Электрическая сварка. Понятие сварки.

Сварка процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого.

Сварочная дуга - длительный мощный электрический разряд в ионизированной среде. При этом начальная фаза среды может быть любой: твердой (например, сварочный флюс), жидкой (например, вода), газообразной (например, аргон), плазменной.

Классификация сварки Сварка классифицируется в первую очередь по физическому признаку форме энергии, используемой для образования сварного соединения. Для сварки используют три формы энергии: термическую, термомеханическую и механическую, и аналогично этому называют классы сварки.

Сварка Термическая (дуговая, газовая, электро- шлаковая, плазменная, электронно-лучевая, лазерная, термитная и световая) Термомеханическая (контактная, диффузионная, высокочастотная и кузнечная ) Механическая (холодная, ультразвуковая, магнитно-импульсная, сварка трением и взрывом. )

Многие из указанных видов сварки в свою очередь подразделяются по различным техническим и технологическим признакам. Например подразделение дуговой сварки по техническим признакам производится в зависимости от способа защиты металла в зоне сварки, от степени механизации видов дуговой сварки, от непрерывности процесса и т. п.

Подразделение дуговой сварки по технологическим признакам производится в зависимости от формы сварного соединения, рода и полярности сварочного тока, вида плавящегося или неплавящегося электрода, характера воздействия дуги на металл и т. п, Аналогично подразделяются по указанным признакам контактная, газовая и электрошлаковая сварка. Такое подразделение процесса сварки предусмотрено ГОСТ и др.

Электрическая сварка Электросварка один из способов сварки, использующий для нагрева и расплавления металла электрической дугой. Температура электрической дуги превосходит температуры плавления всех существующих металлов. Электросварка не изменяет химического состава материала.

Электрическая дуга физическое явление, один из видов электрического разряда в газе. При увеличении напряжения между двумя электродами до определённого уровня в воздухе между электродами возникает электрический пробой. Напряжение электрического пробоя зависит от расстояния между электродами и пр. Во время пробоя между электродами обычно возникает искровой разряд, импульсно замыкая электрическую цепь.

Электроны в искровых разрядах ионизируют молекулы в воздушном промежутке между электродами. При достаточной мощности источника напряжения, в воздушном промежутке образуется достаточное количество плазмы для того, чтобы напряжение пробоя (или сопротивление воздушного промежутка) в этом месте значительно упало.

При этом искровые разряды превращаются в дуговой разряд плазменный шнур между электродами, являющийся плазменным тоннелем.

Эта дуга является по сути проводником, и замыкает электрическую между электродами, средний ток увеличивается ещё больше нагревая дугу до 5000K 50000K. Электрическая дуга в воздухе

Термический класс Принцип электродуговой сварки Источником теплоты является электрическая дуга, возникающая между торцом электрода и свариваемым изделием при протекании сварочного тока в результате замыкания внешней цепи электросварочного аппарата. Сопротивление электрической дуги больше, чем сопротивление сварочного электрода и проводов, поэтому большая часть тепловой энергии электрического тока выделяется именно в плазму электрической дуги.

Этот постоянный приток тепловой энергии поддерживает плазму (электрическую дугу) от распада. Выделяющееся тепло (в том числе за счёт теплового излучения из плазмы) нагревает торец электрода и оплавляет свариваемые поверхности, что приводит к образованию сварочной ванны объёма жидкого металла.

В процессе остывания и кристаллизации сварочной ванны образуется сварное соединение. Классификация дуговой сварки производится в зависимости от степени механизации процесса сварки, рода тока и полярности, типа дуги, свойств электрода, вида защиты зоны сварки от атмосферного воздуха и др.

Классификация дуговой сварки По степени механизации дуговая сварка подразделяется: ручная дуговая сварка полуавтоматическая дуговая сварка автоматическая дуговая сварка.

Отнесение процессов к тому или иному способу зависит от того, как выполняются зажигание и поддержание определенной длины дуги, манипуляция электродом для придания шву нужной формы, перемещение электрода по линии наложения шва и прекращения процесса сварки.

При ручной дуговой сварке указанные операции, необходимые для образования шва, выполняются человеком вручную без применения механизмов. При полуавтоматической дуговой сварке плавящимся электродом механизируются операции по подаче электродной проволоки в сварочную зону, а остальные операции процесса сварки осуществляются вручную.

При автоматической дуговой сварке под флюсом механизируются операции по возбуждению дуги, поддержанию определённой длины дуги, перемещению дуги по линии наложения шва. Автоматическая сварка плавящимся электродом ведётся сварочной проволокой диаметром 1-6 мм; при этом режим сварки (ток, напряжение, скорость перемещения дуги и др.) более стабилен, что обеспечивает однородность качества шва по его длине, в то же время требуется большая точность в подготовке и сборке деталей под сварку.

По роду тока различают: электрическая дуга, питаемая постоянным током прямой полярности (минус на электроде) электрическая дуга, питаемая постоянным током обратной (плюс на электроде) полярности электрическая дуга питаемая переменным током В зависимости от способов сварки применяют ту или иную полярность. Дуговая сварка под флюсом и в среде защитных газов обычно производится на обратной полярности.

По типу дуги различают: дугу прямого действия (зависимую дугу) дугу косвенного действия (независимую дугу) В первом случае дуга горит между электродом и основным металлом, который также является частью сварочной цепи, и для сварки используется теплота, выделяемая в столбе дуги и на электродах; во втором - дуга горит между двумя электродами.

Основной металл не является частью сварочной цепи и расплавляется преимущественно за счёт теплоотдачи от газов столба дуги. В этом случае питание дуги осуществляется обычно переменным током, но она имеет незначительное применение из-за малого коэффициента полезного действия дуги (отношение полезно используемой тепловой мощности дуги к полной тепловой мощности).

Электроды для дуговой сварки бывают: плавящиеся сварочные электроды неплавящиеся электроды (угольный, графитовый и вольфрамовый) Дуговая сварка плавящимся электродом является самым распространённым способом сварки; при этом дуга горит между основным металлом и металлическим стержнем, подаваемым в зону сварки по мере плавления.

Этот вид сварки можно производить одним или несколькими электродами. Если два электрода подсоединены к одному полюсу источника питания дуги, то такой метод называют двухэлектродной сваркой, а если больше - многоэлектродной сваркой пучком электродов. Если каждый из электродов получает независимое питание - сварку называют двухдуговой (многодуговой) сваркой. При дуговой сварке плавлением КПД дуги достигает 0,7-0,9.

Электрошлаковая сварка Источником теплоты служит флюс, находящийся между свариваемыми изделиями, разогревающийся проходящим через него электрическим током. При этом теплота, выделяемая флюсом, расплавляет кромки свариваемых деталей и присадочную проволоку. Способ находит своё применение при сварке вертикальных швов толстостенных изделий..

Источники питания Сварочные трансформаторы подключаются к сети переменного тока. Их назначение питание сварочной дуги и регулирование сварочного тока. Основные области применения ручная сварка и автоматическая сварка под флюсом. Упрощенная электрическая схема трансформатора такова: на сердечнике из трансформаторной стали размещены первичная и вторичная обмотки.

Ток в сети идет сначала через первичную обмотку, намагничивает сердечник, создавая в нем переменный магнитный поток, который, в свою очередь, индуктирует ток во вторичной обмотке.

На рис. представлен сварочный трансформатор ТСК Первичная обмотка его неподвижна, а вторичная передвигается по сердечнику. Перемещением вторичной обмотки регулируется сварочный ток.

В нижней части сердечника 4 находится первичная обмотка 2, состоящая из двух катушек, расположенных на двух стержнях магнитопровода. Катушки первичной обмотки закреплены неподвижно. Вторичная обмотка 3, также состоящая из двух катушек, расположена на значительном расстоянии от первичной. Катушки как первичной, так и вторичной обметок соединены параллельно.

Вторичная обмотка, жестко соединенная с плитой, перемещается по сердечнику с помощью винта 6, с которым она связана, и рукоятки 5, находящейся на крышке кожуха трансформатора. Сварочный ток регулируют изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками.

При вращении рукоятки 5 по часовой стрелке вторичная обмотка приближается к первичной, магнитный поток рассеяния и индуктивное сопротивление уменьшаются, сварочный ток возрастает. При вращении рукоятки против часовой стрелки вторичная обмотка удаляется от первичной, индуктивное сопротивление и магнитный поток рассеяния растут и сварочный ток уменьшается. Ток со вторичной обмотки поступает на выход 7.

Стержневой магнитопровод состоит из набора листовой стали толщиной 0,5 мм высокой магнитной проницаемости. Дисковые первичная и вторичная обмотки расположены вдоль стержней. Увеличенное магнитное рассеяние достигается за счет взаимного расположения обмоток. Одна из обмоток подвижная, другая неподвижная. При перемещении обмоток изменяется магнитное поле рассеяния

Сварочные генераторы это в принципе те же генераторы постоянного тока, но которые благодаря своим специальным характеристикам могут обеспечить устойчивость горения сварочной дуги. Это достигается тем, что магнитный поток генератора изменяется в зависимости от величины сварочного тока.

В сварочных генераторах съем напряжения для питания электрической дуги осуществляется непосредственно с зажимов угольных щеток на коллекторе. Сварочные агрегаты приводятся в движение двигателями внутреннего сгорания, а в сварочных преобразователях генератор приводится в движение электродвигателем.

Сварочные выпрямители представляют собой соединение сварочного трансформатора (с регулирующим устройством) и блока выпрямителей. Помимо этого в комплект выпрямителя может быть подключен и дроссель. Его цель получение внешней падающей характеристики.

В принципе действие сварочных выпрямителей основано на том, что полупроводниковые элементы проводят ток только в одном направлении. В сварочных выпрямителях используют трехфазную ростовую схему выпрямления, дающую меньшую импульсацию выпрямленного напряжения, более равномерную загрузку питающей сети переменного тока и лучшее использование трансформатора, питающего выпрямитель

Схема подключения трехфазного выпрямителя. 1 понижающий трансформатор; 2 блок кремниевых (селеновых) выпрямителей; 3 электрод; 4 свариваемый металл

При сварке происходят два последовательных процесса: нагрев свариваемых изделий до пластического состояния и их совместное пластическое деформирование. Термомеханический класс Контактная сварка

Точечная сварка. При точечной сварке детали зажимаются в электродах сварочной машины или специальных сварочных клещах. После этого между электродами начинает протекать большой ток, который разогревает металл деталей в месте их контакта до температур плавления.

Затем ток отключается и осуществляется «проковка» за счёт увеличения силы сжатия электродов. Металл кристаллизуется при сжатых электродах и образуется сварное соединение.

Стыковая сварка - заготовки сваривают по всей плоскости их касания. В зависимости марки металла, площади сечения заготовок и требований к качеству соединения стыковую сварку можно выполнять одним из способов.

Стыковая сварка сопротивлением Заготовки, установленные и закреплённые в стыковой машине, прижимают одну к другой усилием определённой величины, после чего по ним пропускают электрический ток. При нагревании металла в зоне сварки до пластического состояния происходит осадка.

Ток выключают до окончания осадки. Неравномерность нагрева и окисление металла на торцах заготовок понижают качество сварки сопротивлением, что ограничивает область её применения. С увеличением сечения заготовок качество сварки снижается особенно заметно, главным образом из-за образования окислов в стыке.

Стыковая сварка непрерывным оплавлением Состоит из двух стадий: оплавления и осадки. Заготовки устанавливают в зажимах машины, затем включают ток и медленно сближают их. При этом торцы заготовок касаются в одной или нескольких точках. В местах касания образуются перемычки, которые мгновенно испаряются и взрываются. Взрывы сопровождаются характерным выбросом из стыка мелких капель расплавленного металла.

Образующиеся пары металла играют роль защитной атмосферы и уменьшают окисление расплавленного металла. При дальнейшем сближении заготовок образование и взрыв перемычек происходят на других участках торцов. В результате заготовки прогреваются в глубину, а на торцах возникает тонкий слой расплавленного металла, облегчающий удаление окислов из стыка.

В процессе оплавления заготовки укорачиваются на заданный припуск. Оплавление должно быть устойчивым (непрерывное протекание тока при отсутствии короткого замыкания заготовок), особенно перед осадкой.

При осадке скорость сближения заготовок резко увеличивают, осуществляя при этом пластическую деформацию на заданный припуск. Переход от оплавления к осадке должен быть мгновенным, без малейшего перерыва. Осадку начинают при включённом токе и завершают при выключенном.

Стыковая сварка непрерывным оплавлением обеспечивает равномерный прогрев заготовок по сечению и позволяет получать стабильное качество стыков. Ее существенным преимуществом является также возможность сравнительно легко автоматизировать процесс.

Рельефная сварка На деталях для сварки предварительно создают рельефы локальные возвышения на поверхности размером несколько миллиметров в диаметре. При сварке контакт деталей происходит по рельефам, которые расплавляются, проходящим через них, сварочным током.

При этом происходит пластическая деформация рельефов, выдавливаются оксиды и загрязнения. После прекращения протекания сварочного тока происходит кристаллизация расплавленного металла и образование соединения. Преимуществом данного вида сварки является возможность получения за один цикл нескольких сварных соединений высокого качества.

Сварка высокочастотными токами Источником теплоты служит высокочастотный ток проходящий между свариваемыми изделиями. При последующем пластическом деформировании и остывании образуется сварное соединение.