Коротка характеристика дугового зварювання
Розвиток зварювання. Основоположниками дугового зварювання є В. В. Петров, Н. Н. Бенардос і Н. Г. Славянов. Василь Володимирович Петров (1761-1834) - російський електротехнік, професор Санкт-Петербурзької Медико-хірургічної академії виробляв в 1802 р досліди з вольта стовпом, вперше в світі отримав електричну дугу і передбачив можливість використання її для освітлення, а також і для розплавлення металів . Довгий час дуга не знаходила практичного застосування як в Росії, так і за кордоном через низький технічний розвитку промисловості.
Микола Миколайович Бенардос (1842-1905) автор багатьох винаходів в різних галузях техніки, в 1882 р застосував дугу для зварювання, а в 1885 р взяв патент під назвою «Спосіб з'єднання і роз'єднання металів безпосередньою дією електричного струму». Н. Н. Бенардос в 1885 р організував в Петербурзі товариство «Електрогефест», яке виконувало зварювальні роботи в різних місцях Росії. Збережені в архіві Н. Н. Бенардоса опису, креслення і малюнки вказують на те, що по суті всі види дугового зварювання, що застосовуються нині, запропоновані їм: зварювання вугільним і металевим електродами, в тому числі і з застосуванням флюсу, зварювання побічно діючої дутої, що горить між двома електродами, зварювання в захисному газі. Їм запропоновані також магнітне управління дугою і автомати для зварювання вугільним і металевим електродами.
Інженер Микола Гаврилович Славянов (1854-1897) в 1891р. отримав два патенти під назвами «Спосіб і апарати для електричної відлиття металів» і «Спосіб електричного ущільнення металевих виливків». Вперше в світі Н. Г. Славянов спроектував і виготовив зварювальний генератор постійного струму. На Пермському заводі він організував великий на той час електрозварювальний цех, в якому з 1891 по 1894 особисто їм і під його керівництвом було відремонтовано зварюванням 1631 виріб загальною масою 250 т; при цьому було витрачено 11 т сталевих електродів. Н. Г. Славянов в своїй практиці застосовував дугові автомати (електроплавільнікі) власної конструкції. Н. Г. Славяновим опубліковано кілька наукових робіт зі зварювання.
Умови отримання дуги. Зварювальної дугою називається потужний стійкий електричний розряд, що відбувається в газовому проміжку між електродами, або між електродом і виробом.
Для отримання дуги потрібна електричне коло з джерелом живлення. Для живлення дуги електричним струмом користуються при змінному струмі зварювальним трансформатором, при постійному струмі - зварювальним перетворювачем, агрегатом з двигуном внутрішнього згоряння або зварювальним випрямлячем. Від джерела живлення струм підводиться зварювальними проводами через електро-додержатель до електрода і зварювального виробу (рис. 1), між якими горить дуга. Включивши джерело живлення, зварювальник запалює дугу і підтримує її горіння. Для запалювання дуги на клемах джерела живлення повинна бути напруга в кілька десятків вольт. Сила струму, що проходить по зварювальному колі, може досягати декількох тисяч ампер.
Мал. 1. Зварювальний електричний ланцюг з дугою
Дугове зварювання плавиться і не плавиться електродами. При зварюванні плавиться шов утворюється за рахунок розплавлення електрода і кромок основного металу, при зварюванні плавиться шов заповнюється металом зварюються частин.
До плавиться електродів відносять сталеві, мідні і алюмінієві, а до неплавким - вугільні, графітові і вольфрамові.
При горінні дуги плавиться електрод у міру його плавлення необхідно безперервно подавати в дугу (в зону зварювання) і підтримувати по можливості постійну довжину дуги. Довжиною дуги L називають відстань між кінцем електрода і поверхнею кратера (поглиблення) в зварювальної ванні (рис. 2). При горінні дуги з неплавким електродом довжина дуги з плином часу зростає і в процесі зварювання необхідне коригування.
Захист металу шва від повітря при дугового зварювання. При горінні дуги і плавленні свариваемого іелектродного металів тре. буется захист зварювальної ванни від дії газів повітря (кисню, азоту, водню), з тим щоб вони не проникали в рідкий метал і не погіршували якість металу шва. Тому при зварюванні захищають зону дуги (нагрівається електрод, саму дугу і зварювальну ванну). За способом захисту металу від повітря дугова зварка поділяється на такі види: зварювання покритими електродами, порошковим дротом, в захисному газі, під флюсом і зварювання самозахисного дротом.
Мал. 2. Зварювальна дуга:
1 - зварювальний ванна, 2 - електрод; L - довжина дуги
Мал. 3. Схема зварювання під флюсом:
1 - електродний дріт, 2 - утворюється крапля, 3 - газовий міхур, 4 - дуга, 5 - зварювальний ванна, 6-розплавлений флюс, 7 - нерозплавлений флюс, 8 - виріб
Покритий електрод являє собою металевий стрижень з нанесеними на його поверхню порошкоподібними матеріалами на клеїть розчині. Зварювання покритими електродами покращує якість металу шва. Захист металу від повітря здійснюється за рахунок шлаку і газів, що утворюються при плавленні покриття. Покриті електроди призначені для ручного зварювання, т. Е. Такий, де дві обов'язкові операції процесу (подача електрода в зону дуги і переміщення дуги по виробу з метою освіти шва) виконуються зварником вручну. Ручне зварювання покритими електродами дозволяє виконувати шви в будь-якому просторовому положенні і в важкодоступних місцях.
При дугового зварювання під флюсом (рис. 3) дуга горить під порошкоподібною флюсом, шар якого повністю закриває дугу і зону зварювання. Електродом служить гола металевий дріт. Флюс захищає розплавлений метал від газів повітря і покращує якість металу шва. Дугове зварювання під флюсом виконується автоматами і полуавтоматами. Зварювальний автомат - це апарат, в якому подача зварювального дроту в дугу і переміщення дуги по виробу механізовані. У зварювальному напівавтоматі, переміщуваний вручну, механізована тільки подача дроту. Зварювальний дріт разом з токоподводящий проводом проходить всередині гнучкого шланга, тому напівавтомати називаються шланговими.
Для дуги, що горить під флюсом, потрібні великі струми, крім того, управління електродом вручну під флюсом сильно утруднено, тому напівавтоматичного зварювання під флюсом часто замінюється напівавтоматичним зварюванням відкритою дугою. Зварювання відкритою дугою виконується порошковим дротом, в захисному газі і самозахисного дротом.
Порошковий дріт являє собою згорнуту з тонкої сталевої стрічки оболонку, всередині якої запресований порошок з суміші речовин, що грають ту ж роль в підвищенні стійкості зварювальної дуги і поліпшенні якості металу шва, що і електродне покриття або флюс. Зварювання порошковим дротом здійснюється шланговими полуавтоматами.
Зварювання в захисному газі проводять з подачею в зону дуги через Електродотримачі струменя захисного газу. Зварювання виконується як плавиться, так і не плавиться і може бути ручний, напівавтоматичного і автоматичної. Як захисні газів застосовують вуглекислий газ, аргон, гелій, іноді (для зварювання міді) азот і суміші газів. Інертні гази (аргон, гелій) частіше використовують для зварювання легованих сталей і хімічно активних металів (алюміній, титан і ін.) І їх сплавів.
Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона проводить дослідження зі зварювання самозахисного дротом. Самозахисна дріт - це гола дріт суцільного перетину, яка містить такі легуючі елементи, які забезпечують високу якість шва. Самозахисна дріт застосовується при зварюванні арматурної сталі.