Сущность способа. К электроду и свариваемому изделию для образования и поддержания сварочной дуги от источников сварочного тока подводится постоянный и переменный ток (рисунок 24). Дуга расплавляет металлический стержень электрода, его покрытие и основной металл. Расплавляющийся металлический стержень электрода в виде отдельных капель, покрытых шлаком, переходит в сварочную ванну. В сварочной ванне электродный металл смешивается с расплавленным металлом изделия (основным металлом), а расплавленный шлак всплывает на поверхность.
Рисунок 24 - Ручная дуговая сварка металлическим электродом: 1 - металлический стержень; 2 - покрытие электрода; 3 - газовая атмосфера дуги; 4 - сварочная ванна; 5 – затвердевший шлак; 6 - закристаллизовавшийся металл шва; 7 - основной металл (изделие); 8 - капли расплавленного электродного металла; 9 - глубина проплавления с покрытием (стрелкой указано направление сварки)
Глубина, на которую расплавляется основной металл, называется глубиной проплавления. Она зависит от режима сварки (силы сварочного тока и диаметра электрода), пространственного положения сварки, скорости перемещения дуги по поверхности изделия, конструкции сварного соединения, формы и размеров разделки свариваемых кромок и т. п. Размеры сварочной ванны зависят от режима сварки, обычно глубина составляет до 7 мм (ширина 8 - 15 мм, длина 10 - 30 мм). Доля участия основного металла в формировании металла шва обычно составляет 15 - 35 %.
Расстояние от активного пятна на расплавленной поверхности электрода до другого активного пятна дуги на поверхности сварочной ванны называется длиной дуги. Расплавляющееся покрытие электрода образует вокруг дуги и над поверхностью сварочной ванны газовую атмосферу, которая, оттесняя воздух из зоны сварки, препятствует взаимодействиям его с расплавленным металлом. В газовой атмосфере присутствуют также пары основного и электродного металлов и легирующих элементов. Шлак, покрывая капли электродного металла и поверхность расплавленного металла сварочной ванны, способствует предохранению их от контакта с воздухом и участвует в металлургических взаимодействиях с расплавленным металлом.
Кристаллизация металла сварочной ванны по мере удаления дуги приводит к образованию шва, соединяющего свариваемые детали. При случайных обрывах дуги или при смене электродов кристаллизация металла сварочной ванны приводит к образованию сварочного кратера (углублению в шве, по форме напоминающему наружную поверхность сварочной ванны). Затвердевающий шлак образует на поверхности шва шлаковую корку.
Ввиду того что от токоподвода в электрододержателе сварочный ток протекает по металлическому стержню электрода, стержень разогревается. Этот разогрев тем больше, чем дольше протекание по стержню сварочного тока и чем больше величина последнего. Перед началом сварки металлический стержень имеет температуру окружающего воздуха, а к концу расплавления электрода температура повышается до 500 - 600 оС (при содержании в покрытии органических веществ - не выше 250 оС). Это приводит к тому, что скорость расплавления электрода (количество расплавленного электродного металла) в начале и конце различна. Изменяется и глубина проплавления основного металла ввиду изменения условий теплопередачи от дуги к основному металлу через прослойку жидкого металла в сварочной ванне. В результате изменяется соотношение долей электродного и основного металлов, участвующих в образовании металла шва, а значит и состав, и свойства металла шва, выполненного одним электродом. Это один из недостатков ручной дуговой сварки покрытыми электродами.
Зажигание и поддержание дуги. Перед зажиганием (возбуждением) дуги следует установить необходимую силу сварочного тока, которая зависит от марки электрода, пространственного положения сварки, типа сварного соединения и др. Зажигать дугу можно двумя способами. При первом способе электрод приближают вертикально к поверхности изделия до касания металла и быстро отводят вверх на необходимую длину дуги. При втором - электродом вскользь «чиркают» по поверхности металла. Применение того или иного способа зажигания дуги зависит от условий сварки и от навыка сварщика.
Условия зажигания и горения дуги.
Дугу возбуждают двумя способами: касаниемлибо чирканьем, сущность
которых показана на рис. 66.
Рис.2. Схема зажигания дугового разряда прямым касанием (а) и чирканьем (б)
При короткомзамыкании происходит соприкосновение торца электрода с
изделием. Поскольку торецэлектрода имеет неровную поверхность, контакт
происходит не по всей плоскости торца электрода (рис. 3).
Контрольныевопросы
1. Как правильно организовать рабочее место электросварщика при наплавке отдельных валиков в нижнем положении шва?
2. Какие движения электродом необходимы при наплавке отдельных валиков?
3. Как повторно зажечь дугу при смене электрода или случайном ее обрыве?
4. Как заварить кратер в конце шва?
5. Как влияет длина дуги на качество наплавленного металла?
6. Какие правила техники безопасности применяются при наплавочных работах?
Рис. 3. Контакт торца электрода с изделием в момент короткого замыкания
В точкахконтакта плотность тока достигает весьма больших величин и под
действием выделившейся теплоты в этих точках металл мгновенно расплавляется.
В моментотвода электрода от изделия зона расплавленного металла (жидкий
мостик) растягивается, сечение уменьшается, а температура металла
увеличивается, происходитбыстрое испарение (взрыв металла). В этотмомент
разрядный промежутокзаполняется нагретыми ионизированными частицами
паров металла, электродного покрытия и воздуха - возникает сварочная дуга.
Процесс возникновениядуги длится всего доли секунды. Ионизация газовв
дуговом промежуткев начальный момент возникает в результате
термоэлектронной эмиссиис поверхности катода, вследствие нарушения структуры в результате резкого
перегрева ирасплавления металла и электродного покрытия. Увеличение плотностиэлектронного потока
происходит такжеза счет окислов и образовавшихся поверхностных слоев расплавившихся флюсов или
электродных покрытий, снижающих работу выхода электронов. В моментразрыва мостика жидкого металла
напряжение на дуге возрастает, что способствует развитию автоэлектронной эмиссии. Увеличение напряжения на
дуговом промежуткеповышает плотность тока эмиссии, электроны накапливают кинетическую энергиюдля
неупругих столкновений с атомами металла и переводят их в ионизированное состояние, увеличивая тем самым
число электронов и, следовательно, проводимость дугового промежутка. В результате ток увеличивается, а
напряжение падает. Это происходитдо определенного предела, а затем начинается устойчивое состояние
дугового разряда - горение дуги
Условия зажигания и горения дуги.
Дугу возбуждают двумя способами: касаниемлибо чирканьем, сущность
которых показана на рис. 66.
Рис.2. Схема зажигания дугового разряда прямым касанием (а) и чирканьем (б)
При короткомзамыкании происходит соприкосновение торца электрода с
изделием. Поскольку торецэлектрода имеет неровную поверхность, контакт
происходит не по всей плоскости торца электрода (рис. 3).
Рис. 3. Контакт торца электрода с изделием в момент короткого замыкания
В точкахконтакта плотность тока достигает весьма больших величин и под
действием выделившейся теплоты в этих точках металл мгновенно расплавляется.
В моментотвода электрода от изделия зона расплавленного металла (жидкий
мостик) растягивается, сечение уменьшается, а температура металла
увеличивается, происходитбыстрое испарение (взрыв металла). В этотмомент
разрядный промежутокзаполняется нагретыми ионизированными частицами
паров металла, электродного покрытия и воздуха - возникает сварочная дуга.
Процесс возникновениядуги длится всего доли секунды. Ионизация газовв
дуговом промежуткев начальный момент возникает в результате
термоэлектронной эмиссиис поверхности катода, вследствие нарушения структуры в результате резкого
перегрева ирасплавления металла и электродного покрытия. Увеличение плотностиэлектронного потока
происходит такжеза счет окислов и образовавшихся поверхностных слоев расплавившихся флюсов или
электродных покрытий, снижающих работу выхода электронов. В моментразрыва мостика жидкого металла
напряжение на дуге возрастает, что способствует развитию автоэлектронной эмиссии. Увеличение напряжения на
дуговом промежуткеповышает плотность тока эмиссии, электроны накапливают кинетическую энергиюдля
неупругих столкновений с атомами металла и переводят их в ионизированное состояние, увеличивая тем самым
число электронов и, следовательно, проводимость дугового промежутка. В результате ток увеличивается, а
напряжение падает. Это происходитдо определенного предела, а затем начинается устойчивое состояние
дугового разряда - горение дуги