль­ным флюсом).

Аргонодуговая сварка

В последние годы в промышленности получил распростра­нение особый способ дуговой сварки металла — в защитном газе: аргоне (иногда гелии), углекислом газе или азоте. При этом

способе (рис. 250) дуга 2горит между электродом 1и изделием3в атмосфере 4газа, например аргона. Аргон защищает свароч­ную ванну от вредного действия кислорода и азота воздуха и улучшает устойчивость дуги.

Ручная аргонодуговая сварка, дающая сварные соединения очень хорошего качества, обычно производится неплавящимися вольфрамовыми электродами. Для формирования шва применя­ют пруток 5присадочного металла, состав которого отвечает

составу металла изделия. Автоматическая аргоно­дуговая сварка ведется плавящимся электродом соответствующего соста­ва. Электрод подается к дуге специальным меха­низмом автомата. Пита­ние сварочной цепи при обоих видах аргонодуго- вой сварки, как правило, осуществляется от специ­ального генератора 6по­стоянного тока.

Производительность аргонодуговой сварки, так же как и обычной дуговой, значительно выше производительности газовой сварки. Это объясняется тем, что дуга обладает более высо­кой температурой и обеспечивает более концентрированный ра­зогрев, чем сварочное пламя, которым производится газовая сварка.

Аргонодуговая сварка несколько дороже дуговой и газовой. Этим способом сваривают нержавеющие стали и специальные сплавы из цветных металлов.