Определение режима сварки.

Определяют значение сварочного тока

Вычисляют скорость сварки

Диаметр электрода выбирают по значению сварочного тока:

Диаметр проволоки, мм	Плотность тока, А/мм2	Сварочный ток, А
1,2	100-200	110-220
1,6	75-180	150-360
2,0	65-160	200-500
3,0	45-90	300-600
4,0	35-60	400-800
5,0	30-50	600-1000
6,0	25-45	800-1200

Необходимо учитывать, что при полуавтоматической сварке наибольший диаметр 2 мм; при автоматической же сварке целесообразно применять проволоку диаметром более 2 мм.

8. Технология приварки шпилек и сварки эл.заклепками.

Для приварки шпилек необходимо иметь специальную установку и флюсовые шайбы. Флюсовые шайбы обычно приготовляют из мелко размолотого флюса (90%) и жидкого стекла (10% по массе). Шайбы формуют, подвергают воздушной сушке (10—12 ч) и прокалке в печи при темпера­туре 350—400°С (30 мин). Внутренний диаметр шайб на 1 мм больше диаметра шпильки; наружный диаметр —15—20 мм; высота — 6—10 мм.

Флюсовые шайбы при их расплавлении создают шлаковую защиту сварочной ванны от воздуха, легируют металл ванны и обеспечивают правильное формирование шва. До сварки места приварки шпилек защищают механическим способом; у шпилек диаметром более 8 мм привариваемые концы затачивают на конус высотой 2 мм с углом 90°.

Рекомендуемые режимы приварки шпилек

Диаметр шпильки, мм	Сварочный ток, А	Время сварки, сек.
		0,25
		0,35
		0,65
		0,8
		1,3

Сварку шпилек на вертикальной плоскости и в потолочном положении производят в постоянном токе со снижением сварочного тока на 25—30%.

Электрозаклепочные швы применяются для присоединения набора к тонким листам при изготовлении легких выгородок, платформ и палуб легких судов, судовой мебели и т. п. Сварку выполняют под флюсом на обычных полуавтоматах либо с помощью специальной установки с применением флюсовых шайб.

При сварке полуавтоматами листы толщиной до 3 мм приваривают путем их проплавления (электродная проволока диаметром. 1,6 мм, сварочный ток I = (140-150)d, где d — толщина более тонкого листа, мм; время сварки 0,5—1,5 с).

Сварку электрозаклепок специальным пистолетом на сталях толщиной до 3 мм с применением флюсовых шайб выполняют электродным прутком d_ЭЛ = 3 мм на токе I=150-170 А.

 

9. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ САМОЗАЩИТНОЙ ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКОЙ И ПРОВОЛОКОЙ СПЛОШНОГО СЕЧЕНИЯ

При сварке на стапеле и на открытых площадках замена ручной сварки в вертикальном и потолочном положении механизированной сваркой в СО₂ осложнена сквозняками и ветром, которые нарушают газовую защиту металла и вызывают появление в шве различных дефектов. Предложены два варианта механизированной сварки без газовой защиты для этих условий: сварка порошковой проволокой, сварка проволокой сплошного сечения. Для сварки применяется специализирован­ное оборудование — автомат АДГ-503 и полуавтомат А-1197, а также полуавтоматы, предназначенные для сварки в защитных газах.

Сварку порошковой проволокой (марки ПП-АН1, ПП-АНЗ) производят постоянным током на обратной полярности с использованием источника с жесткой характеристикой.

Механические свойства металла шва при этом способе сварки (в среднем): предел прочности s_в=500-580 Н/м²; относительное удлинение s₅ =18-26%; ударная вязкость a_Н=80-120 Дж/см²; угол загиба j= 120-180°.

Так как коэффициент наплавки при этом способе достигает 13—20 г/(А*ч), сварка характеризуется высокой производительностью.

Сварку проволоками сплошного сечения (марки Св-15ГСТЮЦА, Св-20ГСТЮА) выполняют с применением источников постоянного тока с падающей характеристикой.

Коэффициент наплавки — до 11,7 г/(А-ч).

Механические свойства металла шва характеризуются следующими средними значениями: s_в=525 Н/мм², s_0,2=325 Н/мм²,d₅=17%, a_Н=65Дж/см²

11. Электрическая дуга: температурные условия возбуждения сварочной дуги, ее электрические и магнитные свойства.

Температурные условия в дуге. У мощных (многоамперных) сварочных дуг температура анодного и катодного пятен близка к температуре плавления (если электроды неплавящиеся).

Температура плазмы зависит от плотности тока в ней и от содержания в ней элементов, повышающих или понижающих электрическую проводимость плазмы. Введение в плазму элементов с низким потенциалом ионизации облегчает ионизацию, обеспечивает высокую проводимость плазмы при низких температурах и при неизменном токе приводит к уменьшению температуры плазмы. Введение в плазму элементов с большим сродством к электрону затрудняет ее ионизацию и сопровождается повышением температуры плазмы. Температура плазмы возрастает с увеличением плотности тока в столбе дуги.

Экспериментальные данные показывают, что температура плазмы у дуг с плавящимся электродом находится в пределах 6000—8000° С. У дуг с неплавящимся вольфрамовым катодом температура достигает 10000—15000° С. Температура плазмы сжатой дуги может достигать 20000—30000° С.

Возбуждение сварочной дуги. Процесс осуществляется контактным и неконтактным способами. Контактный способ состоит в замыкании электрода о деталь. При отрыве электрода поверхность катода оказывается нагретой до температуры кипения металла, а межэлектродный промежуток заполненным парами металла. В этих условиях уже при приложений напряжения 60—80 В наступает пробой межэлектродного промежутка (мощная электронная эмиссия с катода) и ионизация газа.

Неконтактный способ предусматривает возбуждение дуги без касания электрода о деталь путем электрического пробоя воздушного промежутка. Пробой осуществляется приложением к электродам напряжения 2000—3000 В (при зазоре между ними 2—3 мм). Для неконтактного возбуждения дуги служит специальный прибор — осциллятор, создающий переменное напряжение с частотой 100—300 кГц. Повышенная частота переменного напряжения необходима для того, чтобы напряжение было неопасно для человека.

Электрические свойства дуги. Режим горения дуги определяют две величины: напряжение и ток. Напряжение на дуге складывается из катодного напряжения Uk, анодного Uа и напряжения на столбе дуги Uст.

Между током и напряжением сварочной дуги заданной (постоянной) длины существует связь, называемая вольт-амперной характеристикой

Для сварочных дуг характерен следующий диапазон напряжений и плотностей токов: ручная сварка—12—25 В, 5—

25 А/мм²; сварка под флюсом —25—45 В, 40—125 А/мм²; сварка в защитных газах — 25—35 В, 100—350 А/мм².

Дуга переменного тока отличается от дуги постоянного тока периодическими изменениями напряжения и тока. В каждый полупериод при снижении напряжения ниже напряжения горения дуги, определяемого статической характеристикой, дуга гаснет. Несмотря на кратковременность прекращения горения, плазма успевает остыть на несколько тысяч градусов, соответственно уменьшается и ее проводимость. Поэтому в каждый последующий полупериод дуга возбуждается при более высоком напряжении (так называемом напряжении зажигания дуги), чем напряжение горения. В результате возникают перерывы в горении дуги продолжительностью t_П, в течение которых возможен ее обрыв.

Магнитные свойства дуги. Столб дуги — это гибкий проводник тока. Его положение легко изменяется внешним магнитным полем. Собственное электромагнитное поле, образующееся вокруг столба дуги, без влияния извне осесимметрично и не искажает столба. Однако поле искажается вблизи несимметрично расположенных масс ферромагнитных тел, при этом столб дуги отклоняется в сторону расположения большей массы, в частности, в сторону уже выполненного шва. Дуга всегда отклоняется в сторону, противоположную точке подведения тока к изделию. Рассмотренное явление называется магнитным дутьем. При приближении дуги к кромкам листа и при наличии в свариваемых листах остаточного магнетизма магнитное дутье может быть столь сильным, что сварка становится невозможной. Чтобы осуществить доброкачественную сварку в таких случаях, прибегают к искусственному уравновешиванию масс ферромагнитных материалов, ослаблению и уравновешиванию потока остаточного магнетизма путем установки на изделии постоянных магнитов; при ручной сварке прибегают к выполнению шва обратноступенчатым способом.

13 ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫЙ ПРОЦЕСС

Источником теплоты при электрошлаковой и ванно-шлаковой сварке служит электрошлаковый процесс — преобразование электрической энергии в теплоту при прохождении тока через слой расплавленного шлака (электролита) (рис.) Шлак, имеющий температуру 1900—2000°С, плавит электрод и кромки листов; своеобразная форма их оплавления обусловлена потоками в ванне шлака (пунктирная линия со стрелками на рис.).

Для образования шлака используются специальные флюсы; пригодны также многие флюсы для дуговой сварки. Процесс обычно начинают с возбуждения дуги. При образовании достаточного объема жидкого шлака процесс становится бездуговым — электрошлаковым. Необходимый объем шлака обеспечивается при толщине листов более 12—16 мм и глубине шлаковой ванны h_ш. в более 20 мм.

Для электрошлакового процесса выполняется связь между током, напряжением и скоростью плавления электрода. Как и дуговой, электрошлаковый процесс обладает способностью к саморегулированию; он устойчив при любом роде тока, при постоянной подаче проволоки и источнике с жесткой характеристикой.

Рис. Схема электрошлакового процесса.

1 — металлическая ванна; 2 — шлаковая ванна: 3 — электрод плавящийся; 4 — токоподвод. Стрелками показаны потоки шлака.

15 ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫОСНОВНОГО МЕТАЛЛА В ЗОНЕ ТЕРМИЧЕСКОГО ВЛИЯНИЯ.

Характер изменений структуры основного металла в ЗТВ, обусловленных его нагревом и охлаждением при сварке, выясняется при сопоставлении линии максимальных температур нагрева основного металла в отдельных точках околошовной зоны с диаграммой состояния сплава. Так как на диаграммах состояния сплавов указываются структуры, образующиеся при очень медленном нагреве и охлаждении (равновесная структура), а при сварке нагрев и охлаждение протекают быстро (образуется неравновесная структура), выявляемая при этом картина является ориентировочной.

 

Рис. Строение основного металла в зоне термического влияния (ЗТВ)

1 — область температур, вызывающих перегрев стали; 2 — линия максимальной температуры нагрева ЗТВ.

Непосредственно ко шву примыкает участок I, металл которого нагревался от температуры начала интенсивного роста зерна аустенита (1100—1200° С) до температуры плавления.

Участок I именуют участком крупного зерна или перегрева.

На участке II металл нагревался выше температуры критической точки А₃, но ниже температуры перегрева. Переход при нагревании критической точки А₁ сопровождается образованием мелкого зерна аустенита.

На участке III (нагрев в интервале критических точек А₁...А₃) происходит неполная перекристаллизация: зерна феррита остаются в исходном состоянии, а зерна перлита измельчаются. Участок III — это переходная область к основному ме­таллу.

Если сварке подвергается термоупрочненная сталь, то в околошовной зоне наблюдается участок отпуска IV (на котором металл нагревался ниже точки А₁;) с пониженной твердостью и временным сопротивлением разрыву, т.е. зная диаграмму состояния мы можем проследить образование феррита и зерен аустенита, образование перлита и бейнита связано с диффузионным распадом аустенита.

Бейнитовое превращение протекает при низких температурах, когда диффузионное перераспределение углерода не успевает завершиться. Поэтому структура бейнита отличается сильно выраженной игольчатостью и большей твердостью по сравнению со структурой перлита.

Свойства мартенсита в большой степени зависят от содержания углерода в стали. При закалке сталей с С<0,26% образуется так называемый дислокационный игольчатый мартенсит, достаточно пластичный, с твердостью до 500 НV..

Корпусные стали делаются малоуглеродистыми, при их сварке скорости охлаждения не превышают 35° С/с, и это усло­вие выполняется.

В ЗТВ стали 09Г2 толщиной 10 мм образуется структура, содержащая около 30% феррита и около 70% перлита, твердость около 180 НV. Такая структура пластична и обеспечивает сварному соединению хорошую работоспособность. У сталей с повышенным содержанием углерода образуется так называемый двойниковый мартенсит, обладающий повышенной твердостью (до 900 НV) и хрупкостью. Стали с повышенным содержанием углерода используются в судовом машиностроении. В сварных соединениях таких сталей мартенсит недопустим (опасность образования трещин). Поэтому технология сварки сталей с высоким содержанием углерода сложна: обычно требуется высокий подогрев при сварке (200—350° С), нередко и отпуск после сварки.

Ширина ЗТВ, нагреваемой от 721 до 1500° С (суммарная ширина участков I, II и III; DT=1500—721 = 779°С):

- при наплавке на массивное тело

- при сварке листа со сквозным проплавлением

При ручной и механизированной электродуговой сварке корпусных сталей суммарная ширина участков I, II и III в ЗТВ находится в пределах 1—5 мм и свойства металла в ЗТВ отрицательного влияния на работоспособность сварных соединений не оказывают. При электрошлаковой сварке листов толщиной более 30—40 мм погонные энергии во много раз превышают значения, характерные для дуговой сварки, ширина зоны соответственно возрастает, а рост зерна на участке I настолько значительный, что в ряде случаев сварные соединения подвергают отжигу для улучшения структуры ЗТВ (а также и шва).

18 Свариваемость металлов

Чтобы облегчить выбор условий сварки введена оценка технологической свариваемости материалов, - это свойство металла или сочетание металлов образовывать при установленной технологии сварки соединения, отвечающая требованиям обусловленным спецификой конструкции при условии ее эксплуатации. Физическая свариваемость – это способность материалов давать неразъемные соединения с межатомной связью (с помощью сварки и пайки). С помощью сварки можно получить высококачественные соединения практически любых пар металлов и сплавов. хорошей свариваемостью обладают те материалы, для которых не требуется создании спец. оснащения и расхода дополнительных материальных и трудозатрат. Материалы, для сварки которых требуется спец оснащение, (сварка с подогревом, термическая обработка соединений и др.), считаются ограниченно сваривающимися. Существуют комплексы испытаний на свариваемость. В них определяется чувствительность основного металла и металла шва к термомеханическому воздействию при сварке (склонность к росту зерна, закалке, образованию трещин). Помимо испытания спец назначения производится комплексные (технологические) пробы, имитирующие реальные условия сварки. Считается что если в металле шва таких пробах не возникают горячие и холодные трещины то они не возникнут и при сварке реальной конструкции.

 

19 Сварочно-технологические характеристики электродов, флюсов, защитных газов и разновидностей сварки

выбор разновидностей сварки обуславливается особенностями сварных соединений и швов, их пространственном положении и техническими показателями, характерными для разновидностей сварки. выбор сварочных материалов производится исходя из требований,предъявляемых к эксплутационным свойствам металла шва(прочность, коррозионная стойкость и др.),и с учетом их сварочно-технологических характеристик. В число этих характеристик входит:

1. Показатели стабильности процесса сварки и требования к источнику питания (степень разбрызгивания металла при сварке, эластичность дуги, требования к роду тока и к напряжению холостого хода источника).

2. Показатели производительности накладки (коэффициент наплавки, производительность наплавки на номинальном для данных электродов токе q_Н=I_НОМ *αн).

3. стоимость единицы массы сварочных материалов и наплавленного металла. 4.показатели технологической прочности наплавленного металла (стойкость швов против образования пор, стойкость металла шва против образования горячих и холодных трещин).

5. гигиенические характеристики процесса сварки (кол-во и состав выделяемой пыли и газов при расплавлении единицы массы проволоки, электродов).

 

20 Классификация процессов сварки

1 группа включает в себя сварки,которые производятся с местным расплавлением соединяемых деталей. Необходимое сближение частиц достигается в момент смачивания,т.е. при такой операции мгновенно. Кристаллизация расплавленного металла обеспечивает соединение деталей с помощью промежуточного элемента- литого металла шва. Разновидности сварки, составляющие эту группу, называются сваркой плавлением.

2 группа включает в себя разновидности сварки, в процессе которой физический контакт между соединяемыми поверхностями достигается с помощью припоя. В результате образуется литой соединительный шов. Разновидности сварки, характеризующиеся таким приемом, называются пайкой.

3 группа содержит в себе разновидности сварки, при котором сближение частиц на контактных поверхностях обеспечивается пластической деформацией выступов т.е. приложено внешнее давление. Разновидности сварки, характер-ся таким приемом, назыв-ся сваркой давления.

Классы и виды процессов сварки:

Для осуществления сварки 1ой и 2ой гр должна подведена энергия в форме теплоты при сварке плавлением. Для 3ей гр.- подведена энергия в форме работы механического сжатия.

В основу классификации сварки металлов положены физические, технические, технологические признаки. Физическим признакам служит форма используемой при сварке энергией. Выделяется 3 класса процессов сварки: термически, термомеханический, механически. Классификация по техническим признакам (защита расплавленного металла от вредных примесей). Классиф по технологическим признакам (способы и приемы осуществления процесса источника теплоты и способы управления).

22 Разновидности сварки плавлением и их характеристика.

Сварка плавлением осущ-ся путем нагрева металла до жидкого состояния в месте соединения деталей.источник энергии и способ ее преобразования в теплоту оказывают решающее влияние на размеры и форму шва, влияют на свойства сварных соединений. Сварку плавлением выполняют с применением защиты металла лт воздуха:физической и химической.

Сварка с использованием энергии химической реакции.1- термическая сварка.сварка основана на процессе металлотермии(восстановление металла из окисла с помощью другого, химически более активного, металла)применительно к сварке сталей в качестве термитов используют смесь порошков окислов железа (окалины) и алюминия. после поджигания смеси идет реакция

3Fe3O4+8AI2O3+9Fe. 1кг смеси выделяет около 3100 кДж теплоты. Под ее воздействием восстановленное железо нагревается до 2200-2400 град С. Поступая в зазор между заформованными в опоке деталями, перегретый металл частично оплавляет свариваемые кромки и, затвердевая, образует шов. 2- газовая сварка. сварка осущ-ся пламенем сжигаемых с помощью спец горелки горючих газов. Пламя не только плавит металл, но и защищает его от воздуха. В качестве горючего газа в основном применяют ацетилен. Окислителем служит чистый кислород. Ацетилен, сгорая в кислороде, дает наивысшую температуру пламени93100-3200грС) по сравнению с другими горючими газами (водород, пары бензина) и обеспечивает наиболее высокую производительность сварки). Сварка обычно выполняется вручную.

Сварка с использованием электрической энергии. 1- электрическая дуговая сварка. Эл.дуга-самый универсальный и распространенный источник теплоты, используемый для сварки плавлением. В большинстве случаев применяют дугу прямого действия (дуга горит между электродами и изделием), реже – косвенного действия (дуга горит между электродами, располагающимися над изделием). В судостроении применяется дуга прямого действия и плавящиеся электроды.сварку можно выполнять вручную, с помощью автоматов и полуавтоматов. Эта сварка может выполняться на переменном и на постоянном токе в различных газовых средах и под водой. а) сварка неплавящимися угольными электродами использ для устранения дефектов.

Б) Сварка покрытыми плавящимися электродами. Покрытие содержит вещества, необходимые для создания газовой и шлаковой защиты металла от воздуха.Недостаток малая производительность труда. В)Сварка под флюсом. Особенности: применение голой электродной проволоки, осуществление токовода к электроду вблизи дуги, горение дуги в газовом пузыре защищает от воздуха слоем флюса, защита слоем флюса пространства окружающего зону сварки от вредного излучения дуги. Г) Св-ка в струе защитных газов. Сварку неплавящимся вольфрамовым электродом выполняют в аргоне, вручную. Защита аргон.Титановые сплавы. Плавящимся электродом осуществляют с помощью автоматов и п/а. Защита СО2.Сварка низколегированных хромоникелевых, аустенитных, нержавеющих сталей. Саврка вертикальных швов выполняется в двух вариантах: 1-аналагично как и покрытыми электродами. 2-с принудительным формированием шва, осуществляемым медными, охлаждаемыми водой ползунам или подкладками. Сварка возможна при толщине листов 12-13мм. Применяется в объеме 40% назаводе. Д) Плазменная сварка: теплота выделяется из плазменной дуги Ионизируется газом заполняющим меж.электродное пространство. Исполбзуется для наплавки. Е) Электр.без дуговая сварка. Электр.энергия преобразуется в теплоту при прохождении тока через ванну расплавленного шлака. Прим-ся для сварки всех сталейтолщиной не менее16-20мм. Ж) ЭЛС-призводится спомощьюпотока злектронов имитируемых горячим катодом и разгоняемым электрическим полем. Происходит в вакууме. Титановые сплавы

Сварка с использованием энергии света. Квантовый генератор накапливает энергиюсвета откварцевой лампы и ли люминесцентной и после дстижения критического значения испускает в форме возбужденных атомов в виде пучка света сфокусированный луч направлееный на деталь. Энергия фотонов при поглащенииатомов превращается в теплоту. Вып-ся в струе инертного газа. Прим-ся в электроннике.

12. Основные требования к источникам питания, технологические требования к устойчивости сварочной дуги, саморегулирование дуги.

Устойчивое горение дуги возможно не в любых точках пересечения внешней характеристики источника питания и статической характеристики дуги, а лишь в тех, в которых выполняется условие устойчивости системы.

Поэтому внешняя характеристика источника питания должна соответствовать статической характеристике дуги. При сварке на малых плотностях тока, когда реализуется только ниспадающая ветвь статической характеристики дуги, источник питания должен иметь круто падающую внешнюю характеристику. При средних значениях плотностей тока источник должен давать полого падающую внешнюю характеристику. При сварке на больших плотностях тока источник может иметь любую внешнюю характеристику, но предпочтительнее возрастающая либо жесткая.

Технологические требования к устойчивости сварочной дуги. Для технических целей пригодна дуга, обладающая достаточным запасом статической устойчивости.

Запас устойчивости, или так называемая эластичность дуги, оценивается по значению разрывной длины — расстоянию между электродами, при котором дуга уже не способна гореть. Чем больше разрывная длина, тем больше эластичность дуги.

Эластичность дуги зависит от состава электродов, покрытий, флюсов, от рода тока, от значения коэффициента устойчивости системы источник питания — дуга.

Устойчивость горения дуги переменного тока обеспечивается путем применения специальных мер по уменьшению длительности перерывов в горении и снижению напряжения зажигания дуги.

Обязательной мерой является искусственное увеличение индуктивности сварочной цепи. Перерывы в горении при этом уменьшаются благодаря отставанию тока от напряжения.

Разбрызгивание.металла наблюдается при сварке открытой дугой плавящимся электродом и представляет собой важную характеристику технологических свойств дуги.

Характер переноса металла плавящегося электрода в металлическую ванну обусловливает важные технологические свойства открытой сварочной дуги: степень разбрызгивания металла, возможность и удобство сварки в различных пространственных положениях, возможность доброкачественной сварки в узких разделках и др.

Различают перенос без коротких замыканий крупнокапельный, мелкокапельный, струйный и перенос с короткими замыканиями: характер зависит от плотности тока в электроде, напряжения, рода защитного газа, покрытия, флюса.

Саморегулирование сварочной дуги. У статически устойчивой дуги с плавящимся электродом случайное уменьшение ее длины сопровождается увеличением сварочного тока и увеличением скорости плавления электрода, при этом происходит восстановление первоначальной длины дуги. Это явление назыв соморегулировнаием дуги. При сварке на больших плотностях тока саморегулирование столь сильно выражено, что полностью обеспечивает стабильное протекание процесса сварки; регулирование дуги с помощью внешних устройств не требуется.

 

10. Электрическая дуга: определение, условия ее существования, строение, физические процессы в дуге.

Под электрической дугой понимают устойчивый многоам­перный разряд с низким катодным напряжением (до 10—20 В) в газе высокого давления (более 0,1* 10⁵ Па). У разрядов дру­гих видов (тлеющий, темный и пр.) катодное напряжение обычно составляет сотни вольт. Суммарное падение напряже­ния на дуге находится в пределах 18—50 В. Благодаря отме­ченным свойствам источники питания сварочных дуг имеют не­большое напряжение (до 80 В).

Дуговую сварку можно выполнять на переменном или по­стоянном токе. В последнем случае сварку производят па пря­мой полярности, когда электрод является катодом, а изделие — анодом или на обратной полярности, когда изделие — катод, а электрод — анод. Сварка может выполняться с применением плавящегося электрода (стального, медного, алюминиевого, титанового и др.) и неплавящегося электрода (вольфрамового, угольного и др.).

Режим электродуговой сварки включает в себя следующие основные параметры: электрические — напряжение на дуге Uд и сварочный ток I; механические — скорость подачи электрода (проволоки) Vэл, скорость сварки v; технологические — диа­метр сварочной проволоки dэл, вылет электрода hэл, угол на­клона электрода к направлению сварки aэл, расход защитного газа Q (при сварке в защитных газах).

Условие существования дуги. В обычном состоянии газы электрической проводимостью не обладают, так как практиче­ски полностью состоят из нейтральных частиц — атомов или молекул. Дуговой разряд возможен лишь при условии частич­ной ионизации газов, заполняющих межэлектродный промежу­ток. В сварочной дуге газ поддерживается в ионизированном состоянии принудительно и непрерывно благодаря приложен­ному к электродам электрическому потенциалу.

Строение дуги постоянного тока. Частично ионизированный газ, т. е. газ, представляющий смесь электронов, ионов и нейтральных частиц, называется плазмой. В дуге плазма заполняет цилиндрический или конусообразный проводник, называемый столбом дуги. Столб дуги (рис.) отделен от электродов переходными катодной и анодной областями, протяженность которых по теоретическим оценкам составляет соответственно: l _K=10^-4-10^-5см, l _а=10^-3-10^-4см

Рис. Схема сварочной дуги.

1 — катодное пятно; 2 — катодная область; 3 — столб дуги; 4 — анодная область; 5 — анодное пятно; A — анод; K — катод; U_K— падение напряжения в катодной области; U_A — то же в анодной области; U_CT - то же в столбе дуги: Uд — то же в дуге в целом; l _Д — длина дуги.

Физические процессы в дуге. При горении дуги катод имитирует электроны. Участки поверхности катода, имитирующие электроны, называются катодными пятнами. Падение напряжения в катодной области (по данным опыта) оценивают значениями U_K=10-20 В, а напряженность электрического поля — значением Ек=10⁶ В/см. Электроны е способны ионизировать атомы A «электронным ударом» e+A=U⁺+2e

Под действием катодного напряжения из столба дуги «отсасываются» положительно заряженные ионы. Бомбардируя катод, ионы нейтрализуются, т. е. отдают энергию ионизации и кинетическую энергию, приобретенную п результате разгона в катодной области. Этим процессом обусловлен нагрев и плавление электрода. Эмиссия же электронов приводит к охлаждению катода, так как она проходит с поглощением энергии (так называемой работы выхода).

Таким образом, в катодной области текут электронный и ионный токи. В сумме они равны сварочному току.

В столбе дуги идут два взаимоуравновешенных процесса: образование заряженных частиц — ионизация и потеря частиц, вызванная, во-первых, их переходом в катод и анод, а во-вторых, рекомбинацией — образованием нейтральных частиц при столкновении разноименно заряженных.

Источником энергии, затрачиваемой на ионизацию, служит электрическое поле. Напряженность электрического поля в столбе дуги невелика Ест= 10-50 В/см.

В анодной области течет электронный ток от столба к поверхности анода, называемой анодным пятном. В отличие от катодного пятна анодное пятно малоподвижно и имеет значительные размеры. Способность анодного пятна имитировать положительно заряженные ионы хотя и существует, но крайне незначительна. Поэтому электронный ток в анодной области практически равен сварочному.

Напряженность электрического поля в анодной области равна Ёа=10⁴ В/см, а падение напряжения находится в пределах Uа=4-6 В. Нагрев и плавление анода происходит за счет кинетической энергии и работы входа, передаваемой ему потоком электронов.

7. технология мех сварки в защитных газах.

При сварке судостроительных корпусных сталей в качестве защитного газа наиболее широко применяется углекислый газ (СО₂). Сварку в СО₂ выполняют с помощью полуавтоматов во всех пространственных положениях проволокой диаметром 0,8—1,2 мм и с помощью автоматов в нижнем и вертикальном положениях проволокой диаметром 1,6—2 мм и более.

При применении тонкой проволоки (0,8—1,2 мм) шов формируется обычно, так же как и при ручной сварке, покрытыми электродами — за счет наплавляемого металла. Подготовку кромок под сварку производят так, как это рекомендует ГОСТ 14771—76. Сварку проволокой большего диаметра в нижнем положении производят на токах, обеспечивающих проплавление основного металла столь же значительное, как и при сварке под флюсом. Поэтому подготовку кромок выполняют согласно ГОСТ 8713—70.

Для выбора режима сварки в СО₂, так же как и для сварки под флюсом, разработаны специальные таблицы. Угловые швы тавровых соединений сваривают проволокой диаметром 1—1,2 мм на режиме: I= 160 -180 А; Uд=20 – 22 В. Швы катетом до 8 мм выполняют за один проход, а катетом 9—12 мм — за два-три прохода. Вертикальные швы катетом до 5 мм сваривают сверху вниз, а швы большого катета — снизу вверх.

Расход углекислого газа составляет 500—600 л/ч при сварке стыковых швов и 300—400 — при сварке угловых.

Вертикальная автоматическая сварка в СО₂ стыковых корпусных сталей толщиной 12 мм и более может производиться с помощью специального автомата, например Ритм-2С с принудительным формированием шва. Со стороны расположения автомата формирование производится с помощью медного охлаждаемого водой ползуна, с обратной стороны — обычно с по­мощью медной охлаждаемой подкладки.

Сборку листов без разделки кромок с зазором 10—14 мм выполняют с помощью скоб (скобы используются и для закрепления подкладок клиньями) после обрезки припуска по монтажному стыку. Усиление пазовых швов по 60— 70 мм на сторону от стыка срубают заподлицо с листом. Если сваривают листы различной толщины, то на более толстом листе снимают ласку на ширину 100—150 мм.

Для удобства крепления подкладок длина их не должна быть более 0,6—1 м. Все подкладки соединяют между собой шлангами и подключают к водопроводной магистрали. В процессе сварки важно принять меры по сохранению зазора, так как из-за усадки шва он может уменьшиться. С этой целью при сборке под сварку в зазор ставят распорные планки — «закусы», которые выбирают по мере движения вверх каретки автомата. В конце стыка устанавливают две выводные планки размером 200X300 мм такой же толщины, как и свариваемые листы; планки необходимы для движения автомата и вывода за пределы основного металла концевой усадочной раковины, образующейся в шве.

5 Технология ручной сварки покрытыми электродами

Ручную сварку применяют при сварке секций в цехах, но более широко при монтаже всего корпуса на построечном ме­сте и при достройке на плаву. При изготовлении секций объем ручной сварки составляет 10—15%, а на построечном месте — 40-60%.

При задании режима в технологической карте для ручной сварки напряжение на дуге не указывают (обычно оно находится в пределах 18—24 В) ввиду небольших изменений длины дуги. Скорость сварки также не приводят. Однако, если требуется удерживать скорость сварки в определенных границах, задают длину валика, выполняемого при расплавлении одного электрода. Род тока и полярность постоянного тока определяются сварочно-технологическими свойствами электрода.

Тип электрода выбирают исходя из требуемых механических показателей металла шва, которые должны быть равны показателям основного металла, и с учетом технологических характеристик электродов: их пригодности для сварки в том или ином пространственном положении, коэффициента наплавки и т. п. Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла:

Толщина металла,	Диаметр электрода.
ми	мм
1,0—1.5	1,2
1,5—3
3—5	3 или 4
5—10	4 или 5
10 и более	5,6

Чтобы обеспечить удовлетворительную форму шва при сварке в нижнем положении, площадь поперечного сечения, наплавляемого за один проход металла, ограничивается значением F_Н<12d_ЭЛ

Для корневого прохода площадь поперечного сечения принимается по условию F_Н<8d_ЭЛ

где d_ЭЛ — диаметр электрода, мм; F_Н в мм².

Подварку шва (после вырубки корня или воздушно-дуговой строжки его) выполняют электродом диаметром 3 мм для листов толщиной до 5 мм и диаметром 4 мм — для листов тол­щиной до 6 мм и выше.

Определить скорость сварки (с целью проверки приемлемо­сти режима) можно по формуле

Количество проходов (слоев в шве) определяют по формуле

где ΣF_Н — общая площадь наплавленного металла в поперечном сечении шва, см; она равна площади разделки плюс надбавка 10—15% на усиление шва.

Сварочный ток выбирают в зависимости от диаметра электрода по эмпирической формуле

где m — эмпирический коэффициент (m = 30 при d_ЭЛ