Название: Технологические основы сварки плавлением - Конспект лекций (Е.В. Харламова)

Жанр: Технические

Просмотров: 1503


1.2. схемы процессов

 

Электрическая дуговая сварка. Широкое практическое применение находит дуга прямого действия (рис. 1.2,а), горящая между свариваемым металлом и специальным стержнем – электродом.

 

            а                                  б                                    в

Рис. 1.2. Виды сварочных дуг: а – прямого, б – косвенного,

комбинированного действия (трехфазная)

 

Значительно меньшее применение находит дуга косвенного действия, горящая между двумя стержнями – электродами. В этом случае для расплавления основного металла используется теплота, выделяемая при соприкосновении свариваемой поверхности со столбом (плазмой) дуги, и теплота, получаемая за счет излучения и конвекции. Сварку дугой косвенного действия можно выполнять как с присадочным металлом, так и без него. Ограниченное применение дуги косвенного действия обусловлено ее меньшей эффективностью. Возможно использование комбинированной дуги, включенной в сварочную цепь по схеме (рис. 1.2,б и в). КПД дуги прямого действия (рис. 1.3) достигает 0,3…0,4, КПД дуги косвенного действия 0,2…0,3.

                         а                                       б                                    в

 

Рис. 1.3. Сварка дугой прямого действия плавящимся электродом:

а – с присадочным металлом, подаваемым в зону дуги в процессе сварки;

б – без присадочного металла;  в) с присадочным металлом,

вводимым между свариваемыми кромками

 

В зависимости от числа электродов различают сварку одним, двумя и тремя электродами, но возможно и большим числом электродов.

Сварка, при которой все электроды подсоединены к одному полюсу источника питания, называют двухэлектродной (многоэлектродной) сваркой, или сваркой сдвоенным (строенным) электродом. Если каждый из электродов получает независимое питание, процесс называют двухдуговым (многодуговым).

Сварка дугой прямого действия плавящимся электродом (рис. 1.4) является основным видом электрической сварки плавлением, КПД дуги достигает 0,7…0,9.

При сварке с газовой защитой зоны сварки (рис. 1.5) окружена газом 2, подаваемым под небольшим давлением из сопла 1, обычно расположенного концентрично электроду. Газовая защита применяется при сварке плавящимся электродом (и неплавящимся). Роль газа сводится к физической изоляции сварочной ванны от окружающего воздуха. В качестве защитной среды применяют инертные и активные газы.

Разновидностью сварки в защитных газах является сварка с контролируемой атмосферой. Сварка происходит в камере, где сначала создается вакуум, затем камера заполняется аргоном, гелием или смесью газов. При этом обеспечивается более полная защита сварочной ванны. Этот метод применяется при дуговой сварке неплавящимся электродом химически активных металлов и сплавов.

                               а                                                       б

 

Рис.1.4. Сварка покрытым электродом (а): 1  – стержень, 2 – обмазка,

3 – основной металл; (б) автоматическая сварка под флюсом, направление сварки показано стрелкой: 1 – электродная проволока; 2 – основной металл,

3 – сварочный флюс, 4 – дуга, 5 – сварочная ванна, 6 – расплавленный флюс,

7 – расплавленный металл. Столб дуги со всех сторон окружен слоем флюса толщиной 30…50 мм

 

Подпись:  
Рис. 1.5. Сварка в защитных газах
При электрошлаковом процессе основная часть энергии, расходуемая на нагрев и плавление металла, обеспечивается за счет теплоты, выделяемой в замкнутом объеме расплавленного шлака – шлаковой ванне при прохождении через нее тока (рис. 1.6).

Шлаковая ванна 1 образуется путем расплавления флюса, заполняющего пространство между кромками основного металла 2 и специальными охлаждаемыми водой приспособлениями – ползунами 3, плотно прижатыми к поверхности свариваемых деталей. Флюс плавится дугой, возникающей в начальный период между основным металлом и сварочной проволокой. После расплавления определенного количества флюса дуга шунтируется расплавленным шлаком и гаснет. Длина шлаковой ванны практически равна толщине основного металла, а ширина определяется зазором между свариваемыми кромками. Глубина шлаковой ванны выбирается в зависимости от технологических условий (состава основного металла, режима сварки и т.д.).

 

 

Рис. 1.6. Схема процесса электрошлаковой сварки: 1 – свариваемые кромки изделия; 2 – медные ползуны; 3 – начальные планки; 4 – расплавленный

металл; 5 – жидкий шлак

 

Разновидностью дуговой сварки является плазменная сварка (сварка сжатой дугой). Если дуговой разряд возникает между вольфрамовым или медным электродом и основным металлом, то такая дуга называется дугой прямого действия, иногда именуемая проникающей дугой (рис. 1.7,а).

                              а                                                     б

Рис. 1.7. Схема плазменной сварки:

а – дуга прямого действия; б – дуга косвенного действия; 1 – плазмообра-

зующий газ (аргон, азот, водород); 2 – вольфрамовый или медный

электрод; 3 – канал; 4 – сопло плазмотрона; 5 – свариваемое изделие

Подпись:  
Рис. 1.8. Схема электронно-лучевой сварки
Для образования сжатой дуги вдоль ее столба через канал в сопле пропускается нейтральный одноатомный газ (аргон, гелий) или двухатомный газ (азот, водород, окись углерода или другие газы и их смеси). Газ сжимает столб дуги, что приводит к повышению его температуры до 16000 оС при дуге косвенного действия и до 33000 оС при дуге прямого действия, и образует так называемую холодную плазменную струю. удельная мощность плазменной дуги более

500 кВт/см2. Для получения сжатой дуги служит специальный плазмотрон.

При электронно-лучевой сварке для нагрева и расплавления основного металла используется энергия, получаемая в результате интенсивной бомбардировки его быстродвижущимися в вакууме электронами.

При попадании на поверхность свариваемых деталей электроны тормозятся, и происходит превращение кинетической энергии в тепловую. Раскаленный вольфрамовый катод 1 (рис.1.8), размещенный в фокусирующей головке 2, излучает поток электронов.

 

Под действием высокого напряжения (30…100) кВ между катодом и ускоряющим анодом 3 поток электронов приобретает значительную кинетическую энергию. Магнитной линзой 4 поток электронов фокусируется в узкий луч, который с помощью магнитной отклоняющей системы 5 направляется точно на свариваемые кромки изделия 6. Питание установки осуществляется высоковольтным источником постоянного тока 7.

Установка для лазерной сварки (рис. 1.9) состоит из рабочего тела 1, лампы накачки 2, обеспечивающей световую энергию для возбуждения атомов активного вещества – излучателя. Полученное излучение фокусируется и направляется с помощью оптической системы 3 на свариваемое изделие 4.

Энергия, получаемая лазерами, невелика и составляет от сотых долей до единиц джоулей. КПД лазеров низок.

Подпись:  

Рис. 1.9. Схема лазерной сварки
Характерной является узкая и глубокая форма проплавления основного металла. Лазерная сварка может применяться в приборостроении и в специальных случаях.

Все существующие виды сварки плавлением имеют конечную цель – получение сварных соединений, обеспечивающих необходимую несущую способность сварной конструкции, ее длительную работу в условиях эксплуатации при минималь-ной затрате труда и средств.