МЕЖДУНАРОДНЫЙ ИНЖЕНЕР-СВАРЩИК

Ручная дуговая сварка плавящимся электродом

Принципы процесса, характеристики дуги

К электроду и свариваемому изделию для образования и поддержания сварочной дуги от источников сварочного тока подводится постоянный или переменный сварочный ток. Дуга расплавляет металлический стержень электрода, его покрытие и основной металл. Рас­плавляющийся металлический стержень электрода в виде отдельных капель, покрытых шлаком, переходит в сварочную ванну. В сварочной ванне электродный металл смешивает­ся с расплавленным металлом изделия (основным металлом), а расплавленный шлак всплывает на поверхность.

Гпубина, на которую раслпавляется основной металл, называется глубиной проппав - ления. Она зависит от режима сварки (силы сварочного тока и диаметра электрода), пространственного положения сварки, скорости перемещения дуги по поверхности изделия (торцу электрода и дуге сообщают поступательное движение вдоль направления сварки и поперечные колебания), от конструкции сварного соединения, формы и размеров разделки свариваемых кромок и т. п. Размеры сварочной ванны зависят от режима сварки и обычно находятся в пределах: глубина до 7 мм, ширина 8—15 мм, длина 10—30 мм. Доля участия основного металла в формировании металла шва обычно составляет 15—35%.

Расстояние от активного пятна на расплавленной поверхности электрода до другого активного пятна дуги на поверхности сварочной ванны называется длиной дуги. Расплав­ляющееся покрытие электрода образует вокруг дуги и над поверхностью сварочной ванны газовую атмосферу, которая, оттесняя воздух из зоны сварки, препятствует взаимодействи­ям его с расплавленным металлом. В газовой атмосфере присутствуют также пары основно­го и электродного металлов и легирующих элементов. Шлак, покрывая капли электродного металла и поверхность расплавленного металла сварочной ванны, способствует предохра­нению их от контакта с воздухом и участвует в металлургических взаимодействиях с рас­плавленным металлом.

Кристаллизация металла сварочной ванны по мере удаления дуги приводит к образо­ванию шва, соединяющего свариваемые детали. При случайных обрывах дуги или при сме­не электродов кристаллизация металла сварочной ванны приводит к образованию свароч­ного кратера (углублению в шве, по форме напоминающему наружную поверхность свароч­ной ванны). Затвердевающий шлак образует на поверхности шва шлаковую корку.

Длина дуги зависит от марки и диаметра электрода, пространственного положения сварки, разделки свариваемых кромок и т. п. Нормальная длина дуги считается в пределах La = (0,5 — 1,1 )dM (с1ал — диаметр электрода). Увеличение длины дуги снижает качество наплавленного металла шва ввиду его интенсивного окисления и азотирования, увеличивает потери металла на угар и разбрызгивание, уменьшает глубину проплавления основного металла. Также ухудшается внешний вид шва.

Для возбуждения дугового разряда при сварке для получения начальной ионизации обычно сводят два электрода до соприкосновения (электрод и деталь), а затем быстро их разводят. При достаточно большом токе при соприкосновении электродов в промежутке ме­жду концами электродов выделяется большое количество тепла. Ток между электродами проходит через мепкие неровности на торцах и разогревает их до расплавления. При быст­ром разведении электродов расплавленные мостики растягиваются и сужаются, вследствие чего плотность тока доходит в них в момент разрыва до такой величины, что обращает их в пар. При высокой температуре паров металла ионизация промежутка получается настолько значительной, что при сравнительно небольшой разности потенциалов между концами электродов возникает дуговой разряд. Разряд поддерживается далее как устойчивая ста­ционарная дуга в том случае, если сохраняются факторы, поддерживающие ионизацию ду­гового промежутка.

В момент зажигания дуги промежуток еще недостаточно нагрет и для его ионизации необходима увеличенная кинетическая энергия, которая может быть получена усилением электрического поля, т. е. некоторым повышением напряжения между электродами сравни­тельно с тем напряжением, которое требуется для поддержания дуги в установившемся со­стоянии.

Периоду поджига сварочной дуги и выхода её на режим стабильного горения соответ­ствует Участок I на статической ВАХ сварочной дуги - участок опережающего роста элек- тропроводности плазмообразующего газа в столбе сварочной дуги.

Стабильному горению сварочной дуги соответствует Участок II на статической ВАХ - участок пропорционального роста электропроводности сварочной дуги. Падение напряже­ния на дуге складывается из падений напряжений в трех ее основных областях:

Іід = U, + Uc + Ua = f (Ід),

где: ид, U*, Uc, Ua“ падение напряжений соответственно на дуге, на катоде, в столбе дуги

и на аноде, В;

1Д - сила тока в дуге, А.

Для участка II на статической ВАХ зависимость падения напряжения на дуге от длины сварочной дуги с достаточной точностью может быть выражена уравнением:

Ufl = a + bU

Из уравнения следует, что напряжение на дуге, при всех прочих равных условиях, бу­дет зависеть от длины столба дуги.