Электрическая дуговая сварка

При зажигании дуги напряжение между электродами и свариваемым изделием обычно равно 60 В, для электродов отдельных промышленных марок напряжение холостого хода должно быть повышено до 70 В. При замыкании сварочной цепи напряжение падает почти до нуля и после возбуждения дуги поддерживается в пределах 16-30 В в зависимости от длины дуги и марки электрода. 

На рис. 1 приведена статическая характеристика дуги. Точка А соответствует моменту зажигания дуги; точка Б – точка устойчивого горения дуги.

Основными характеристиками процесса плавления электрода являются количество расплавленного металла gэ и относительные потери Ψ (коэффициент потерь) электродного металла в процессе сварки из-за разбрызгивания, испарения и окисления.

При установившемся процессе сварки плавление электрода под действием дуги происходит равномерно по следующей приближенной зависимости, установленной опытным путем при большой плотности тока: gэ=αрIt, где αр – коэффициент расплавления, определяемый опытным путем, r/A*ч; I –сила тока, А; t – время горения дуги, ч.

Коэффициент расплавления зависит от материала электродного стержня и состава обмазки, покрывающей его поверхность, от рода и полярности тока и колеблется в пределах 8-14 r/A*ч. При сварке на постоянном токе он несколько повышается.

Электрическая дуговая сварка обладает основными параметрами режима сварки: - силой сварочного тока; - напряжением дуги; - скоростью сварки.

Выбор электрода определяется в зависимости от химического состава свариваемого металла, согласно паспортным данным изготовителя электродов, руководствуясь каталогами на электроды.

При дуговой электрической сварке диаметр электрода выбирают в зависимости от - толщины свариваемого металла; - положения шва в пространстве; - размеров изделия.

По принятому диаметру электрода и положению шва в пространстве подбирают сварочный ток. 

Зависимость силы тока от диаметра электрода показа на рис.2, где между штриховыми кривыми заключены допустимые отклонения силы тока. Сила тока увеличивается быстрее, чем диаметр электрода, и медленнее, чем площадь его сечения. 

Сварку швов в вертикальном и потолочном положениях выполняют, как правило, электродами диаметром не более 4 мм. При этом сила тока должна быть на 10-20% ниже, чем для сварки в нижнем положении. 

На рис. 3 показаны траектории движения конца электрода: а) при наплавке усиленного валика; б), в), г) - при выполнении углового шва с усиленным прогревом соответственно его краев, одного края и середины шва.

Для получения валика постоянной ширины необходимо, чтобы в процессе сварки поперечные колебания электрода и скорость его перемещения вдоль шва не менялись, при этом амплитуда поперечных колебаний не должна превышать 2-4 электрода.

Увеличение диаметра электрода ограничено возможностью возникновения прожогов свариваемого изделия, затруднением сварки швов в вертикальном и потолочном положениях, а также возникновением непровара при наложении первого слоя, который в многослойном шве обычно выполняют электродами диаметром 4-5 мм.

При укладке первого слоя многослойного шва электрод ведут без поперечных колебаний.

Особенности выполнения швов различных типов

Влияние магнитных полей на сварочную дугу. Столб сварочной дуги можно рассматривать как гибкий проводник, по которому проходит электрический ток. Собственное магнитное поле дуги и поле сварочного контура (ферромагнитных масс) вызывает явление, известное под названием «магнитного дутья».

На магнитное дутье влияют следующие факторы:
- место подвода тока и изделия;
- толщина свариваемого металла;
- конфигурация изделия и пр.

Под влиянием магнитных полей сварочная дуга может перемещаться и изменять форму.

Магнитное дутье может затруднять сварку дугой постоянного тока, особенно при повышении его значения, так как сила воздействия магнитного поля приблизительно пропорциональна квадрату тока. Продольное магнитное поле улучшает технологические свойства дуги; под действием поперечного магнитного поля сварочная дуга отклоняется.

На рис. 4 а), б), в) показаны схемы отклонений сварочной дуги под влиянием магнитного поля в зависимости от положения обратного сварочного провода на свариваемом металле.

На рис. 4 а) сварочный провод находится непосредственно под дугой. В этом случае дуга находится в равномерном магнитном поле, которое её уравновешивает; отклонений дуги не будет.

На рис. 4 б) сварочный провод присоединен слева от дуги. Магнитные поля, сконцентрированные внутри угла, образованного электродом и токоподводящей частью металла, будут отклонять дугу вправо, и, наоборот, - если переместить токопровод вправо от дуги, то магнитное поле будет отклонять дугу влево (рис. 4 в).

Угол наклона электрода к поверхности свариваемого металла также влияет на величину отклонения столба дуги. Чем больше угол наклона, тем сильнее дуга выдувается в сторону, противоположную наклону электроду (рис. 4 г) и д). Как видно из рисунка, изменением угла наклона электрода можно регулировать величину отклонения дуги под влиянием магнитного дутья. Наличие вблизи дуги значительных ферромагнитных масс (массивных стальных деталей) оказывает влияние на отклонение дуги.

С явлением магнитного дутья сварщик сталкивается при сварке угловых (рис. 4 е) и стыковых (рис.4 ж) швов, когда дуга отклоняется на одну из кромок и затрудняет сварку.

При сварке на переменном токе магнитное дутье влияет на дугу значительно слабее. Магнитный поток, создаваемый в сварочном контуре переменным током, индуктирует в массе основного металла токи Фуко (вихревые токи), которые порождают переменное поле, сдвинутое почти на 1800 по отношению к сварочному току. Результирующий магнитный поток, равный геометрической сумме магнитных потоков сварочного и вихревых токов, значительно меньше магнитного потока при постоянном токе; кроме того, он сдвинут по фазе относительно сварочного тока, что ослабляет электромагнитную силу взаимодействия магнитного поля с током.

Для ослабления нежелательного действия магнитного дутья при сварке рекомендуется применять следующие меры:
- изменять наклон электрода;
- изменять место подключения сварочного провода к изделию;
- применять переменный ток и т.п.