Лекція №11

Навчальні питання:

1. Електродугове зварювання металів. Основні способи зварювання.

2. Технологія ручного дугового зварювання, зварювання під шаром флюсу та в захисних газах.Особливості зварювання сталей, чавунів, алюмінію, міді та сплавів на їхній основі.

3. Електродугове різання та наплавлення металів.

Навчальне питання 1. Електродугове зварювання металів. Основні способи зварювання.

Класифікація способів дугового зварювання. Вперше елек­тричне дугове зварювання було застосовано в Росії. У 1882 р. російський винахідник М. М. Бенардос використав електричну дугу, яку в 1802 р. відкрив В. В. Петров, для зварювання мета­лів вугляним електродом, а в 1888 р. М. Г. Славянов запропону­вав спосіб дугового зварювання металевим електродом.

Залежно від способу вмикання до зварювального кола при­садного і основного металу і характеру дії на них зварюваль­ної дуги розрізняють такі основні способи дугового зварювання: неплавким вугляним електродом, або спосіб Бенардоса, плавким металевим електродом, або спосіб Славянова, і плавкими мета­левими електродами з використанням трифазної дуги.

За способом Бенардоса (рис. 94, а) дуга постійного струму при прямій полярності (мінус — на електроді, плюс — на виро­бі) горить між вугляним або графітовим електродом 3 і зварю­ваним виробом, або основним металлом 1, Присадний метал 2 у зварювальне коло не ввімкнений, і тому дуга діє безпосеред­ньо тільки на основний метал, а на присадний — побічно. При зворотній полярності, коли електрод е анодом (плюс — на елек­троді), а виріб — катодом (мінус — на виробі), вугляна дуга стає нестійкою і метал навуглецьовується.

Зварювання способом Бенардоса застосовують переважно для наплавлення порошкоподібними твердими сплавами дета­лей, які швидко спрацьовуються, і тоді, коли треба усунути дефекти в чавунних і бронзових виливках.

За способом Славянова дуга постійного (при прямій чи зворотній полярності) або зміннбго струму (рис. 94,6) горить між плавким металевим електродом 2 і зварюваним виробом 1, які ввімкнено в зварювальне коло і на які вона діє безпосередньо.

Рис. 94. Схеми основних видів дугового зварювання.

Електрод, увімкнений у зварювальне коло, значно інтенсйв- ніше нагрівається і швидше плавиться, оскільки електрично заряджені частинки бомбардують поверхню його торця. Роз­плавляючись дугою, електрод одночасно є й присадним металом, який постійно поповнює зварювальну ванну.

За обсягом промислового застосування дугове зварювання за способом Славянова займає одне з перших місць серед інших способів зварювання. Його використовують для зварювання всіх марок сталей і чавунів, а також більшості кольорових металів і сплавів.

При зварюванні трифазною дугою (рис. 94, в) до різних фаз трифазного струму в зварювальне коло ввімкнено два ізо­льованих один від одного електроди 2 і зварюваний виріб /. Дуга збуджується між кожним електродом та виробом і між електродами, отже, одночасно виникають три дуги. При цьому на кожний з електродів і на основний метал дві дуги діють без­посередньо, а одна — побічно.

За продуктивністю зварювання трифазною дугою в 2—3 рази перевищує дугове зварювання за способом Славянова. Цей метод в основному використовують для автоматичного зварюван­ня металу великої товщини.

Навчальне питання 2. Технологія ручного дугового зварювання, зварювання під шаром флюсу та в захисних газах. Особливості зварювання сталей, чавунів, алюмінію, міді та сплавів на їхній основі.

Ручне дугове зварювання

Електроди, які використовують для дугового зварювання, бувають вугляні (графітові) і металеві. Перші виготовляють діаметром 6—25 мм, завдовжки 200—300 мм і використовують для зварювання способом Бенардоса. Металеві (стальні) елек­троди завдовжки 350—450 мм виготовляють із зварювального дроту діаметром 2—6 мм і використовують для зварювання спо­собом Славянова і трифазною дугою. Для дугового зварювання в інертних газах використовують головним чином вольфрамові електроди діаметром 1—6 мм. За призначенням (ГОСТ 9466—60) електроди поділяють на такі: 1) для зварювання вуглецевих і легованих конструкційних сталей; 2) для зварювання легова­них теплостійких сталей; 3) для зварювання високолегованих сталей з особливими властивостями; 4) для наплавлення поверх­невих шарів з особливими властивостями.

Щоб підвищити стійкість горіння дуги, на електроди наносять тонкі (стабілізуючі) покриття із сполук лужних і луж­ноземельних металів (калію, кальцію, натрію та ін.). Ці сполу­ки в дузі іонізуються легше, ніж кисень і азот повітря, тому про­відність струму збільшується. Найбільш поширене крейдяне Покриття в суміші з рідким склом, яке наносять на електроди шаром 0,1—0,2 мм. Недолік тонкого покриття — зварювальна ванна і розплавлений метал електрода не захищені від повітря, тому шов насичується киснем і азотом і набуває низьких меха­нічних властивостей. Через це електроди з тонким покриттям тепер майже не застосовуються.

Товсті (якісні) покриття виготовляють з речовин, які в зоні зварювання створюють шлаковий чи газовий захист і розкислюють зварювальну ванну. Шлакоутворювальними речо­винами є оксиди різних елементів — кальцію, кремнію, марган­цю, титану. У покриття їх вводять у вигляді різноманітних мінералів (кремнезему, мармуру) і руд (титанової, марган­цевої). Розплавлені, вони створюють шлаки, які й захищають метал ванни від взаємодії з повітрям. Газовий захист здійс­нюють різні органічні речовини (наприклад, електродна целю­лоза). Під час згоряння вони утворюють навколо дуги захисні гази (окис вуглецю, водень). Для розкислювання зварювальної ванни використовують такі елементи, які більше, ніж залізо, споріднені з киснем (марганець, кремній, титан, алюміній). Коли електроди призначено для зварювання легованих або висо- колегованих сталей, а також для наплавлювання різних деталей, що швидко спрацьовуються, в електродні покриття добавляють різні легуючі елементи — хром, молібден, графіт.

Залежно від марки і діаметра електрода товщина товстих покриттів дорівнює 0,5—2 мм. Для зварювання маловуглецевих сталей широко застосовують електроди марок АНО-4, УОНІ-13/45 та ін.

До складу покриття електродів УОНІ-13/45 входять такі ком­поненти: 53% мармуру, 18% плавикового шпату, 9% кремнезе­му, 15% феротитану, 3% феросиліцію, 2% феромарганцю, замі­шаних на рідкому склі. На електродні стержні товсті покриття наносять на спеціальних пресах.

Дугове зварювання в захисних газах

Сутність процесу. При дуговому зварюванні в захисних газах для захисту розплавленого металу від шкідливої дії азо­ту і кисню повітря в зону дуги подається газ, що перешкоджає проникненню повітря. Як захисні застосовують інертні (аргон, гелій) і активні (вуглекислий газ, водень, азот, пари води) гази, а також суміші їх (аргон з киснем, аргон з азотом або вуглекис­лим газом тощо). Найчастіше використовують аргон і вугле­кислий газ.

Зварювання в аргоні застосовують для нержавіючих та інших спеціальних сталей, алюмінієвих і магнієвих сплавів, титану й інших металів завтовшки від 1,0—2,0 мм до 15—20 мм і більше. Це зварювання здійснюють неплавкими (переважно вольфрамовими) і плавкими електродами. Неплавкий електрод використовують лише для збудження дуги, а шов при цьому заповнюють присадним металом зварювального дроту.

Зварювання неплавкими електродами вико­нують на постійному і змінному струмі ручним, напівавтоматич­ним і автоматичним способами. Постійним струмом на прямій полярності зварюють нержавіючі і жароміцні сталі, мідь і її сплави, нікель і його сплави, титан, циркон, молібден, тощо зав­товшки до 5—6 мм. Змінним струмом зварюють алюміній, маг­ній і їх сплави. При цьому в ті напівперіоди, коли катодом є виріб, відбувається так зване катодне розпилення тугоплавких оксидів алюмінію і магнію. Тому ці метали зварюють без флю­сів, які досить дорогі і дефіцитні.

Зварювання плавкими електродами здійснюється тільки автоматичним і напівавтоматичним способами переважно на постійному струмі зворотної полярності. Установки з плавки­ми електродами застосовують для зварювання алюмінієвих і магнієвих сплавів, а також для нержавіючих і жароміцних ста­лей завтовшки більш як 3 мм.

Аргоно-дугове зварювання забезпечує винятково високу якість зварних з’єднань і високу продуктивність процесу.

У вуглекислому газі зварюють маловуглецеві, низьколего- вані і деякі високолеговані сталі завтовшки 0,8—50 мм і більше переважно плавкими електродами автоматичним або напівавто­матичним способом. Зварювальна дуга живиться від джерел постійного струму з жорсткою або зростаючою зовнішньою характеристикою зворотної полярності. При зварюванні вугле­цевих і низьколегованих сталей як присадний матеріал викори­стовують зварювальний дріт з підвищеним вмістом кремнію і марганцю, щоб нейтралізувати окислювальну дію вуглекислого газу.

Зварювання у вуглекислому газі дешевше і продуктивніше від зварювання якісними електродами та напівавтоматичного зварювання під флюсом і значно дешевше від аргоно-дугового зварювання. На відміну від зварювання під флюсом, зварювання в захисних газах (аргоні, вуглекислому газі) дає можливість виконувати зварні з’єднання в будь-яких просторових поло­женнях.