строение, температура, классификация и виды дуги

Сварочная дуга представляет собой поток газа, ионизированного до высоких температур (от 5000⁰С и более), и являющегося одной из форм существования плазмы. Этот поток возбуждается между катодной и анодной областями электродов и характеризуется чрезвычайно высокими показателями плотности объёмной тепловой мощности. Такая природа физического явления (см. фото) позволяет широко использовать его для создания прочных неразъёмных соединений металлов, а также для размерной их обработки.

Как происходит формирование дугового разряда

Дуга  производится пробоем межэлектродного промежутка между неподвижным и подвижным электродами (см. рис. 1). В процессе ионизации среды между электронами, плотность их потока по длине возрастает, а диэлектрические свойства среды остаются постоянными. Простейший способ ионизации столба  – увеличение разности потенциалов между электродами при одновременном росте тока и температуры межэлектродного промежутка.

Эти факторы, действующие совместно, ионизируют среду, превращая её из диэлектрика в проводник. Таким образом, в течение короткого времени поток электронов становится непрерывным, поддерживая в промежутке ток короткого замыкания.

Определение стабильности существования процесса производится следующими факторами:

1. Диэлектрической прочностью среды.
2. Степенью ионизации, т.е. количеством электронов, которые находятся в ионизированном потоке
3. Длиной: при увеличении данного параметра сопротивление дуги возрастает.
4. Поперечным сечением разряда, чем оно меньше, тем выше сопротивление дуги.
5. Необходимым временем разделения: с его увеличением мощность снижается.

В процессе возбуждения разряда дальнейшим условием стабильности существования является требование правильно настроить все вышеперечисленных параметров. Такие пределы классифицируются по назначению устройства, использующего сварочную дугу – для целей сварки, наплавки или размерной обработки требования будут различными.

Рисунок 1 — Схема сварочной дуги

Виды сварочной дуги

Сварочная дуга с неконтролируемым поперечным сечением, предназначенным для соединения нескольких токопроводящих материалов между собой, использует  два разных типа сварочных аппаратов  – с расходуемыми и нерасходуемыми электродами. К первому типу относятся:

1. Сварка металла газом: инертным (MIG по международной классификации) или активным (MAG, но чаще используется буквосочетание GMAW – сварка с применением защитного газа, предохраняющего основной металл от активного окисления).
2. Экранированная дуговая сварка (MMA). Представляет собой процесс ручной электродуговой сварки, при котором разряд возбуждается между металлическим стержнем (электрод покрыт флюсом или содержит его) и обрабатываемой деталью. Поверхность стержня и заготовки плавятся, образуя сварочную ванну. При одновременном плавлении флюсового покрытия на стержне образуются газ и шлак, который впоследствии защищает сварочную ванну от окружающей атмосферы. Это – универсальный процесс, идеально подходящий для соединения черных и цветных металлов с различной толщиной и при всех положениях заготовки.
3. Дуговая сварка порошковой проволокой (FCAW) использует электрод с сердечником из флюсового сердечника с непрерывной подачей и источник постоянного напряжения, обеспечивающий постоянную длину разряда. В этом процессе используется либо защитный газ, либо газ, образующийся при термическом испарении флюса с целью защиты зоны шва от загрязнений.
4. Сварка под флюсом (SAW). Часто применяемый процесс с расходуемым электродом (который непрерывно подаётся к зоне расплава) и защитным слоем из плавкого флюса. Флюс становится токопроводящим при расплавлении, обеспечивая току лёгкий путь между деталью и электродом. Поток помогает также предотвратить разбрызгивание металла и искры, поскольку подавляет пары и ультрафиолетовое излучение.
5. Электрошлаковая сварка (ESW). Вертикальный процесс, используемый для сварки толстых листов (более 25 мм) за один проход. Сварочная дуга при этом способе зажигания возбуждается ещё до того, как добавление флюса погасит её. В результате плавления флюса, когда расходные материалы для проволоки подаются в расплавленную ванну, на поверхности ванны образуется расплавленный шлак. Тепло, необходимое для плавления торцов сварочной проволоки и заготовки, генерируется за счет сопротивления расплавленного шлака прохождению электрического тока. Для предотвращения вытеканию расплавленного шлака, в конструкции предусматриваются два подвижных медных башмака, которые постоянно охлаждаются водой.

Ко второму типу относят сварку неплавящимся вольфрамовым электродом (TIG), который используется для возникновения дугового разряда. Защита сварного шва и ванны  состоит в применении защитного инертного газа (чаще – аргона).

Сварочная дуга может легко управляться, для этого достаточно ограничить размеры её поперечного сечения.

С этой целью можно применять, например, концентрированный поток любой рабочей среды, обладающий минимальными электроизоляционными свойствами (например, масло или керосин).  При условии контролируемого перемещения по поверхности такая сжатая дуга обладает особенностью высокопроизводительной размерной обработки металлов (см. рис.2).

Рисунок 2 – Размерная обработка металлов дуговым разрядом: 1 – Дуговой разряд; 2 – Поперечный поток рабочей среды; 3 —  Верхний электрод; 4 – Источник возбуждения дугового разряда; 5 – Гидропривод; 6 – Бак с рабочей средой; 7 – Нижний электрод

Строение и главные условия возбуждения разряда

В области разряда дуга представляет собой  проводник электрического тока, который протекает через ионизированный газовый столб. Для стабильного существования этого столба необходима весьма значительная разность потенциалов, при которой в зоне дугового разряда формируются две зоны — отрицательно заряженный катод и положительно заряженный анод. Полярность протекания тока при этом значения не имеет, поскольку разряд может возбуждаться и при  прямой, и при обратной полярности.

Для сварки и размерной обработки твёрдых сплавов используется преимущественно прямая полярность, а при размерной обработке металлов – обратная. Зависимость между током и напряжением называется вольт-амперной характеристикой  (ВАХ) сварочной дуги. У каждой модели сварочного аппарата характеристики ВАХ различны.

Строение предполагает, что между катодным и анодным пятном  располагается зона плазменного столба с повышенной яркостью, что обусловлено высокими скоростями перемещения электронов.

При сварке дуга не только обеспечивает тепло, необходимое для плавления электрода и основного металла, но — при определенных условиях – является средством транспортировки расплавленного металла от электрода к заготовке. Основных способов перемещения расплава может быть два:

• Механическое натяжение, когда преобладающая часть капель расплавленного металла касается ванны и втягивается в нее силами поверхностного натяжения;
• Электродинамические силы, когда выброс расплавленного металла происходит во время его выталкивания из сварочной ванны

При простом соединении холодного электрода с устройством, генерирующим большие токи, ионизированный канал отсутствует.  Тогда дуга зажигается плохо. Поджиг дуги в сварочных инверторах вызывается либо подачей начального напряжения, достаточно высокого, чтобы вызвать разряд, либо прикосновением электрода к заготовке для создания короткого замыкания.

Во втором случае говорят о явлении форсажа дуги, когда область контакта быстро и сильно нагревается. В результате инициируется поток ионизированного газа, после чего контакт ликвидируется, а  горение продолжается «естественным» образом.

Дуговая сварка может выполняться постоянным или переменным током. Выбор жёсткости схемы и её вида зависит от процесса, типа электрода, атмосферы дуги и свариваемого металла.

Как подобрать параметры для устойчивого горения

Четырьмя важными свойствами процесса являются: величина сварочного тока, зазор между электродами, напряжение рабочего и холостого циклов и скорость перемещения дуги. Эти параметры будут в значительной степени влиять на характеристики сварного шва.

Поскольку эти факторы могут варьироваться в широком диапазоне, они считаются основными настройками для любой сварочной операции. Пример использования ВАХ источника питания  представлен на рис. 4.

Сварочный ток определяется характеристиками источника питания и напрямую связан со скоростью подачи электрода/проволоки.  В нижнем диапазоне токов для каждого размера проволоки кривая является почти линейной.

Однако при более высоких сварочных токах, особенно с проволокой малого диаметра, кривая теряет линейность, что сопровождается повышенным расходом проволоки (особенно при длительной работе на больших токах).

Эксплуатационные характеристики приведены в таблице:

Статическая сварочная дуга при	Площадь пятна, м2	Плотность электрической мощности, Вт/м2	Градиент энергии по длине столба, Вт/м
-ручной дуговой сварке	До 10-6	До 1×1011	До 2,3×106
-сварке в среде защитного газа	До 10-7	До 1×1012	До 1,3×104
-автоматизированной сварке	До 10-7	До 1×1012	До 8,0×105

При увеличении зазора между электродами нагрев зоны столба увеличивается. Это имеет особое значение для процессов полуавтоматической или автоматической сварки, когда протяжённость участка контакта возрастает и дуга становится менее стабильной.

Настройка напряжения напрямую контролирует длину дуги. Кроме того, для условия устойчивого горения на любом заданном уровне сварочного тока требуется определенный диапазон.

Рисунок 4- Выбор требуемых значений тока и напряжения на сварочной дуге

Скорость перемещения дугового разряда обычно выражается в метрах в минуту. При управлении данным параметром следует учитывать следующее:

• По мере увеличения толщины материала скорость должна быть уменьшена;
• Для заданной толщины материала по мере увеличения сварочного тока увеличивается и скорость перемещения. Обратное также верно.

Виды сварочных дуг

Темы: Технология сварки.

По наиболее важным техническим признакам различают следующие основные группы сварочных дуг:

1	2	3	4	5	6	7
Дуги прямого действия	С плавящимися электродами	Дуги в парах металлов	Свободные дуги	Установившиеся дуги	Открытые дуги	Дуги постоянного тока
Дуги косвенного действия	С неплавящимися электродами	Дуги в газах	Сжатые дуги	Неустановившиеся дуги	Закрытые дуги	Дуги переменного тока

Входящие в группы виды сварочных дуг характеризуются следующими основными особенностями.

1. В дугах прямого действия подлежащие нагреву или плавлению металлы являются электродами разряда и им передается кинетическая и потенциальная энергия заряженных частиц. Поэтому электроды весьма интенсивно нагреваются и плавятся.

Дуги косвенного действия располагаются у поверхностей подлежащих нагреву или плавлению изделий. Электродами таких дуг служат стержни из графита или вольфрама, не соединенные электрически с изделиями. Нагрев и плавление изделий происходит лишь за счет кинетической энергии сталкивающихся с ними частиц газа. Обычно такой нагрев мало эффективен, поэтому дуги косвенного действия применяются в тех случаях, когда требуется сравнительно небольшая теплопередача от дуги к изделиям.

2. В дугах с плавящимися электродами оба электрода в процессе осуществления сварочного процесса расплавляются, поставляя металл в общую ванну. Если один из электродов, будучи тугоплавким — вольфрамовым или графитовым, не поставляет металл в общую ванну, то дуга называется дугой с неплавящимся электродом. При увеличении тока дуги тугоплавкий электрод также может расплавиться, поэтому разновидности дуг этой группы определяются не только материалом электродов, но и режимом их горения.

3. Большинство плавящихся электродов дуги интенсивно испаряется. Пары, двигаясь от электродов в виде струи, почти полностью оттесняют из области разряда другие газы. Поэтому пары электродов определяют основные свойства таких дуг, что и обусловило их название. Когда же используются слабо испаряющиеся вольфрамовые, графитовые или искусственно охлаждаемые водой медные электроды, состав газа разрядной области с достаточной точностью определяется ее атмосферой. Последнюю образуют л ибо защитные газы — аргон, гелий, водород, СO₂ и др., подаваемые в зону дуги для ограждения металла от воздействия воздуха, либо воздух при отсутствии такой защиты. Однако по мере увеличения тока слабо испаряющиеся электроды могут испаряться интенсивно, а «дуга в газах» может стать «дугой в парах», поэтому и в этой группе разновидности дуг также определяются их режимом.

4. Дуга считается свободной, если ее развитие в пространстве не ограничено до пределов, определяемых естественными свойствами дуги. При наличии таких ограничений дуга называется сжатой. Дугу сжимают, помещая ее в узких каналах и щелях, ограничивая размеры электродов, обдувая дугу струями газов или жидкостей и т. д.

5. Дуга считается установившейся, если длительность ее существования при заданных условиях заметно превышает время протекания в ней переходных процессов и параметры дуги уже не меняются во времени. Изменения силы тока, состава атмосферы, расстояния между электродами, положения в пространстве и т. д. характеризуют неустановившиеся дуги. Однако при сравнительно медленном изменении перечисленных факторов, когда каждому их мгновенному значению соответствуют параметры дуги, близкие к установившимся при этих мгновенных значениях, такими изменениями можно пренебречь и дуги считать установившимися. Таким образом разделение дуг анализируемой группы на два вида требует их тщательного изучения.

6. Дуга считается открытой, если вокруг нее отсутствуют преграды, кроме самих электродов, исключающие или затрудняющие циркуляцию газа в околодуговом пространстве, или задерживающие излучение дуги. В случае полного ограждения дуги от окружающего пространства она становится закрытой. Примером такой дуги является дуга под флюсом. Ее атмосфера состоит только из паров электродов и ограждения — флюса. Циркуляция газовых потоков в такой дуге ограничена, излучение дуги в пространство не проникает. Возможны полузакрытые дуги и т. д.

7. Для дуг постоянного тока характерны неизменность направления тока и, как правило, небольшие колебания его силы, обусловливаемые процессами в дуге.

В дугах переменного тока происходят непрерывные изменения направления и силы тока в соответствии с изменениями э. д. с. источника и процессами в дуге. Такие дуги угасают каждый раз при переходе тока через нуль и возобновляются снова в начале каждого полупериода питающего их переменного тока.

Реальные сварочные дуги характеризуются одновременно несколькими перечисленными особенностями.

Для примера на сравним дуги с плавящимися электродами в аргоне и углекислом газе и их типичную осциллограмму. На концах электродов при фотграфировании видны капли, меняющиеся, как показывают наблюдения, в объеме и по положению в пространстве. Периодически они перекрывают весь разрядный промежуток, вызывая короткое замыкание электродов и устранение разряда. При этом напряжение падает почти до нуля, а ток растет по законам, определяемым свойствами электрической цепи. Частота коротких замыканий и их длительность не постоянны После замыканий снова возбуждается дуга и т. д.

Получается, что сварочная дуга с плавящимися электродами является неустановившейся дугой как по длине разрядного промежутка, так по режиму питания и положению в пространстве. В рассматриваемом случае она, возможно, несколько сжата струями защитных газов и содержит в своем составе некоторую часть паров электродов и т. д. Естественно, что изучение таких дуг весьма затруднительно. При их описании и, тем более, изложении теории неизбежна некоторая схематизация и идеализация процессов и условий существования разряда.

• < Сварка потолочных швов
• Строение сварного соединения >

Виды сварочных дуг, их основные особенности

Краткая историческая справка

В предвоенные годы дуговая сварка начала развиваться на качественно новой основе. В 1939—1940 гг. в Институте электросварки АН УССР под руководством Б. О. Патона разработан метод автоматической сварки под флюсом. Он осуществляется с помощью электрической дуги, горящей под слоем специального вещества — флюса. Идея применения флюса для защиты разогретого металла от воздействия воздуха была предложена еще Н. Г. Славяновым. В современном виде этот способ усовершенствован благодаря фундаментальным исследованиям особенностей дуги под флюсом, условий формирования шва и металлургических процессов. Работами Б. Е. Патона и А. М, Макары [31] показано, что электрический процесс под флюсом представляет собой электрическую дугу, в то время как в американской литературе в 1942 г. утверждалось, что сварку под флюсом не следует смешивать с такими процессами, как ручная дуговая или автоматическая сварка открытой дугой.
Дуга под флюсом сильно погружается в металл, вызывая более глубокое его проплавление, интенсивнее плавит и присадочный материал, обеспечивая повышение производительности в 5— 20 раз по сравнению с ручной дуговой сваркой.
Трудами Б. Е. Патона, А. М. Макары, К. К. Хренова, И. В. Кирдо, И. И. Зарубы, Л. Н. Кушнарева, Н. Г. Остапенко, Б. И. Медовара, Д. М. Рабкина, Г. И. Лескова и др. [1, 2, 38] определены размеры газового пузыря под флюсом, в котором горит дуга, измерены распределение потенциала между электродами и температура столба, их зависимость от режима горения и состава флюсов и электродов, исследованы особенности плавления электродов и переноса металла, условия устойчивости и процессы повторного возбуждения после перехода переменного тока через нуль.
Дуга под флюсом горит под слоем достаточно тугоплавких и трудно испаряемых веществ специального состава, подбираемых по требованиям не только устойчивого горения дуги, но и обеспечения благоприятного течения металлургических процессов. Они содержат, как правило, и фтор-электроотрицательный элемент с большой энергией сродства к электрону, который существенно влияет на физические процессы в дуге, захватывая свободные электроны. Дуга проплавляет во флюсе полость, радиальные размеры которой в 2—3 раза превышают радиус столба дуги.
Как показали измерения, во всех дугах под флюсом напряженность поля столба выше, чем в открытых дугах, и составляет 32—43 В/см. Выше в них (кроме флюса АН-3) и сумма приэлектродных напряжений [20]. Это обусловливает более высокую концентрацию мощности в таких дугах и эффективное плавление ими свариваемых металлов и электродов.
Тепловой баланс дуги под флюсом (в) и балансы открытых дуг с угольным (а) и металлическим (б) электродами по измерениям И. В. Кирдо [2] приведены на рис. 1.4. Дуга под флюсом отличается наиболее высоким КПД.
Изучены и используются в сварочном производстве дуги в инертных газах — аргоне, гелии, в углекислом газе, дуга под водой и др. В настоящее время они классифицируются по следующим основным группам:

Рассмотренные дуги характеризуются прямым действием на электроды, поскольку им передается вся кинетическая и потенциальная энергия падающих на электроды заряженных частиц.

Дальнейшее развитие

В дугах косвенного действия электродами служат стержни из графита, вольфрама и других металлов, не соединенные электрически со свариваемыми изделиями. Нагрев и плавление изделий происходит лишь За счет кинетической энергии сталкивающихся с ними частиц газа. Такой нагрев мало эффективен, поэтому дуги косвенного действия имеют ограниченное применение.
Группа дуг с плавящимися электродами получила наибольшее распространение, поскольку оба электрода поставляют жидкий металл в общую сварочную ванну. Изменяя состав присадочного металла, можно легировать сварные швы и придавать им желательные свойства. В тех же случаях, когда необходимо сохранить состав металла шва близким к основному металлу и исключить попадание в шов присадки, один из электродов дуги выбирается неплавящимся. Чаще всего им является вольфрамовый стержень соответствующего диаметра. Ввиду высокой химической активности вольфрама для [обеспечения его долговечности и защиты ванны от воздействия воздуха сварку такими электродами ведут в среде инертных газов. Наиболее распространены дуги в аргоне, исследованные
А. Я. Бродским [5]. Им обнаружены сравнительно малый градиент напряжения в столбе дуги и катодное падение потенциала, изучено влияние расхода аргона, диаметра электрода и силы рока на характеристики дуги. Установлено, что наиболее сильный разогрев вольфрама наблюдается в случае его работы анодом дуги. Когда же он является катодом, разогрев уменьшается благодаря уносу значительной энергии термоэлектронами. Чтобы усилить этот процесс, в СССР разработаны вольфрамовые электроды с присадками некоторых редкоземельных металлов [35]. Наибольшее распространение получили электроды с 1—2% окислов лантана. Они позволили увеличить плотность мощности в дуге в 1,5—2 раза без Опасного перегрева электродов и добиться существенного повышения эффективности плавления свариваемых изделий.
Широкое применение в народном хозяйстве сплавов алюминия потребовало решения проблемы удаления окисных пленок с поверхности свариваемых кромок. Для этого изучены процессы взаимодействия ионов в катодном пятне дуги с поверхностью металлов. Обнаружена возможность катодного распыления тугоплавких окислов алюминия. Этот процесс был поставлен на службу производству применением дуг обратной полярности, дуг переменного тока.
В последние годы обнаружен и исследован процесс термического разрушения окислов алюминия, показано, что для его протекания в анодном пятне дуги [45] необходима концентрация мощности не менее 1,1 *104 Вт/см2. Она достигается при введении в аргон не менее 50% высокотеплопроводного гелия ИЛИ 15% водорода. Особенно интенсивно термическое разрушение проходит в чистых водороде и гелии.
Из дуг третьей группы особенно тщательно исследованы дуги в углекислом газе (С02). Они предложены и внедрены в практику сварки К. В. Любавским и Н. М. Новожиловым [27], А. Г. Потапьевским, И. И. Зарубой [16] и др. В отличие от инертных газов С02 обладает весьма высокой энергией диссоциации W=2,8*105 Дж/моль. Эта энергия отбирается от столба дуги и его установившееся состояние характеризуется малым диаметром столба и высокой плотностью тока в активных пятнах, превышающих ее значение в тонком металлическом электроде. В Институте электросварки разработан метод сварки в С02 с частыми короткими замыканиями дугового промежутка [16], обеспечивающий квазиустойчивый сварочный процесс. Дуга горит краткими вспышками, прерываемыми замыканиями дугового промежутка каплями жидкого металла. По своим свойствам она является типичным представителем неустановившихся дуг. Тщательными исследованиями процессов плавления электрода в таких условиях, сил, действующих на каплю во всех фазах ее роста, движения и смыкания с ванной удалось придать новому методу сварки устойчивость, надежность и широкое применение в промышленности.

Характеристики дуги

Дуга считается свободной (4 группа), если ее развитие в пространстве не ограничено в пределах, определяемых естественными свойствами дуги.
При наличии таких ограничений дуга называется сжатой. Дуги сжимают, помещая их в узкие каналы или щели, ограничивая размеры электродов, обдувая струями газов или жидкостей, с целью придания им новых свойств и достижения более эффективного воздействия па металлы.
В числе первых исследований дуг, столб которых размещен в цилиндрическом отверстии специального устройства — плазмотрона, продуваемого газом, были работы, выполненные Д. А. Дудко, С. П. Лакизой [15]. Схема плазмотрона приведена на рис. 1.5. Дуга возбуждается между вольфрамовым или медным с циркониевой вставкой катодом 1 и свариваемым или разрезаемым изделием — анодом 4. Катод помещен внутри корпуса плазмотрона 2 с отверстием, через которое продувается плазмообразующий газ и в котором размещается столб дуги 3. Диаметр этого отверстия — сопла выбирается в зависимости от тока дуги таким, чтобы он был несколько меньше «свободного» диаметра столба. Таким путем дуга несколько сжимается и в ней растет концентрация мощности. Стенки сопла охлаждаются водой. Продуваемый через него газ сильно нагревается, ионизируется и отдает обрабатываемому изделию свою энергию в дополнение к выделяющейся в активном пятне. Эффективность его нагрева и плавления повышается. Струя газа, как отмечено выше, создает динамический напор на сварочную ванну, вызывая увеличение ее глубины. Наиболее широко применяются дуговые плазменные струи для резки металлов. При использовании дешевого плазмообразующего газа — воздуха — вольфрамовые катоды плазмотронов быстро выходят из строя. Более стоек в этих случаях циркониевый катод, на поверхности которого образуется стойкая пленка окисла, предохраняющая его от разрушения и улучшающая эмиссионные свойства.
Анодное пятно сжатой дуги, как показала скоростная киносъемка процесса резки, располагается на торцовой стенке реза и перемещается по ней с большой скоростью, расплавляя эту стенку энергией, поступающей через активное пятно. Кроме того, стенки реза получают 10—50% тепловой мощности плазменной струи. Общий КПД нагрева металла плазменной струей достигает 80%. Такие струи используются также для наплавки и нанесения покрытий.
Большую работу по созданию плазмотронов, исследованию дуги в них и практическому применению для плазменной сварки и резки провели Д. Г. Быховский [7], К. В. Васильев [10], В. С. Гвоздецкий [11], Э. М. Эсибян [44], Д. И. Вайнбом [9], В. В. Горский [13] и др. Плазма под действием напора струи погружается в свариваемый металл и повышает глубину проплавлепия.
К закрытым дугам, кроме описанной выше дуги под флюсом, относится дуга под водой. Ее исследования стимулировались потребностями подъема и ремонта судов, прокладки речных и морских коммуникаций, а в последние годы освоением морского шельфа. Первые исследования дуги под водой выполнены К. К. Хреновым [43]. Они продолжаются и теперь в ИЭС им. Е. О. Патона.
Когда возбуждается дуга, вокруг нее образуется газовый пузырь, быстро приобретающий форму, близкую к полусфере с основанием, лежащим на свариваемом изделии. Когда размер пузыря достигает критического, он разрушается. При этом всплывает основная часть его объема (80—90%). Остаток служит основой для последующего развития пузыря до критических размеров, всплывания н т. д. Время цикла развития и разрушения пузыря 0,08—0,1 с при токе дуги 150—250 А.

Рис .1.5

Опыты по отбору газа из пузыря показали, что в нем содержится около 75% водорода, 14% окиси углерода, 4% углекислого газа, 2% кислорода. Высокая теплопроводность водорода, как отмечено выше, определяет значения остаточной плазмы и термоэлектронной эмиссии электродов. Показано, что несмотря на малую величину такой эмиссии, повторные возбуждения дуги происходят в результате разогрева межэлектродного газа ее током. Чем больше ток эмиссии, тем меньше напряжение повторного возбуждения дуги.

Выводы

На этой основе разработаны электроды, обеспечивающие интенсивные остаточные термоэлектрические явления в дуговом промежутке и устойчивые повторные возбуждения дуги. Найдены также критерии оценки динамических свойств трансформаторов, питающих сварочные дуги.
В СССР работами Г. П. Михайлова[23] исследованы и применены трехфазные дуги, горящие между тремя электродами, одним из которых является свариваемое изделие. Последовательность и длительность горения каждой из них зависят от чередования фаз.

Подобные статьи

Сварочная дуга. Виды сварочных дуг.

Ответы

1.Сваркой называется процесс получения неразъемных соединений между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании. В зависимости от условий, при которых осуществляется сваривание металла, различают сварку плавлением и сварку давлением. Сущность сварки плавлением состоит в том, что металл по кромкам свариваемых деталей подвергается плавлению от нагрева сильным концентрированным источником тепла: электрической дугой, газовым пламенем, химической реакцией, расплавленным шлаком. Во всех этих случаях образующийся от нагрева жидкий металл одной кромки самопроизвольно соединяется с жидким металлом другой кромки. Создается общий объем жидкого металла, который называется сварочной ванной. После застывания металла сварочной ванны получается металл шва. Металл шва может образоваться только за счет переплавления металла по кромкам или дополнительного присадочного металла, введенного в сварочную ванну.

Зона частично оплавившихся зерен металла на границе кромки свариваемой детали и шва называется зоной плавления. При этом металл шва тесно соприкасается с металлом свариваемых частей, а загрязнения, находившиеся на поверхностях свариваемых частей, всплывают наружу, образуя шлак.

Сущность сварки давлением состоит в пластическом деформировании металла в месте соединения под действием силы.

Процесс сварки делят на три класса: термический, термомеханический и механический. Термический класс объединяет виды сварки, осуществляемые плавлением металла. Термомеханический класс включает виды сварки, осуществляемые давлением с использованием тепловой энергии. К механическому классу относятся виды сварки, выполняемые давлением с дополнительной механической энергией.

2. Электродом для дуговой сварки называют металлический или неметаллический стержень, предназначенный для подвода тока к сварочной дуге. Для ручной дуговой сварки электроды представляют собой стержни круглого сечения различной длины и диаметра. Для полуавтоматической и автоматической дуговой сварки в качестве электрода применяют сварочную, порошковую и самозащитную проволоку.

Электроды подразделяются на плавящиеся (из стали, чугуна, алюминия, меди и их сплавов и др.) и неплавящиеся. Неплавящиеся электроды изготовляют из технического вольфрама и его сплавов, угля и графита.Стальной покрытый электрод представляет собой определенных размеров стержень, на поверхность которого опрессовкой или окунанием нанесено специальное покрытие. Стальные покрытые электроды для ручной дуговой сварки и наплавки подразделяются по назначению: для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву до 60 кгс/мм², обозначаются — У; для сварки легированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву свыше 60 кгс/мм² — Л; для сварки легированных теплоустойчивых сталей — Т; для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами — В; для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами — Н.

По толщине покрытия:с тонким покрытием – М; со средним покрытием – С; с толстым покрытием – Д; с особо толстым покрытием- Г

Электродные покрытия по виду составов подразделяются на кислые (A), рутиловые (P), основные (Б), целлюлозные (Ц) и прочие (П).

А- Кислые покрытия (АНО-2, СМ-5 и др.) Эти электроды обладают высокой токсичностью из-за содержания оксида марганца, но при этом отличаются технологичностью.

Р-Рутиловые покрытия (АНО-3, АНО-4, ОЗС-3, ОЗС-4, ОЗС-6, МР-3, МР-4 и др.) Рутиловые покрытия при сварке менее вредны для дыхательных органов сварщика, чем другие. При сварке металла такими электродами толщина шлака на сварном шве небольшая и жидкий шлак быстро твердеет, это позволяет использовать эти эл-ды для выполнения швов в любом пространственном положении.

Ц-Целлюлозные покрытия (ВСД-1, ВСЦ-2, ОЗЦ-1 и др.) Эл-ды с таким покрытием можно использовать для выполнения сварки в любом пространственном положении, преимущественно для сварки малой толщины. Недостатком является пониженная пластичность сварного шва.

Б- Основные покрытия (УОНИИ-13/45, УП-1/45, ОЗС-2, ДСК-50 и др.) не содержат окислов железа и марганца. При сварки эл-дами с этим покрытием, получается сварной шов с высокой пластичностью. Данные электроды используются для сварки ответственных сварных конструкций.

 

3.

Электроды типа Э46А по ГОСТ 9467-75,где 46-указывает временное сопротивление металлу шва (кгс/мм2), А- указывает на повышенную пластичность и вязкость металла шва, марки УОНИИ-13/45, диаметром 3,0 мм, для сварки углеродистых и низколегированных сталей- У, с толстым покрытием -Д, с установленной по ГОСТ 9467-75 группой индексов, указывающих характеристики наплавленного металла и металла шва, 43 2(5), с основным покрытием -Б, для сварки во всех пространственных положениях -1, на постоянном токе обратной полярности 0.

 

Билет №2

1. Сварные соединения ( виды, определения, достоинства, недостатки)

2. Колебательные движения электрода, их назначение и виды.

3. Задача. Для сварки дан металл толщиной 8 мм. Объясните ваши действия по подготовке кромок металла к сварке.

Ответы

1. Сварные соединения (виды, определение, достоинства, недостатки, применение).
Сварным соединением называют неразъемное соединение нескольких деталей, выполненное сваркой.
При сварке различают четыре вида соединений: стыковое, угловое, тавровое, нахлесточное.
Стыковое соединение имеет ряд преимуществ:
• неограниченная толщина свариваемых элементов;
• равномерное распределение напряжений при передаче усилий;
• минимальный расход металла на образование сварного соединения;
• удобство контроля качества шва.
Недостатки стыкового соединения: необходимость более точной сборки элементов под сварку.
Угловые и тавровые соединения используются при сварке балок, ферм, увеличивая жесткость конструкции. Они могут быть как односторонними, так и двусторонними. Угловые и тавровые двусторонние швы обладают высокой прочностью при статических нагрузках.

Нахлесточное соединение– это соединение выполненное внахлест.
Нахлесточное соединение имеет преимущества перед другими соединениями:
• отсутствие скоса кромок под сварку;
• простота сборки соединения (возможность подгонки размеров за счет величины нахлестки).
Недостатки:
• повышенный расход основного металла на перекрытие в соединении. Нахлесточные соединения применяются для металла толщиной не более 6 мм. Величина нахлестки (перекрытия) должна быть не менее 3 толщин наиболее тонкого из свариваемых элементов. При сварке толщина нахлесточного соединения не должна превышать 12 мм;
• хуже работают на нагрузку;
• возможность проникновения влаги в щель между перекрытием;
• сложность определения дефектов сварки.

2. Колебательные движения электродов (назначение, разновидности).
Для образования сварного шва электроду придается сложное движение в трех направлениях.
Первое движение — это поступательное движение электрода по направлению его оси. Оно производится со скоростью плавления электрода и обеспечивает поддержание определенной длины дуги.
Второе движение электрода направлено вдоль оси шва и производится со скоростью сварки.
В результате этих двух движений образуется узкий, шириной не более 1,5 диаметров электрода, так называемый ниточный шов. Такой шов применяется при сварке тонкого металла, а также при наложении первого шва при многослойной (многопроходной) сварке.
Третье движение — это колебание конца электрода поперек шва, которое необходимо для образования валика определенной ширины, хорошего провара кромок и замедления остывания сварочной ванны. Колебательные движения электрода поперек шва (рис. 12) могут быть различными и определяются формой, размером и положением шва в пространстве.

 

Рис. 12. Колебательные движения электрода поперек шва:
1,2,3 — для равномерного прогрева сварочной ванны; 4 — для усиленного прогрева корня шва; 5,6 — для усиленного прогрева кромок

3. Задача. Для сварки дан металл толщиной 8 мм. Объясните ваши действия по подготовке кромок металла к сварке.

В зависимости от толщины свариваемого металла сварка изделия может идти как с разделкой кромок, так и без. Разделка кромок металла начинается с толщины 5 мм, и она необходима для наилучшего провара металла на всю его толщину. В данном случае разделку осуществляют V-образную, хотя возможны и другие виды разделки (в зависимости от толщины металла и вида конструкции). После разделки зачищают кромки стыкуемых элементов, а также прилегающие к ним поверхности на длине 15-20 мм, очищают от масла, окалины, ржавчины и грязи, так как от состояния поверхности свариваемых изделий зависит качество сварного шва. Делают это стальной металлической щеткой

 

 

Билет № 3

 

Сварочная дуга. Виды сварочных дуг.

Читайте также:

Рекомендуемые страницы:

Поиск по сайту

видов сварки | Дуговая сварка, приварка шпилек, контактная сварка Руководство

Существует множество видов сварки , которые мы используем для соединения металлов, некоторые современные, а некоторые древние по их созданию. От кузнечной сварки молотками в средние века до открытия угольной дуговой сварки в 1800-х годах до более современных видов сварки, таких как дуговая сварка, контактная сварка, сварка твердым телом и приварка шпилек, было много достижения в этой области.

Типы сварки

Прочтите, чтобы узнать больше о многих типах сварки, а также о том, как они различаются по функциям и областям применения, в нашем вводном руководстве:

Дуговая сварка

Дуговая сварка — один из самых известных типов сварки. сварка.Дуговые процессы включают использование концентрированного тепла электрической дуги для соединения металлических материалов. Эти процессы можно разделить на две категории: методы с плавящимся электродом и методы с использованием неплавящегося электрода. Это различие определяет, включает ли процесс плавление электрода и его превращение в часть сварного соединения или не плавление, а только в качестве проводника дуги.

Еще одна переменная в дуговой сварке — это использование тока; для некоторых методов требуется определенный тип тока, тогда как другие более универсальны.Кроме того, для некоторых процессов дуговой сварки требуется защитный газ, а для других — нет. Узнайте больше о некоторых наиболее распространенных типах дуговой сварки:

Дуговая сварка экранированным металлом (сварка палкой)

Дуговая сварка экранированных металлов (неофициально известная как сварка электродом), разработанная в 1950-х годах, использует расходные детали с флюсовым покрытием. электрод с источником питания переменного или постоянного тока для создания электрической дуги между материалом электрода и заготовкой. Дуга плавит деталь и электрод в ванну расплава, которая при охлаждении образует соединение.Этот тип сварки также называют дуговой сваркой под защитным флюсом, поскольку флюсовое покрытие электрода распадается на защитный газ во время нагрева.

Газовая дуговая сварка металла (MIG Welding)

Газовая дуговая сварка металла также создает электрическую дугу, но между плавящимся проволочным электродом и материалами заготовки. Сварочная горелка пропускает через электрод и защитный газ для защиты от загрязнений. В результате заготовка плавится и материалы соединяются. Подтипами газовой дуговой сварки металла являются сварка MIG (металл в инертном газе) и MAG (металл в активном газе).Первоначально этот процесс был разработан для цветных металлов, таких как алюминий, но в конечном итоге стал наиболее распространенным процессом для ряда материалов, включая сталь.

Дуговая сварка порошковой проволокой — это процесс, аналогичный сварке MIG, но, как правило, вместо защитного газа используется полая электродная проволока с флюсом.

Газовая дуговая сварка вольфрамом (TIG-сварка)

Этот процесс сварки широко известен как сварка TIG (TIG — вольфрам в инертном газе).Для газовой вольфрамовой дуговой сварки требуется неплавящийся вольфрамовый электрод, источник постоянного тока и инертный защитный газ для создания плазменной дуги (которая состоит из паров металла и сильно ионизированного газа). Этот процесс обеспечивает больший контроль оператора, чем сварка палкой или MIG, что делает его пригодным для сварки тонких секций нержавеющей стали и цветных металлов. С другой стороны, это более медленная и технически сложная процедура.

Плазменно-дуговая сварка — это родственный тип сварки, но в этом случае плазменная дуга отделяется от защитного газа путем помещения в корпус сварочной горелки, выходящего с более высокой скоростью через медное сопло.

Дуговая сварка под флюсом

Дуговая сварка под флюсом создает электрическую дугу под слоем порошкового флюса, который обеспечивает защитные газы и шлак, а также легирующие элементы для ванны расплава. Слой флюса значительно снижает потери тепла и работает как автоматизированный или полуавтоматический процесс. Бункер перерабатывает излишки флюса, а слои шлака удаляются после сварки.

Электрошлаковая сварка

В этом процессе проволока подается в зону сварки и в электрическую дугу добавляется флюс, пока расплавленный шлак не достигнет кончика электрода и не погаснет дугу.Операторы электрошлаковой сварки используют источник постоянного тока и обычно работают с толстыми материалами заготовок, такими как пластины из низкоуглеродистой стали и алюминиевые шины. Электрогазовая сварка — это процесс, аналогичный электрошлаковой сварке, но дуга сохраняется на протяжении всей процедуры.

Сварка атомарным водородом

Сварка атомарным водородом (также известная как дуговая атомная сварка), разработанная в 1926 году Ирвингом Ленгмюром, создает дугу между двумя вольфрамовыми электродами с водородом в качестве защитного газа.Возникающая дуга сохраняется независимо от заготовки. Хотя сегодня сварка MIG редко используется для большинства применений, поскольку MIG-сварка стала предпочтительным процессом, сварка атомарным водородом оказалась бесценной для сварки подъемных цепей.

Углеродная сварка

Дуговая сварка началась с процесса сварки угольной дугой, который был запатентован в 1881 году. При этом методе между угольным электродом и заготовкой образуется электрическая дуга. Двухуглеродная дуговая сварка — это создание дуги между двумя угольными электродами.Во время процесса вырабатывается много тепла и очень яркий свет, тогда как более современные методы намного безопаснее и удобнее для сварщиков.

Сварка сопротивлением

Процессы контактной сварки включают приложение силы и пропускание тока через металлические детали для нагрева и плавления в областях, заданных электродами и / или деталями. Известные типы сварки сопротивлением включают:

Точечная сварка

Сварщики используют точечную сварку для соединения листов металла внахлест в проектах, где прочность и долговечность не являются насущными проблемами.Медные электроды с силой удерживают детали вместе, а электрический ток нагревает их до температуры сварки. Этот процесс более экономичен, чем большинство методов дуговой сварки. Однако он имеет меньше применений и имеет тенденцию к упрочнению и деформации материалов заготовки. В этом руководстве мы рассмотрим различия между точечной сваркой и приваркой шпилек.

Сварка с выступом

В качестве модификации точечной сварки сварка с выступом включает локальный нагрев и сварку выступающих частей (выступов) на одной или нескольких заготовках.

Стыковая сварка

Стыковая сварка соединяет вместе толстые металлические прутки или пластины путем зажима электродов к заготовкам и приложения противоположных сил. Нагрев происходит, но плавления часто нет, образуя твердый сварной шов.

Шовная сварка

Этот тип контактной сварки позволяет соединять листовые металлы в швах за счет приложения противоположных сил с помощью электродных колес. Вращающиеся колеса работают, чтобы локализовать ток и выделяемое тепло.

Сварка оплавлением

При сварке оплавлением материалы заготовки размещаются на заданном расстоянии друг от друга, и подается ток, создавая сопротивление в зазоре между материалами и дугу для плавления.По достижении правильной температуры две детали прессуются и склеиваются.

Кислородно-ацетиленовая сварка

В США также известна как кислородно-топливная сварка, кислородная сварка и газовая сварка. В кислородно-ацетиленовой сварке с горелкой используются горючие газы и чистый кислород для повышения температуры пламени для локального плавления детали. Инженеры Эдмон Фуше и Шарль Пикард разработали метод кислородно-ацетиленовой сварки в 1903 году, и с тех пор он в значительной степени устарел из-за процессов дуговой сварки.Тем не менее, этот процесс все еще популярен для художественных работ и домашнего использования.

Сварка в твердом состоянии

Сварка в твердом состоянии характеризуется использованием температур ниже точек плавления основных материалов. В отличие от контактной сварки, она не всегда требует давления. В зависимости от используемого процесса сварка в твердом состоянии может длиться от миллисекунд до часов. Существует много типов сварки в твердом состоянии, в том числе:

• Кузнечная сварка : детали из низкоуглеродистой стали нагреваются и скалываются.
• Холодная сварка : при высоком давлении при комнатной температуре коалесцирует очень чистые металлы.
• Сварка горячим давлением : нагрев и давление макродеформируют основной материал.
• Сварка валков : валки вызывают тепловую деформацию и деформацию под давлением (вместо молотков).
• Сварка трением : механическое скользящее движение притирает материалы друг к другу.
• Ультразвуковая сварка : преобразователь излучает высокочастотные колебания для соединения материалов.
• Магнитно-импульсная сварка : магнитные силы сваривают детали вместе.
• Сварка взрывом : управляемая детонация соединяет вместе быстро движущиеся части.
• Диффузионная сварка : соединение тугоплавких металлов без изменения их металлургических свойств.

Электронно-лучевая сварка

Электронно-лучевая сварка использует пучок высокоскоростных электронов в условиях вакуума для создания прочных сварных швов.Электроны трансформируются из кинетической энергии в тепло, когда они ударяются о материалы заготовки, плавя их вместе.

Лазерная сварка

В процессе лазерной сварки используется высококонцентрированный лазерный источник тепла для узких и глубоких швов. Сварщики могут использовать непрерывный или импульсный лазерный луч, первый для глубоких сварных швов, а второй для тонких материалов.

Приварка шпилек

Приварка шпилек — это специализированный и высокоэффективный метод соединения шпилек и других крепежных деталей с листовым металлом.Этот тип сварки позволяет избежать ошибок, присущих многим другим процессам соединения шпилек, таких как ослабление заготовки, ослабление шпильки, растрескивание и образование пятен. Сварка шпилек выполняется быстро и обеспечивает прочную сварку без обратной маркировки или отверстий. Типы приварки шпилек включают:

Приварка шпилек с разрядом конденсатора

Конденсаторы заряжаются до заданного напряжения в зависимости от сварочного диаметра. Шпилька соприкасается с листом, а затем конденсаторы запускают свою энергию, чтобы произвести дугу и расплавить трубку.Возвратное давление выковывает стержень к расплавленной поверхности листа для полного сплавления. Приварка шпилек CD очень рентабельна и идеально подходит для обработки тонких материалов. Однако поверхность листа должна быть чистой и ровной.

Сварка шпилек по вытяжной дуге

В процессе дуговой сварки запускается вспомогательная дуга, когда шпилька поднимается на заданную высоту. Дуга плавит сварной конец шпильки, образуя ванну расплава. Возвратное давление выковывает шпильку в бассейн, а прилагаемая манжета формирует галтель.Приварка шпилек DA — лучший способ крепления шпилек к более толстым материалам от 0,7 мм и более, так как при этом получаются прочные сварные швы. Он дороже, чем компакт-диск, и требует использования наконечников, но допускает неровные поверхности и дефекты.

Приварка шпилек коротким циклом

Процесс короткого цикла имеет сходство с приваркой шпилек CD и DA. Подобно привариванию шпилек CD, при сварке шпилек с коротким циклом не требуются кабельные наконечники и могут использоваться те же шпильки; Как и приварка шпилек DA, метод SC более устойчив к неровным и грязным поверхностям.Однако он обеспечивает более глубокие сварные швы, чем CD, и стоит меньше, чем DA.

Taylor Studwelding — ведущий производитель и поставщик машин для приварки шпилек, которые могут выполнять сварочные процессы типа CD, DA и SC. Мы тщательно протестировали все наше оборудование, чтобы обеспечить самые прочные и эффективные сварные швы на различных металлах. Для получения дополнительной информации просмотрите наши машины в Интернете, прочтите наше полное руководство по приварке шпилек или свяжитесь с нами, чтобы узнать, что сварка шпилек может сделать для вас.

.

Типы сварки

Газовая сварка

Газовая сварка выполняется путем нагрева концов или кромок металлических деталей до расплавленного состояния с помощью высокотемпературного пламени. Кислородно-ацетиленовое пламя с температурой около 6300 ° по Фаренгейту (F) создается горелкой, сжигающей ацетилен и смешивающей его с чистым кислородом. При сварке алюминия вместо ацетилена можно использовать водород, но тепловая мощность снижается примерно до 4800 ° F. Газовая сварка была методом, наиболее часто используемым при производстве авиационных материалов толщиной менее 3⁄16 дюйма до середины 1950-х годов, когда она была заменена электросваркой по экономическим (а не техническим) причинам.Газовая сварка продолжает оставаться очень популярным и проверенным методом ремонтных работ.

Практически вся газовая сварка при производстве самолетов выполняется с помощью оборудования для кислородно-ацетиленовой сварки, состоящего из:

• Два баллона, ацетилен и кислород.
• Регуляторы давления ацетилена и кислорода и манометры в баллонах.
• Две длины цветного шланга (красный для ацетилена и зеленый для кислорода) с переходными соединениями для регуляторов и горелки.
• Сварочная горелка с внутренней смесительной головкой, наконечниками различных размеров и шланговыми соединениями.
• Сварочные очки с линзами соответствующего цвета.
• Кремневая или искровая зажигалка.
• При необходимости специальный ключ для клапана баллона с ацетиленом.
• Огнетушитель соответствующего класса.

Оборудование может быть стационарно установлено в цехе, но большинство сварочного оборудования переносного типа. [Рисунок 5-1] Рисунок 5-1. Аппарат переносной ацетилено-кислородной сварки.

Электродуговая сварка

Электродуговая сварка широко используется в авиационной промышленности как при производстве, так и при ремонте самолетов.Его можно удовлетворительно использовать для соединения всех свариваемых металлов при условии использования надлежащих процессов и материалов. Четыре типа электродуговой сварки рассматриваются в следующих параграфах.

Дуговая сварка защищенным металлом (SMAW)

Дуговая сварка защищенным металлом (SMAW) является наиболее распространенным типом сварки и обычно называется сваркой «палкой». Оборудование состоит из металлической катанки, покрытой сварочным флюсом, которая зажата в держателе электрода, который подключен тяжелым электрическим кабелем к низкому напряжению и сильному току переменного (AC) или постоянного (DC) тока, в зависимости от от типа выполняемой сварки.Между стержнем и изделием зажигается дуга, в результате чего выделяется тепло, превышающее 10 000 ° F, в результате чего плавятся и материал, и стержень. Сварочная схема состоит из сварочного аппарата, двух выводов, электрододержателя, электрода и свариваемого изделия. [Рисунок 5-2] Рисунок 5-2. Типовая схема дуговой сварки. [щелкните изображение, чтобы увеличить] Когда электрод касается свариваемого металла, цепь замыкается, и ток течет. Затем электрод вынимают из металла примерно на 1⁄4 дюйма, чтобы образовался воздушный зазор между металлом и электродом.Если поддерживается правильный зазор, ток перекрывает зазор, образуя устойчивую электрическую искру, называемую дугой. Это действие плавит электрод и покрытие из флюса.

Когда флюс плавится, он выделяет инертный газ, который защищает расплавленную лужу от кислорода воздуха, чтобы предотвратить окисление. Расплавленный флюс покрывает сварной шов и затвердевает до герметичного шлака, который защищает сварной шов при его охлаждении. Некоторые производители самолетов, такие как Stinson, использовали этот процесс для сварки 4130 стальных конструкций фюзеляжа.После этого была проведена термообработка в печи для снятия напряжений и нормализации структуры. На Рис. 5-3 показан типичный аппарат для дуговой сварки с кабелями, зажимом заземления и электрододержателем.

Рисунок 5-3. Сварочный аппарат для дуговой сварки экранированных металлов (SMAW).

Дуговая сварка металла в газе (GMAW)

Дуговая сварка металла в газе (GMAW) раньше называлась сваркой в ​​среде инертного газа (MIG). Это улучшение по сравнению со сваркой штучной сваркой, поскольку проволочный электрод без покрытия подается в горелку и проходит через нее, а инертный газ, такой как аргон, гелий или углекислый газ, выходит вокруг проволоки, чтобы защитить лужу от кислорода.Источник питания подключен к горелке и изделию, и дуга производит сильное тепло, необходимое для плавления изделия и электрода. [Рисунок 5-4] Рисунок 5-4. Процесс сварки металлов в среде инертного газа (MIG). [щелкните изображение, чтобы увеличить]

Низковольтная сильноточная сварка постоянного тока обычно используется при сварке GMAW. На Рис. 5-5 показано оборудование, необходимое для типичной сварочной установки MIG.

Рисунок 5-5. Сварочное оборудование MIG. [щелкните изображение, чтобы увеличить] Этот метод сварки может использоваться для больших объемов производства и производственных работ; он не подходит для ремонтных работ, поскольку качество сварного шва невозможно легко определить без разрушающего контроля.На Рис. 5-6 показан типичный источник питания, используемый для сварки MIG. Рисунок 5-6. Сварщик МИГ — аппарат для дуговой сварки металла (GMAW).

Газовая дуговая сварка вольфрамом (GTAW)

Газовая дуговая сварка вольфрамом (GTAW) — это метод электродуговой сварки, который удовлетворяет большинство потребностей при техническом обслуживании и ремонте самолетов при использовании надлежащих процедур и материалов. Это предпочтительный метод для обработки нержавеющей стали, магния и большинства форм толстого алюминия. Это более широко известно как сварка вольфрамовым инертным газом (TIG) и под торговыми названиями Heliarc или Heliweld.Эти названия произошли от первоначально использовавшегося инертного газа гелия.

В первых двух рассмотренных методах электродуговой сварки использовался плавящийся электрод, который создавал присадку для сварного шва. При сварке TIG электрод представляет собой вольфрамовый стержень, который образует путь для дуги высокой силы тока между ним и работой по плавлению металла при температуре более 5400 ° F. Электрод не расходуется и используется в качестве наполнителя, поэтому присадочный стержень вручную подается в ванну с расплавом почти так же, как при использовании кислородно-ацетиленовой горелки.Струя инертного газа, такого как аргон или гелий, протекает вокруг электрода и охватывает дугу, предотвращая образование оксидов в расплавленной ванне. [Рисунок 5-7] Рисунок 5-7. Процесс сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа (TIG).

Универсальность сварочного аппарата TIG повышается за счет выбора используемого источника питания. Может использоваться постоянный ток любой полярности или переменный ток. [Рисунок 5-8]

• Либо выберите настройку сварщика на прямую полярность постоянного тока (работа будет положительной, а горелка — отрицательной) при сварке низкоуглеродистой стали, нержавеющей стали и титана; или
• Выберите переменный ток для сварки алюминия и магния.

Рисунок 5-8. Типовая установка для сварки TIG. [щелкните изображение, чтобы увеличить] Рисунок 5-9 представляет собой типичный источник питания для сварки TIG вместе с горелкой, ножным регулятором тока, регулятором инертного газа и различными силовыми кабелями. Рисунок 5-9. Сварщик TIG – сварщик вольфрамовой дуговой сварки (GTAW).

Контактная сварка

Контактная контактная сварка, точечная или шовная сварка, как правило, используется для соединения деталей из тонкого листового металла в процессе производства.

Точечная сварка

Два медных электрода удерживаются в губках аппарата для точечной сварки, а свариваемый материал зажимается между ними. Прикладывается давление, чтобы электроды плотно прижимались друг к другу, и электрический ток течет через электроды и материал. Сопротивление свариваемого материала настолько выше, чем у медных электродов, что выделяется достаточно тепла, чтобы расплавить металл. Давление на электроды заставляет расплавленные пятна на двух кусках металла объединиться, и это давление сохраняется после того, как ток перестанет течь достаточно долго, чтобы металл затвердел.Сила тока, давление и время выдержки тщательно контролируются и подбираются в зависимости от типа материала и толщины для получения правильных точечных швов. [Рисунок 5-10] Рисунок 5-10. Точечная сварка тонкого листового металла.

Шовная сварка

Вместо того, чтобы снимать электроды и перемещать материал для образования серии точечных сварных швов, сварочный аппарат используется для изготовления топливных баков и других компонентов, где требуется непрерывная сварка. Два медных колеса заменяют стержневые электроды.Свариваемый металл перемещается между ними, и электрические импульсы создают пятна расплавленного металла, которые перекрываются, образуя непрерывный шов.

Плазменно-дуговая сварка (PAW)

Плазменная дуговая сварка (PAW) была разработана в 1964 году как метод повышения контроля над процессом дуговой сварки. PAW обеспечивает продвинутый уровень контроля и точности с использованием автоматизированного оборудования для получения высококачественных сварных швов в миниатюрных и точных приложениях. Кроме того, PAW одинаково подходит для ручного управления и может выполняться человеком, обладающим навыками, аналогичными навыкам GTAW.

В горелке для плазменной сварки неплавящийся вольфрамовый электрод расположен внутри медного сопла с мелким отверстием. Между электродом горелки и наконечником сопла зажигается вспомогательная дуга. Затем эта дуга переносится на свариваемый металл. [Рисунок 5-11] Рисунок 5-11. Процесс плазменной сварки.

Путем нагнетания плазменного газа и дуги через суженное отверстие резак передает высокую концентрацию тепла на небольшую площадь. Плазменный процесс позволяет получать сварные швы исключительно высокого качества.[Рисунок 5-12.] Рисунок 5-12. Плазменная дуга.

Плазменный газ — это обычно аргон. В горелке также используется вторичный газ, такой как аргон / гелий или аргон / азот, который помогает защитить расплавленную сварочную ванну и минимизировать окисление сварного шва.

Как и GTAW, процесс PAW может использоваться для сварки большинства промышленных металлов, а также для сварки металлов различной толщины. На тонких материалах, от фольги до 1⁄8 дюйма, процесс желателен из-за низкого тепловложения. Процесс обеспечивает относительно постоянный подвод тепла, поскольку изменение длины дуги не очень критично.При толщине материала более 1⁄8 дюйма и использовании автоматизированного оборудования часто используется метод замочной скважины для выполнения однопроходных сварных швов с полным проплавлением. В технике замочной скважины плазма полностью проникает в заготовку. Расплавленный металл шва течет к задней части замочной скважины и затвердевает по мере продвижения горелки. Полученные высококачественные сварные швы характеризуются глубоким узким проваром и небольшой поверхностью шва.

Когда PAW выполняется вручную, процесс требует высоких навыков сварки, аналогичных тем, которые требуются для GTAW.Однако оборудование более сложное и требует высоких знаний для настройки и использования. Оборудование, необходимое для плазменно-дуговой сварки, включает сварочный аппарат, специальную систему управления плазменной дугой, горелку для плазменной сварки (с водяным охлаждением), источник плазмы и защитный газ, а также при необходимости присадочный материал. Из-за стоимости, связанной с этим оборудованием, этот процесс очень ограничен за пределами производственных мощностей.

Плазменно-дуговая резка

Когда используется плазменный резак, обычно используется сжатый воздух.Машина для плазменной резки сжимает электрическую дугу в сопле и пропускает через нее ионизированный газ. Это нагревает газ, плавящий металл, который уносится давлением воздуха. Увеличивая давление воздуха и усиливая дугу с более высоким напряжением, резак способен обрабатывать более толстые металлы и сдувать шлак с минимальной очисткой.

Плазменно-дуговые системы могут резать все электропроводящие металлы, включая алюминий и нержавеющую сталь. Эти два металла нельзя разрезать с помощью кислородно-топливных систем резки, поскольку они имеют оксидный слой, предотвращающий окисление.Плазменная резка хорошо работает с тонкими металлами и позволяет резать латунь и медь толщиной более двух дюймов.

Машины для плазменной резки могут быстро и точно разрезать, долбить или протыкать любой электропроводящий металл без предварительного нагрева. Плазменный резак обеспечивает точную ширину пропила (резки) и небольшую зону термического влияния (HAZ), которая предотвращает коробление и повреждение.

Летный механик рекомендует

.

Типы дуговой сварки

Преобразователи постоянного тока

В отличие от традиционных сварочных аппаратов, современные инверторные сварочные аппараты очень маленький, легкий и портативный. Даже самые дешевые, доступные от as от 100 фунтов стерлингов работают хорошо, хотя более дорогие (до до 500 фунтов стерлингов) будет намного надежнее и обычно прослужит дольше.

Плюсы:

• Очень эффективен — они могут работать до 140 А на 13 А 240 В питания и, как правило, имеют хорошие рабочие циклы (вы можете сваривать дольше на более высоких настройках).
• Маленький, легкий и очень портативный. Обычно менее 10 кг по весу.
• Выход постоянного тока обеспечивает легкий зажигание дуги
• Большинство инверторов имеют такие функции, как горячий запуск для улучшения легкость запуска и мягкая отделка для уменьшения кратера в конце сварного шва.
• Все, кроме самых дешевых, имеют OCV 70 или 80 В (напряжение холостого хода)
• Большинство из них можно использовать для сварки TIG с нуля.Более дорогие, как правило, иметь функции запуска ВЧ (высокочастотный) для сварки TIG.
• Более дорогие имеют такие функции, как «сила дуги», которая регулирует напряжение на лету, чтобы справиться с грязной пластиной.

Минусы:

• Инверторные машины имеют сложную электронику, и ремонт может быть очень дорогой. Более дешевые чувствительны к ударам и ударам. входного напряжения.У более дорогих больше защиты — некоторые выдерживают падение с высоты 0,5 м.

Вердикт:

Инверторы постоянного тока

— разумная покупка для тех, кто плохо знаком с дуговой сваркой. Четный самые дешевые, как правило, очень хорошо свариваются, это обратная сторона дешевых это те дешевые компоненты, которые не очень хорошо служат.

.

Различные типы сварочных процессов

Сварка — увлекательная и полезная техника как для энтузиастов, так и для профессионалов. Используя пару инструментов и различные типы металлов, сварщики могут превратить любую деталь в любую форму и дизайн, которые они пожелают, и все это с искрами, разлетающимися в процессе. Однако, чтобы овладеть искусством сварки, вам нужно начать с основ и знать о различных типах сварочных процессов.

Более 30 различных виды сварки существуют, и они варьируются от простой газокислородной до высокотехнологичной. такие процессы, как лазерная сварка.Однако используются только четыре типа сварки. Обычно это сварка MIG, TIG, дуговой сваркой стержнем и порошковой проволокой. Каждый из у них есть свои преимущества и недостатки, и вам необходимо иметь надлежащее обучение, чтобы практиковать их.

MIG — газовая дуговая сварка металла (GMAW)

В этом процессе сварки используются электрод непрерывно подается через сварочную горелку, и оператору необходимо нажмите на спусковой крючок, чтобы пропустить расходный электрод. Между основной материал и электрод образует электрическую дугу, которая нагревает материал пока он не достигнет точки плавления, что позволит соединить его с другой.

Для этого типа сварки вам необходим защитный газ, подаваемый извне, и некоторые из наиболее часто используемых газов для этой цели — нержавеющая сталь, углеродистая сталь, магний, медь, никель, алюминий и кремниевая бронза. Некоторые из типичных применений сварки MIG

Основные преимущества выбор стиля MIG для сварки включает сокращение отходов благодаря более высокий КПД электрода, минимальная очистка сварного шва, меньший нагрев вводы и снижение сварочного дыма.К тому же это самая простая сварка техника для изучения, что делает ее подходящей для начинающих и энтузиастов DIY.

К недостаткам мы можем отнести потребность во внешнем защитном газе, довольно высокую стоимость для лучших сварочных аппаратов mig и другого необходимого оборудования, ограниченное положение, в котором вы можете сваривать, потому что вы не можете использовать этот метод для вертикальной или потолочной сварки. и невозможность сваривать толстые материалы. Кроме того, для успешного использования этой техники сварки все материалы должны быть очищены от грязи и ржавчины.

Сварка МИГ очень обычно используется в автомобильной промышленности, например, при замене каталитического нейтрализатора или полного выпуска отработавших газов, главным образом потому, что он может обеспечить прочный сварной шов, способный выдерживать большие нагрузки. Ремонт автомобилей часто требует универсальности и прочности, и этот тип сварки лучше всего подходит для этой цели. Другие распространенные применения включают брендинг, робототехнику, строительство и морскую промышленность.

Что касается MIG сварке, вы должны быть уверены, что вы правильно настроили параметры мощности в Чтобы соответствовать толщине материала.Скорость сварки также фактор, который влияет на периоды и проплавление сварного шва. Уменьшая скорость путешествия мысли, вы сможете увеличить проникновение. при желании доступны различные калькуляторы для сравнения различных настроек мощности сварки для конкретный проект.

Связанные: Проекты Cool Welding

TIG — газовая дуговая сварка вольфрамом (GTAW)

Источник изображения

Также известен как Heliarc сварка, TIG — это процесс сварки, в котором используется вольфрамовый электрод, который не расходный материал, чтобы следить за основным металлом и создавать лужу расплава для с помощью этого метода вы можете не создавать присадочный металл или самоварный шов, чтобы расплавить два куска металла вместе.Вы также можете добавить внешний наполнитель в расплавленной лужи, чтобы можно было создать сварной шов и увеличить механические свойства металла.

Как и в случае с Сварка MIG, вам понадобится внешний источник газа, и некоторые из обычных это аргон и смеси аргон / гелий. Некоторые из наиболее типичных применений TIG Сварка включает системы трубопроводов, аэрокосмическую сварку, а также мотоциклы или велосипеды.

Основными преимуществами использования этой техники для энтузиастов или профессионалов являются возможность сваривать очень тонкие материалы, высококачественная чистка сварных швов и эстетичный вид сварных швов.Более того, с помощью этой техники вы можете сваривать широкий спектр сплавов и получать лунки без брызг, поэтому вам не нужно беспокоиться о мусоре.

С другой стороны, некоторые из недостатков сварки TIG включают высокую стоимость оборудования и более низкие скорости наплавки. Кроме того, вам потребуется внешний защитный газ и достаточно высокая квалификация оператора для получения желаемых результатов.

Сварка TIG обычно считается самой популярной техникой сварки, используемой в настоящее время, и причина за этим стоит тот факт, что он предлагает чистый сварной шов и высокую степень чистоты. это практически невозможно получить другими методами сварки.Метод чаще всего используется для сварки нержавеющей стали, хотя это также подходящий выбор для других металлов, таких как алюминий, магний, медь и никель.

Некоторые отрасли промышленности, в которых регулярно используется сварка TIG, включают отрасли, в которых преобладают цветные металлы. Это означает, что этот метод подходит для производства труб, транспортных средств, велосипедов, а также для ремонта и обслуживания различных типов инструментов из магния, алюминия и нержавеющей стали.Ознакомьтесь с нашими обзорами лучших сварщиков тигров здесь.

Stick — Дуговая сварка защищенного металла (SMAW)

Источник изображения

Обычно называемая палкой, дуговая сварка защищенным металлом представляет собой процесс, в котором используется электрод, пропускающий электрический ток, чтобы обеспечить большую часть сварочного металла. Электрод, используемый для этого метода, состоит из сердечника, который имеет кодированный приток, и электрическая дуга создается, когда кончик электрода, который является обрабатываемой деталью, извлекается, оставаясь при этом в тесном контакте, чтобы создать температуру около 6500 ° Ф.

Расплавленный металл защищен от нитратов и оксидов в атмосфере во время этого процесса, что означает, что этот процесс подходит для сварки трубопроводов, строительства, ремонт тяжелого оборудования и монтаж металлоконструкций.

Основные преимущества с использованием техники дуговой сварки в среде защитного металла включают низкую стоимость оборудование, которое необходимо, а также его портативность. Нет необходимости в защитный газ, как при сварке TIG или MIG, что означает, что вы можете используйте эту технику на улице даже во время ветра или дождя.Более того, эта техника также работает с грязными и ржавыми металлами, поэтому является подходящей альтернативой для тех, кто проекты, в которых вы просто не можете использовать методы TIG или MIG.

С другой стороны, К недостаткам технологии дуговой сварки в экранированном металле можно отнести более низкий расход эффективность, так как при такой сварке образуется довольно много отходов, и требуется высокая квалификация оператора. Это действительно займет у вас немного времени дольше других методов овладевать необходимыми навыками с учетом Дело в том, что метод также довольно сложно использовать на тонких материалах.

Этот метод обычно считается устаревшим по сравнению с методами против старения MIG главным образом потому, что это в первую очередь техника ручной сварки. Однако иногда процесс необходимо, потому что не всегда можно использовать сварку TIG или MIG из-за должность, тип материала и навыки.

Этот вид сварки предлагает очень дешевое решение, не требующее дорогостоящего оборудования. В результате качество окончательного шва может быть не лучшим, в основном потому что этот метод может допускать мелкое проникновение, пористость, растрескивание, и уязвимость к суровой погоде.

Дуговая сварка порошковой проволокой (FCAW)

Источник изображения

Этот метод очень похож на метод сварки MIG, так как он также требует непрерывной подачи электрода, но вместо сплошной проволоки требуется трубчатая проволока, заполненная флюсом. Вы можете выбрать один из двух типов проволоки с флюсовым сердечником, которые являются социальными и будут экранировать провода. Провода социального обеспечения — хорошее решение для использования вне помещений, так как они работают даже в ветреную погоду. С другой стороны, в двойном экране используется внешний защитный газ и флюс для защиты современной сварочной ванны.

Основными преимуществами этого метода являются более высокий КПД электрода, который создает меньше отходов, чем другие методы сварки, а также меньшее количество ударов. При дуговой сварке порошковой проволокой нет необходимости во внешнем защитном газе, и вы получаете меньше сварочного дыма независимо от металла, используемого для сварки. это также довольно чистый вид сварки, так как вам не придется иметь дело с большим количеством мусора.

Что касается К недостаткам этого способа сварки можно отнести наиболее частые из них: образование большого количества дыма и высокая стоимость оборудования.это Метод сварки не рекомендуется для тонких материалов и может привести к образованию шлака.

Технику дуговой сварки порошковой проволокой очень легко освоить, и многие профессионалы предпочитают ее, поскольку она чрезвычайно недорогая. Несмотря на то, что существует несколько ограничений, когда дело доходит до применения этого метода, и результаты могут быть не такими эстетически приятными, как результаты, полученные с другими типами методов китобойного промысла, этот метод остается популярным из-за простоты использования. Прочтите наши обзоры на лучшие сварщики сердечников флюса здесь.

Электронно-лучевая сварка (EBW)

Этот вид сварки включает в себя запуск луча высокоскоростных электронов по материалам, которые требуют сварка. Этот метод преобразует энергию электронов в листы в чтобы расплавить сварочные материалы, которые затем могут соединиться и сплавиться. это Тип сварки используется во многих отраслях промышленности, начиная с полностью автоматизированное поточное производство автомобильных деталей для дорогостоящих авиационных двигателей промышленность.Некоторые примеры продуктов, созданных с помощью электронно-лучевой сварки включают аэрокосмические компоненты, узлы трансмиссии и биметаллические пильные полотна.

Потому что это электронно-лучевая сварка в вакууме — идеальный выбор для герметизации электрические компоненты и предварительно вакуумированные корпуса. Эта техника позволяет соединить из разнородных металлов, например, с различной теплопроводностью и точки плавления, чего обычно трудно достичь с другими методы сварки.Это также хорошая техника для тех, кто хочет сварить толстый материал к тонкому материалу.

Сварка атомарным водородом (AHW)

Этот метод сварки был в значительной степени заменен методами дуговой сварки металлическим электродом в газовой среде, но он все еще используется для определенных целей, таких как сварка вольфрама. Этот материал обладает высокой термостойкостью, и, используя эту технику, вы можете сваривать его таким образом, чтобы не повредить металл, но при этом создать сплоченный прочный сварной шов.Как и во всех сварочных работах, чрезвычайно важно использовать перчатки сварщика для защиты и безопасности.

Метод был изобретен Ирвинга Ленгмюра после открытия атомарного водорода. Это включает размещение двух металлических вольфрамовых электродов в атмосфере водорода с целью расщепить водород в молекулах и объединить их во взрыве тепла температура может достигать 3000 градусов по Цельсию.

Газовая вольфрамо-дуговая сварка

Это один из самых сложных видов сварки, а также самый трудоемкий, потому что он требует большого внимания и навыков, в основном из-за небольшой площади между видами сварки. пламени в материале, который вы собираетесь сваривать.Для этого метода свариваются небольшие полосы металла, чтобы получить чрезвычайно прочный сварной шов, который прослужит долгие годы. Этот метод сварки был выпущен в 1941 году и с тех пор мало изменился. Он по-прежнему используется производителями велосипедов и самолетов, как военными, так и коммерческими.

Плазменно-дуговая сварка

источник

Аналогичный процесс По сравнению с дуговой сваркой вольфрамовым электродом, плазменная дуговая сварка была первоначально разработана в 1954 году и использует электрический ток, который проходит через очень малую сопло, которое пропускает защитные газы, чтобы обеспечить экстремальное точность при сварке небольших участков.Этот метод подходит для использовать, когда дело доходит до нагрева металла до очень экстремальных температур, что приводит к более глубокие и прочные сварные швы. Этот метод сварки часто используется в самолетах. обрабатывающей промышленности, и очень редко он может быть полезен для DIY и сварщики-энтузиасты.

Чтобы узнать больше о плазменных резаках и о том, как их выбрать, прочтите наши обзоры плазменных резаков здесь.

.