Физические основы и разновидности.

 

Для возбуждения дуги используются чаще всего плавящие металлические и реже неплавящие (угольные и вольфрамовые) электроды (рис.3.22.). В первом случае сварной шов образуется за счет расплавления электрода, а во втором случае в дугу вводится присадочный металлический пруток, который плавится и заполняет сварной шов.

Сварка плавящими электродами выполняется как на переменном, так и на

 

Рис. 3.22. Схема наплавки плавящим и неплавящим электродом

постоянном токе, а неплавящие электроды применяются только в

специфических случаях (на постоянном токе для угольных электродов) и на постоянном и переменном токе для вольфрамовых электродов

Для возникновения дугового разряда электродом касаются детали, при этом происходит расплавление поверхности и при медленном отводе электрода жидкий металл растягивается, образуя металлический мостик, который далее разрывается и последующий разряд электричества происходит в ионизированной газообразной среде. Ионизация газа выполняется электронами, испускаемыми с поверхности электрода.

После короткого замыкания происходит плавление электрода, вследствие чего растет капля расплавленного металла, которая далее касается ванночки и происходит короткое замыкание, при котором резко увеличивается ток, возникает большая разрывная сила, отрывающая каплю от электрода, т.е. происходит разрыв мостика расплавленного металла, и процесс вновь повторяется. Дальнейший перенос расплавленного металла выполняется как при коротком замыкании дугового промежутка, так и без замыкания.

Частота замыканий зависит от плотности тока Jн / Fэ (удельной тепловой загрузки) на электроде. При больших плотностях тока происходит мелкокапельный перенос без коротких замыканий.

Стабильность горения дуги зависит от постоянства длины дуги (2-4 мм), которое при сварке поддерживается постепенным опусканием электрода. Ориентировочно длина дуги должна быть равна диаметру электрода. Короткая дуга обеспечивает лучшее качество шва, т.к. расплавленный металл меньше подвержен воздействию окружающей среды (окислению и азотированию). При длинной дуге разбрызгивается металл и не обеспечивается достаточного проплавления основного металла. Устойчивость дуги также определяется величиной напряжения и силы тока, так для ручной сварки наилучшая устойчивость дуги будет при напряжении 18- 20 В и при плотности тока 18-20 А/мм². Устойчивость процесса плавки возрастает при увеличении индуктивности сварочной цепи.

Производительность сварки определяется по формуле:

 

Q_н = K_н J_н t,                                                                           (3.1)

 

где Q_н — количество наплавленного металла, г.; K_н — коэффициент наплавки, г/А час (K_н = 7-12 г/А час для ручной электродуговой сварки,
K_н = 15-20 г/ А для наплавки под слоем флюса); J_н — сила тока наплавки, А;
t — время горения дуги, час.

Скорость наплавки тоже характеризует производительность наплавки и определяется по формуле:

 

V_н = K_нJ_н / F_н g,                                                                        (3.2)

 

где V_н — скорость наплавки, см/час; F_н — площадь поперечного сечения сварного шва, см²; g — плотность металла шва, г/ см ³.

Объем наплавленного металла в единицу времени F_нV_н равняется объему расплавленного F_эV_э металла (рис.3.23.):

 

F_н V_н= F_э V_э,                                                                        (3.3)

 

отсюда с учетом потерь металла на разбрызгивание площадь сечения сварного шва F_н зависит от скорости подачи V_э и диаметра d_э электрода (сварочной проволоки) и от скорости наплавки V_н:

 

F_н = F_э (1 - y) V_э / V_н,                                                             (3.4)

 

где V_э — скорость плавления (подачи) электрода; y -коэффициент потерь металла в виде брызг и паров (y =0 - 0,2).

На форму шва оказывают влияние напряжение дуги, скорость наплавки, диаметр и наклон электрода. Ширина сварного шва увеличивается с ростом напряжения дуги, с уменьшением скорости наплавки и увеличением диаметра электрода. Причем в последних двух случаях возрастает и общее сечение шва.

Металл при сварке плавится при высоких температурах, а под её воздействием в зоне сварки происходит частичный распад молекул кислорода, азота и водорода на атомы; химическая активность этих элементов повышается и происходит изменение состава металла. Из-за образования кислородом окислов выгорают углерод, марганец и другие элементы, снижается прочность и износостойкость детали. Азот приводит к образованию нитридов, которые увеличивают твердость, но уменьшают пластичность металла и способствуют ускоренному старению металла шва. Из-за присутствия водорода образуются газовые пузырьки в металле и трещины. Для устранения этих негативных явлений необходимо создавать защитную среду из газов и шлака.

 

 

Рис. 3.23. Взаимосвязь скоростей наплавкиV_н и подачи V_ээлектрода (сварочной проволоки).

 

В зависимости от рода защиты расплавленного металла от вредного воздействия воздуха различают следующие виды сварки и наплавки:

Электродом без покрытия или только со стабилизирующим покрытием.

Электродом со стабилизирующим и защитным покрытием.

Порошковыми электродами.

Под слоем флюса.

В среде защитных газов.

В среде охлаждающей жидкости.

В комбинированной среде.

Первые три вида используются в основном при ручной сварке и наплавке, а остальные — при механизированной.