Сварочные работы. Практический справочник Кашин Сергей
Проще всего выполняется нижний шов, труднее всего – потолочный. В последнем случае сварщики проходят специальное обучение, причем потолочный шов легче сделать газовой сваркой, чем дуговой.
4. По протяженности:
– непрерывные;
– прерывистые (рис. 35).
Рис. 35. Прерывистый сварной шов
Прерывистые швы практикуют достаточно широко, особенно в тех случаях, когда нет необходимости (расчет на прочность не предполагает выполнения сплошного шва) плотно соединять изделия. Длина (I) соединяемых участков составляет 50-150 мм, промежуток между ними приблизительно в 1,5–2,5 раза превосходит зону сваривания, а вместе они образуют шаг шва (t).
5. По степени выпуклости, т. е. форме наружной поверхности (рис. 36):
– нормальные;
– выпуклые;
– вогнутые.
Рис. 36. Сварные швы, различающиеся по форме наружной поверхности: а – нормальные; б – выпуклые; в – вогнутые
Тип используемого электрода определяет выпуклость шва (a‘). Наибольшая выпуклость характерна для тонкопокрытых электродов, а толстопокрытые электроды дают нормальные швы, поскольку отличаются большей жидкотекучестью расплавленного металла.
Опытным путем было установлено, что прочность шва не возрастает с увеличением его выпуклости, тем более если соединение «работает» при переменных нагрузках и вибрации. Подобное положение объясняется так: при выполнении шва с большой выпуклостью невозможно добиться плавного перехода от валика шва к основному металлу, поэтому в этой точке кромка шва как бы подрезается, и здесь в основном концентрируются напряжения. В условиях переменных и вибрационных нагрузок в этом месте сварное соединение может подвергаться разрушению. Кроме того, выпуклые швы требуют повышенного расхода электродного металла, энергии и времени, т. е. является неэкономичным вариантом.
6. По конфигурации (рис. 37):
– прямолинейные;
– кольцевые;
– вертикальные;
– горизонтальные.
Рис. 37. Сварные швы различной конфигурации: а – прямолинейный; б – кольцевой
7. По отношению к действующим силам (рис. 38):
– фланговые;
– торцовые;
– комбинированные;
– косые.
Рис. 38. Сварные швы по отношению к действующим силам: а – фланговый; б – торцовый; в – комбинированный; г – косой
Вектор действия внешних сил может быть параллельным оси шва (характерно для фланговых), перпендикулярным оси шва (при торцовых), проходить под углом к оси (для косых) или сочетать направление фланговых и торцовых сил (при комбинированных).
8. По способу удержания расплавленного металла шва:
– без подкладок и подушек;
– на съемных и остающихся стальных подкладках;
– на медных, флюсо-медных, керамических и асбестовых подкладках, флюсовых и газовых подушках.При наложении первого слоя шва главное – суметь удержать жидкий металл в сварочной ванне. Чтобы предотвратить его вытекание, используют:
– стальные, медные, асбестовые и керамические подкладки, которые подводятся под корневой шов. Благодаря им можно увеличить сварочный ток, что обеспечивает сквозное проплавление кромок и гарантирует стопроцентный провар деталей. Кроме того, подкладки удерживают расплавленный металл в сварочной ванне, препятствуя образованию прожогов;
– вставки между свариваемыми кромками, которые выполняют те же функции, что и прокладки;
– подрубку и подварку корня шва с противоположной стороны, при этом не стремятся к сквозному проплавлению;
– флюсовые, флюсо-медные (при сварке под флюсом) и газовые (при ручной дуговой, автоматической и аргонно-дуговой сварке) подушки, которые подводят или подают под первый слой шва. Их цель – не допустить вытекания металла из сварочной ванны;
– соединения в замок при выполнении стыковых швов, которые предупреждают прожоги в корневом слое шва;
– специальные электроды, покрытие которых содержит особые компоненты, увеличивающие силу поверхностного натяжения металла и не позволяющие ему вытекать из сварочной ванны при выполнении вертикальных швов сверху вниз;
– импульсную дугу, благодаря которой происходит кратковременное расплавление металла, что способствует более быстрому охлаждению и кристаллизации металла шва.
9. По стороне, на которой накладывается шов (рис. 39):
– односторонние;
– двусторонние.
Рис. 39. Сварные швы, различающиеся своим расположением: а – односторонний; б – двусторонний
10. По свариваемым материалам:
– на углеродистых и легированных сталях;
– на цветных металлах;
– на биметалле;
– на пенопласте и полиэтилене.
11. По расположению соединяемых деталей:
– под острым или тупым углом;
– под прямым углом;
– в одной плоскости.
12. По объему наплавленного металла (рис. 40):
– нормальные;
– ослабленные;
– усиленные.
Рис. 40. Сварные швы, различающиеся по объему наплавленного металла: а – ослабленный; б – нормальный; в – усиленный
13. По расположению на изделии:
– продольные;
– поперечные.
14. По форме свариваемых конструкций:
– на плоских поверхностях;
– на сферических поверхностях.
15. По количеству наплавленных валиков (рис. 41):
– однослойные;
– многослойные;
– многопроходные.
Рис. 41. Сварные швы, различающиеся количеством наплавленных валиков: а – однослойный; б – многослойный; в – многослойный многопроходный
Перед осуществлением сварочных работ кромки соединяемых изделий, конструкций или частей должны быть соответствующим образом подготовлены, поскольку от их геометрической формы зависит прочность шва. Элементами подготовки формы являются (рис. 42):
Рис. 42. Элементы подготовки кромок
– угол разделки кромки (), который должен быть выполнен, если толщина металла составляет более 3 мм. Если пропустить эту операцию, то возможны такие негативные последствия, как непровар по сечению сварного соединения, перегрев и пережог металла. Разделка кромок дает возможность осуществлять сварку несколькими слоями небольшого сечения, благодаря чему структура сварного соединения улучшается, а внутренние напряжения и деформации снижаются;
– зазор между соединяемыми кромками (a). От правильности установленного зазора и подобранного режима сварки зависит, насколько полным будет провар по сечению соединения при формировании первого (корневого) слоя шва;
– притупление кромок (S), необходимое для того, чтобы придать процессу наложения корневого шва определенную устойчивость. Игнорирование этого требования приводит к пережогу металла при сварке;
– длина скоса листа в том случае, если имеется разница по толщине (L). Этот элемент позволяет обеспечивать плавный и постепенный переход от более толстой детали к тонкой, что снижает или устраняет риск концентрации напряжений в сварных конструкциях;
– смещение кромок по отношению друг к другу (). Поскольку это снижает прочностные характеристики соединения, а также способствует непровару металла и образованию очагов напряжений, ГОСТом 5264-80 установлены допустимые нормы, в частности смещение должно составлять не более 10 % толщины металла (максимум 3 мм).
Таким образом, при подготовке к сварке необходимо выполнить следующие требования:
– очистить кромки от загрязнений и коррозии;
– снять фаски соответствующего размера (по ГОСТу);
– установить зазор в соответствии с ГОСТом, разработанным для того или иного типа соединения.
О некоторых видах кромок уже говорилось ранее (хотя они и рассматривались в другом аспекте) при описании стыковых соединений, но тем не менее необходимо еще раз заострить на этом внимание (рис. 43).
Рис. 43. Виды кромок, подготовленных к сварке: а – со скосом обеих кромок; б – со скосом одной кромки; в – с двумя симметричными скосами одной кромки; г – с двумя симметричными скосами двух кромок; д – с криволинейным скосом двух кромок; е – с двумя симметричными криволинейными скосами двух кромок; ж – со скосом одной кромки; з – с двумя симметричными скосами одной кромки
Выбор того или иного вида кромок определяется рядом факторов:
– способом сварки;
– толщиной металла;
– способом соединения изделий, частей и пр.
Для каждого способа сварки разработан отдельный стандарт, в котором указаны форма подготовки кромок, размер шва и допустимые отклонения. Например, ручная дуговая сварка осуществляется по ГОСТу 5264-80, контактная – по ГОСТу 15878-79, электрошлаковая – по ГОСТу 1516468 и т. д.
Кроме того, имеется стандарт на графическое обозначение сварного шва, в частности ГОСТ 2.312-72. Для этого используется наклонная линия с односторонней стрелкой (рис. 44), которая указывает участок шва.
Рис. 44. Графическое обозначение сварных швов
Характеристика шва, рекомендованный способ сварки и иная информация представлены над или под горизонтальной полкой, соединенной с наклонной линией-стрелкой. Если шов видимый, т. е. находится на лицевой стороне, то характеристика шва дается над полкой, если невидимый – под ней.
К условным обозначениям сварного шва относятся и дополнительные знаки (рис. 45).
Рис. 45. Дополнительные обозначения сварного шва: а – прерывистый шов с цепной последовательностью участков; б – прерывистый шов с шахматной последовательностью участков; в – шов по замкнутому контуру; г – шов по незамкнутому контуру; д – монтажный шов; е – шов со снятым усилением; ж – шов с плавным переходом к основному металлу
Для различных видов сварки приняты буквенные обозначения:
– дуговая сварка – Э, но поскольку этот вид наиболее распространенный, то в чертежах буква может и не указываться;
– газовая сварка – Г;
– электрошлаковая сварка – Ш;
– сварка в среде инертных газов – И;
– сварка взрывом – Вз;
– плазменная сварка – Пл;
– контактная сварка – Кт;
– сварка в углекислом газе – У;
– сварка трением – Тр;
– холодная сварка – Х.
При необходимости (если реализуется несколько способов сварки) перед обозначением той или иной разновидности располагают буквенное обозначение используемого способа сварки:
– ручная – Р;
– полуавтоматическая – П;
– автоматическая – А.
– дуговая под флюсом – Ф;
– сварка в активном газе плавящимся электродом – УП;
– сварка в инертном газе плавящимся электродом – ИП;
– сварка в инертном газе неплавящимся электродом – ИН.
Для сварных соединений также имеются специальные буквенные обозначения:
– стыковое – С;
– тавровое – Т;
– нахлесточное – Н;
– угловое – У.
По цифрам, проставленным после букв, определяют номер сварного соединения по ГОСТу на сварку.
Обобщая сказанное выше, можно констатировать, что условные обозначения сварных шов складываются в определенную структуру (рис. 46).
Рис. 46. Структура условных обозначений сварного шва: 1 – сварной шов; 2 – вспомогательные знаки шва по замкнутой линии; 3 – дефис; 4 – вспомогательные знаки; 5 – для прерывистого шва – длина шва, знак
или
, шаг; 6 – для точечного шва – размер точки; 7 – для контактной сварки – диаметр точки, знак
или
, шаг; 8 – для шовной сварки – длина шва; 9 – ширина и длина шва, знак или, шаг; 10 – знак и катет по стандарту; 11 – условное изображение способа сварки; 12 – тип шва; 13 – стандарт соединения
В качестве примера расшифруем обозначение:
– шов располагается на невидимой стороне – обозначение находится под полочкой;
– тавровое соединение, шов № 4 по ГОСТу 14771-76 – Т4;
– сварка углекислом газе – У;
– сварка полуавтоматическая – П;
– длина катета 6 мм –
6;
– шов прерывистый с шахматным расположением участков – 50
150.Дефекты сварных соединений
Несоответствие сварного соединения техническим требованиям, изложенным в нормативной документации, называется дефектом. ГОСТы регламентируют все необходимые параметры (конструктивные размеры, форму сварного шва, его прочность, пластичность, геометричность и др.), которые должны быть выдержаны при выполнении сварочных работ.
Однако соединения могут отклоняться от заданных в нормативно-технической документации параметров, что нередко приводит к разрушению как самого сварного шва, так и всей конструкции, что, разумеется, нельзя считать положительным моментом. Чтобы не допускать такого развития событий, необходимо точно знать, какими дефектами могут сопровождаться сварочные работы, каковы их причины и способы предупреждения или устранения.
В сварных соединениях могут возникать различные дефекты. В соответствии с расположением они подразделяются на две большие группы – наружные и внутренние.
К наружным относятся следующие дефекты:
1. Дефекты формы шва (рис. 47), процесс формирования которых непосредственным образом связан с выбранным режимом сварки (прежде всего с величиной, родом и полярностью тока, напряжением дуги и скоростью сварки) и пространственным положением сварного соединения.
Рис. 47. Дефекты формы шва: а – неравномерная ширина; б – бугры и седловины
Имеют значение также квалификация сварщика (отсутствие или недостаточность которой приводят к наложению неравномерных по ширине швов, образованию бугров и седловин вследствие неравномерности приложенных усилий), неправильное манипулирование электродом и нарушение величины зазора кромок. Все это заканчивается ухудшением прочностных характеристик сварного соединения и образованием внутренних дефектов.
2. Подрезы (углубления) в основном металле, появляющиеся по краям сварного шва (рис. 48).
Рис. 48. Подрез сварного шва: а – в стыковом соединении; б – в горизонтальном шве на вертикальной поверхности; в – в угловом шве таврового соединения; 1 – подрез
Их глубина может доходить до нескольких миллиметров. Причины подрезов различны. Например, это могут быть большая сила тока, высокое напряжение, смещение электрода по отношению к оси шва, проблемное пространственное положение, затрудняющее сварку, или низкая квалификация исполнителя работ.
В результате подрезов рабочая толщина металла уменьшается, они становятся очагами концентрации внутренних напряжений, развивающихся при нагрузке, и в процессе эксплуатации изделия или конструкции могут привести к разрушению соединения. Наибольшую опасность представляют подрезы, направленные поперек усилий, которые воздействуют на них в угловых и стыковых швах.
Возникновение подреза зависит от соотношения между скоростью затвердевания (кристаллизации) сварного шва и скоростью заполнения углубления расплавленным металлом. Отсюда следует, что для недопущения или устранения данного дефекта необходимо либо снизить скорость кристаллизации, либо повысить скорость заполнения углубления. Как правило, прибегают к первому варианту, для чего проводят предварительный подогрев свариваемых частей (этот способ работает благодаря улучшению смачиваемости твердого металла жидким за счет имеющейся между ними разности температур) или осуществляют многоэлектродную сварку.
3. Прожоги (рис. 49), т. е. сквозные отверстия в сварном шве, причины появления которых весьма различны.
Рис. 49. Прожог в горизонтальном шве
Повышение погонной энергии сварочной дуги приводит к увеличению объема жидкого металла. Если это произошло в результате повышения силы сварочного тока, то одновременно возрастет и давление дуги. Совокупность описанных процессов может привести к тому, что силы гидростатического давления и давления сварочной дуги превысят силу поверхностного натяжения расплавленного металла, который вытечет, образовав прожог.
Причинами прожога могут стать неравномерная скорость сварки, большой зазор между свариваемыми частями, соединение элементов из тонкого металла (это особенно частая причина прожога, так как ширина сварочной ванны становится такой, что превосходит толщину металла), некачественный первый слой в многослойном шве или выполнение вертикального шва в направлении снизу вверх.
4. Поджоги, которые возникают при возбуждении сварочной дуги в непосредственной близости от разделки кромок. Такие дефекты подлежат обязательному удалению, поскольку они превращаются в центры концентрации внутренних напряжений.
5. Наплывы (рис. 50), ставшие следствием ряд таких причин, как увеличенная сила тока в сочетании с длинной сварочной дугой и большой скоростью сварки, чрезмерный наклон сварного шва, выполнение шва в трудном пространственном положении и вертикального шва снизу вверх, ошибки при манипулировании электродом и неопытность сварщика. Они бывают локальными и значительными по длине.
Рис. 50. Наплывы расплавленного металла: а – в горизонтальном шве; б – в нахлесточном соединении; в – в тавровом соединении; г – в стыковом соединении либо при наплавке валиков
6. Незаваренный кратер. Если при окончании сварки дуга неожиданно обрывается, то на металле появляется углубление – кратер. Его размеры определяются силой сварочного тока. Оставленный незаваренным кратер – это источник концентрации внутренних напряжений, которые снижают прочность соединения. Если сварка осуществляется без выводных планок, то кратер надо заварить и оборвать дугу на заваренном участке шва. Нельзя выводить кратер в зону основного металла, поскольку это чревато образованием подреза.
7. Поры (рис. 51), вышедшие на поверхность.
Рис. 51. Пористость металла шва: а – равномерная; б – очаговая; в – в виде цепочки
Их появление объясняется содержанием газов в расплавленном металле. В этот момент их еще можно удалить из сварочной ванны, но если они появились в момент кристаллизации металла шва, то останутся в виде газовых пор. Причинами возникновения пористости являются использование отсыревших электродов, повышенная скорость сварки, длинная дуга, загрязненные кромки разделки и некачественная защита шва при сварке в среде защитных газов.
Равномерные поры – это результат действия постоянных факторов, таких как загрязненность кромок, влажные электроды и неравномерная толщина их покрытия. Одиночные поры – это последствие случайных факторов, в частности скачков напряжения в сети, локальных дефектов в электродном покрытии, случайного увеличения длины дуги.
Очаги (скопления) пор формируются при нарушении режима сварки, применении электродов с некачественным покрытием или загрязненности кромок.
Меры предотвращения пористости содержатся в уже названных причинах, хотя есть и другие. Например, использование обратной полярности при работе на постоянном токе, снижение температуры расплавленного металла сварочной ванны, устранение неметаллических включений в металле и др.
8. Трещины (рис. 52), которые представляют собой наиболее опасные дефекты швов. Они могут быть продольными или поперечными и возникать как в наплавленном, так и в основном металле.
Рис. 52. Трещины: а – в наплавленном металле шва; б – в зоне термического влияния
Трещины образуются, когда в металле формируются напряжения в результате неравномерного нагревания и охлаждения, когда происходят усадка и изменения величины зерен металла и их расположения; когда сварка ведется при низкой температуре; когда соединяются в жестко зафиксированных изделиях или конструкциях конструкционные и легированные стали и пр. Трещины подлежат обязательному устранению: их вырубают и повторно заваривают.
К группе внутренних дефектов относятся следующие:
1. Трещины. Причины их появления и способы ликвидации такие же, что и при образовании и устранении наружных трещин.
2. Непровары корня шва и кромки (рис. 53). Это серьезный дефект, который выглядит как несплавление электродного металла с основным.
Рис. 53. Непровар: а – корня сварного шва; б – кромки
Помимо того, что в зоне непровара прочность шва резко ухудшается, здесь образуются очаги напряжения, снижающие сопротивляемость шва внешним нагрузкам при эксплуатации изделия или конструкции.
Причины непровара различны, среди них могут быть недостаточный ток, низкая мощность горелки, несоответствующий прогрев металла при ускоренном манипулировании электродом или горелкой, проникновение в шов шлака или пленки окислов, малый угол скоса кромок, некачественная подготовка кромок к сварке.
Как и в предыдущем случае, непровар аккуратно вырубают, после чего снова заваривают дефектный участок, предварительно выяснив причину непровара;
3. Поры, возникающие при поглощении жидким металлом газов, которые не успели полностью выделиться в процессе работы.
Другая причина порообразования – выкрашивание каплевидных включений металла и шлака, поскольку мельчайшие капли металла, покрытые пленкой окислов, попав в сварочную ванну, не сплавляются с металлом шва.
Наличие пор приводит к тому, что шов становится проницаемым и разрушается под воздействием газов и жидкостей. Поры подлежат вырубанию и повторному завариванию, а при газовой сварке – проковке.
4. Шлаковые включения, проникающие в металл при ведении сварки длинной дугой и окислительным пламенем. Как и поры, они негативно отражаются на сечении шва, снижая его прочность.Контроль качества сварного шва
Чтобы обеспечить высокое качество и прочность сварных соединений, весь технологический процесс сварки необходимо тщательно отслеживать. Причем делать это нужно на всех этапах, включая:
– предварительный контроль, подразумевающий проверку сварочных материалов (флюсов, электродов, проволоки и пр.), оборудования, инструментов и др.;
– операционный контроль, во время которого определяются подготовленность изделий под сварку, ее соответствие стандартам и техническим условиям, качество присадок и состояние контрольно-измерительной аппаратуры, а также контролируются режимы сварки и соблюдение технологии наложения сварных швов;
– контроль уже готовых соединений, который осуществляется после завершения сварочных работ или термической обработки изделия.
Методы контроля выполненных соединений и швов бывают разрушающими и неразрушающими. Они указаны в ГОСТах и классифицируются на несколько видов:
1) внешний контроль, с помощью которого обнаруживаются наружные дефекты сварных швов (подрезы, трещины, неравномерность швов по высоте и ширине, поры, непровар корня шва и др.). Для этого прибегают к визуальному осмотру, который может проводить с применением лупы с десяти– или двадцатикратным увеличением (при этом можно заметить волосяные трещины и мельчайшие поры) или без нее. Для проверки размеров сварных швов используют шаблоны и универсальный измерительный инструмент;
2) металлографические исследования, для проведения которых в шве и основном металле просверливают отверстие, которое в течение 1–3 минут обрабатывают 10 %-ным раствором двойной соли хлорной меди и аммония. После удаления осадка меди поверхность осматривают на предмет наличия внутренних дефектов и определяют качество провара. Для особо ответственных сварных конструкций предназначена проверка микро– и макрошлифов, вырезанных из сварного соединения. На основании полученных результатов делается вывод о правильности примененного режима сварки;
3) химический анализ, целью которого является установление состава основного и наплавленного металла и его соответствия техническим условиям;
4) механические испытания, которые проводятся на образцах, специально изготовленных или вырезанных из соединения, и должны определить предел прочности на растяжение (образец тестируют с помощью разрывной машины), ударную вязкость (образец со специально проделанным надрезом разрушают путем нанесения ударов: чем больше будет работа, потребовавшаяся для этого, тем данный параметр выше) и угол загиба (образец помещают на две опоры и изгибают под прессом, по углу возникшей трещины судят о пластичности металла: наилучшим считается шов, угол загиба которого составляет 180°);
5) рентгенодефектоскопия, в основе которой лежит явление поглощения веществами рентгеновских лучей. Их направляют на шов, подложив под него фотопленку. Дефектные участки обнаруживают по способности пропускать лучи с меньшим поглощением, чем основной металл. На проявленной пленке контуры дефектов отчетливо видны;
6) гамма-дефектоскопия, основанная на принципе различного поглощения гамма-лучей разными веществами. В результате анализа получают теневой снимок сварного шва;
7) магнитографический контроль, основанный на исследовании магнитных полей рассеяния на намагниченном изделии. Разработаны разные методы контроля, например магнитно-порошковый, индукционный, магнитографический и пр. Первый из них наиболее простой и заключается в том, что намагниченное изделие покрывают магнитным порошком или специальной суспензией. По качественно выполненному шву состав распределяется равномерно, а при наличии дефектов он скапливается по краям пор, трещин и т. д.;
8) ультразвуковые исследования, при проведении которых ультразвуковые колебания проникают вглубь металла и отражаются от дефектных участков, например от неметаллических включений. Особый прибор, применяемый для анализа такого рода, называется дефектоскопом;
9) проверка на герметичность, осуществляемая разными методами и подразделяющаяся на испытания:
– керосином. Им покрывают внутреннюю поверхность емкости, рассчитанной на работу без повышенного давления. Затем сварные швы смачивают водным раствором мела. Если в них имеются поры, трещины и другие сквозные дефекты, то керосин, просочившись сквозь них, обозначит эти места выступившими пятнами;
– сжатым воздухом. Его нагнетают в емкость, предварительно смочив швы мыльной эмульсией. Появившиеся на поверхности пузыри укажут местонахождение дефекта. Изделие небольшого размера просто погружают в ванну с водой и определяют наличие дефекта по пузырькам воздуха, поднимающимся к поверхности;
– вакуум-аппаратом. Он применяется для контроля сварных швов с односторонним доступом, когда описанные выше методы невозможно осуществить. Изделие со швом, смазанным мыльной эмульсией, помещают в камеру со стеклянным окошком и откачивают из нее воздух. При наличии дефекта появятся мыльные пузыри, которые обозначат его расположение;
– аммиаком. Для этого емкость заворачивают в бумагу, обработанную 5 %-ным водным раствором азотнокислой ртути, после чего внутрь под соответствующим техусловиям давлением нагнетают воздух и вводят аммиак (1 % от объема воздуха). Он, проникнув сквозь имеющиеся дефекты и вступив в реакцию с азотнокислой ртутью, проявится на бумаге черными пятнами;
– водой. Гидравлическими исследованиями проверяют плотность и прочность сварных швов на различных изделиях (резервуарах, трубопроводах и др.), функционирующих под давлением. Для проверки емкость заполняют водой и с помощью гидравлического пресса повышают давление (оно должно превосходить рабочее примерно в 1,5 раза). Через определенный промежуток времени, который указан в техусловиях, давление снижают, сварной шов обстукивают (за исключением вертикальных цилиндрических резервуаров), отступив от него на 20 мм, и отслеживают появление запотевания или протечек.
Ручная дуговая сварка
Сварочная дуга
Продолжительный электрический разряд, который наблюдается при атмосферном давлении в газовой среде между двумя электродами, называется сварочной дугой. Если она образуется между электродами, роль одного из которых играет металлический или угольный стержень (электрод), а другого – свариваемый металл, тогда такая дуга называется дугой прямого действия. В том случае, если два электрода находятся под некоторым углом относительно друг друга, она называется дугой косвенного действия. Первая применяется в большинстве наиболее распространенных видов сварки, а вторая, будучи менее удобной, – при некоторых специальных видах сварки, например при атомно-водородной. При сочетании обоих видов дуги образуется комбинированная дуга.
Схематическое изображение дуги прямого и косвенного действия показано на рис. 54.
Рис. 54. Схема сварочной дуги: а – прямого действия; б – косвенного действия; 1 – электрод; 2 – газовое облако; 3 – столб дуги; 4 – соединяемая часть; 5 – анодное пятно; 6 – сварочная ванна; 7 – кратер; 8 – катодное пятно
Дуга прямого действия представлена столбом с основанием в углублении, которое возникает на поверхности сварочной ванны. Форма столба дуги бывает цилиндрической или чуть конической. Его верхняя часть контактирует с раскаленным концом электрода. Эта зона называется катодным пятном. Противоположным ему является анодное пятно, образованное основанием столба в зоне его соприкосновения со свариваемым металлом (напомним, что катод заряжен положительно, а анод – отрицательно). Если значение сварочного тока не превышает средних показателей, т. е. составляет примерно 200–300 А, то диаметр катодного пятна приблизительно в 1,5–2 раза меньше анодного.
Столб дуги образует вещество, состоящее из раскаленных и сильно ионизированных газов, которое называется плазмой. В нем сконцентрировано основное количество энергии сварочной дуги, в связи с чем его осевая часть является зоной самой высокой температуры (5500–7800 °C), и она тем выше, чем больше плотность тока в сварочной дуге. Столб дуги окружает ореол пламени (факел дуги). Его образуют пары и газы, температура которых более низкая.
Для возбуждения и горения сварочной дуги необходимы определенные условия. Если рассматривать газы и пары в стандартных условиях, то они оказываются электрически нейтральными и практически не проводят электрический ток. Прохождение последнего через газовую среду возможно только в том случае, если в ней появляются электрически заряженные частицы – электроны, положительные и отрицательные ионы, которые становятся переносчиками электрического тока. (Попутно заметим, что электрон представляет собой материальную частицу, масса которой в 1840 раз меньше массы самого легкого атома – атома водорода, которая несет один отрицательный электрический заряд. Ион – это атом или молекула вещества, может быть либо только положительным, либо только отрицательным.) Такой газ получил название ионизированного. От количества заряженных частиц зависит степень ионизации газа: чем их больше, тем выше степень ионизации, следовательно, и электропроводность газа тоже возрастает.
Читать бесплатно другие книги:
