Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Дуговая электросварка металлов

01.02.2019

Дуговая электрическая сварка является самым распространенным видом сварки. Во время дуговой электросварки тепло для нагрева и расплавления металла возникает в результате электрических разрядов (дуги), образующихся между электродами или между электродом и свариваемым металлом, присоединенным к источнику питания током.

Электрическая дуга представляет собой непрерывный поток электронов, образующийся между электродами в газовой среде и сопровождающийся выделением большого количества тепла и света. Возбуждение (зажигание) дуги производится мгновенным соприкосновением концов электродов с последующим разведением их. При соединении электродов в электрической Цепи образуется короткое замыкание и концы электродов нагреваются, а при отведении они расплавляются. На поверхности конца одного электрода, имеющего в данный момент отрицательную полярность и называемого катодом, образуется активное катодное пятно, которое проводит весь ток дуги. На втором электроде, который имеет положительную полярность и называется анодом, возникает активное анодное пятно.

Первичная ионизация газового промежутка, в котором происходит дуговой разряд, возникает под действием термоэлектронной и автоэлектронной эмиссии с катода в результате образования свободных электронов. Электроны образуются под влиянием нагрева и действия электрического поля вблизи катода, что приводит к образованию столба дуги. В столбе дуги ионизация газовых молекул и атомов происходит главным образом вследствие интенсивного нагрева в результате преобразования электрической энергии в тепловую и в световую.

В области, прилегающей к столбу дуги, металл нагревается преимущественно за счет лучистого теплообмена со столбом дуги и конвективного обмена факела дуги с горячими газами. По мере удаления от центра пятна интенсивность теплового потока убывает. Поэтому, температура электрической дуги в центре столба составляет 6000—8000° С; при угольных электродах на катоде — около 3200° С, на аноде — примерно 3900° С; при металлических электродах на катоде — 2400° С и на аноде — 2600° С.

Из всего количества тепла, выделяющегося при сварке электрической дугой, на нагревание и расплавление металла используется 60—70%; 30—40% тепла рассеивается в окружающее пространство. Схема сварочной дуги как источника тепла приведена на рис. 198, где q2 — распределение удельного теплового потока по радиусу пятна, которое приближенно описывают нормальным законом распределения вероятности Гаусса, кал/см2сек; q2макс — наибольший удельный тепловой поток в центре пятна; К — коэффициент сосредоточенности удельного теплового потока дуги, см-2; r — расстояние от оси источника, мм
Дуговая электросварка металлов

С повышением тока при постоянном напряжении дуги q2макс увеличивается. С повышением на пряжения, т. е. с увеличением дуги, при неизменном токе он уменьшается и распределение удельного теплового потока становится менее сосредоточенным. Тепловой поток дуги под флюсом более сосредоточен, чем поток открытой дуги.

Во время сварки пространство между электродами заполняется парами металла (ионами), которые являются частичными переносчиками электронов.

Величина напряжения дуг зависит от теплового состояния дугового пространства, длины дуги и от степени ионизации электродного пространства. Для поддержания устойчивой дуги необходима беспрерывная ионизация дугового промежутка. Это обеспечивается соответствующим материалом электродов, составом газов, давлением окружающей среды, силой и родом тока, но в основном определяется длиной дуги. Напряжение дуги выражается уравнением, в:

а, в, у, b, — постоянные коэффициенты, зависящие от материала электродов, давления, состава газов и рода тока.

Напряжение дуги в зависимости от силы тока и длины принято выражать статической характеристикой (рис. 199).

Опытным путем установлено, что при силе тока свыше 50 а, т. е. когда производится сварка, напряжение горения дуги мало зависит от силы тока и в основном определяется длиной душ. Следовательно, можно принять, что

где а — сумма катодного и анодного падений напряжений, равная 8—12 в в случае сварки стальным электродом;

в — падение напряжения в 1 мм длины дуги, равное 2—3 в.

В практических условиях напряжение зажигания дуги находится в пределах 55—60 в. Во время устанавливающегося режима, т. е. прохождения электрического тока между электродами, напряжение горения дуги понижается и бывает меньше напряжения зажигания на 15—35 в.

Сварочную дугу можно питать постоянным и переменным током. Дуга, питаемая переменным током, менее устойчива вследствие того, что ток в дуге при частоте 50 периодов сто раз в секунду меняет свое направление и в эти моменты при малой ионизации дуга может оборваться. Для повышения устойчивости дуги, питаемой переменным током, применяют ионизирующие покрытия на электродах и наложения токов высокой частоты на дугу от осицилятора. В состав покрытия вводят соли щелочных или щелочноземельных металлов (К2СО3, CaCO3 и др.), повышающие ионизацию между электродами. Ток от осицилятора с высокой частотой (достигающей до 10в6 гц) ионизирует дуговой промежуток и обеспечивает устойчивое горение дуги.

При сварке по способу Бенардоса (рис. 200) в основном используют постоянный ток при прямой полярности, т. е. минус на электроде, а плюс на основном металле. При обратной полярности (плюс на электроде) обычно дуга горит неустойчиво, часто обрывается и сварное соединение получается некачественным. Сварку производят угольным или графитовым электродом 1, зажатым в электрододержателе 2, который с помощью гибкого кабеля 3 присоединяют к одному из полюсов источника питания. Свариваемую деталь 4 присоединяют к другому полюсу. Этим способом сварку ведут с присадочным материалом и без него. Присадочный материал подают в виде прутка 5 в зону дуги, где он расплавляется и перемешивается с расплавленным основным металлом, образуя сварной шов. В случае сварки без присадочного материала отбортованные кромки свариваемых деталей расплавляют и получают сварное соединение.

Сварка по способу Славянова производится как на постоянном, так и на переменном токе (рис. 201). При этом электродом служит металлический пруток 1, который является и присадочным материалом. Электрод закрепляют в электрододержателе 2 и с помощью гибкого кабеля 3 присоединяют к одному из полюсов источника тока. Свариваемую деталь 4 при помощи гибкого кабеля присоединяют к другому полюсу. Образующаяся дуга расплавляет кромки свариваемых деталей и металлический электрод. Расплавляемый металл электрода каплями стекает в ванну основного расплавленного металла, перемешивается с ним и образует сварной шов.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: