Электрическая дуговая сварка. При электрической дуговой сварке, или коротко-дуговой сварке, нагрев и плавление металла осуществляется дуговым разрядом, возникающим между электродами. Энергию, необходимую для образования и поддержания дугового разряда, получают от источников питания постоянного или переменного тока. Широкое практическое применение находит дуга прямого действия, горящая между свариваемым металлом и специальным стержнем-электродом. Для сварки используется теплота, выделяемая в столбе дуги и на электродах.
Значительно меньшее применение находит дуга косвенного действия, горящая между двумя стержнями-электродами. В этом случае для расплавления основного металла, который не включен в электрическую цепь, 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.
Дуговую сварку можно выполнять не плавящимся и плавящимся электродом. Сварку не плавящимся электродом осуществляют дугой прямого или косвенного действия. Шов образуется за счет плавления основного металла или основного и присадочного металлов. Материал электрода не участвует в образовании шва, к. п. д. дуги прямого действия достигает 0,3—0,4, к. п. д. дуги косвенного действия — 0,2—0,3.
При сварке угольным электродом питание дуги, как правило, осуществляется от источника постоянного тока при прямой полярности — электрод соединен с отрицательным, а основной металл с положительным полюсом (зажимом) источника питания. Сварка угольным электродом при обратной полярности (основной металл соединяется с отрицательным, а электрод—с положительным полюсом источника питания) не находит практического применения из-за перегрева электрода, а при сварке стали — также из-за значительного науглероживания металла шва. При сварке на прямой полярности науглероживание основного металла не наблюдается. Сварку вольфрамовым электродом ведут на постоянном токе при прямой полярности или на переменном токе с обязательной защитой области дуги инертным газом, предохраняющим электрод от окисления.
При сварке плавящимся электродом дуга горит между основным металлом и металлическим стержнем заданного химического состава, подаваемым в зону дуги по мере плавления. В состав шва входит расплавленный основной металл и металл плавящегося электрода — электродный металл, а в некоторых случаях еще и присадочный металл.
В качестве плавящегося электрода используют сварочную (электродную) проволоку круглого сечения, порошковую проволоку, электродную ленту и специальные электроды более сложной формы. Питание дуги осуществляется от источника переменного или постоянного тока при прямой либо обратной полярности. В некоторых случаях (например, при сварке на больших скоростях несколькими дугами) применяют комбинированное питание от источников постоянного и переменного тока
В зависимости от числа электродов различают сварку одним, двумя и тремя электродами. Возможна сварка и большим числом электродов. Сварку, при которой все электроды подсоединены к одному полюсу источника питания, называют двух электродной (многоэлектронной) сваркой, или сваркой сдвоенным (строенным) электродом. Если каждый из электродов получает независимое питание, процесс называют двух дуговым (много дуговым).
Сварка дугой прямого действия плавящимся электродом является основным видом электрической сварки плавлением, к. п. д. дуги при этом способе достигает 0,7—0,9.
Сварку плавящимся электродом дугой прямого действия можно осуществлять без присадочного металла или с присадочным металлом. Присадочный металл подают в зону сварки вручную или механизмом в виде проволоки, ленты и т. п. или вводят в разделку (зазор) между свариваемыми кромками в виде прутка, порошка, крошки, стружки, окатышей и т. п.
Процесс сварки состоит из ряда последовательных операций, в результате которых формируется шов. К этим операциям относятся возбуждение и поддержание дугового разряда, манипуляция электродом для придания шву нужной формы и для направления электрода по оси соединения, перемещение дуги вдоль свариваемых кромок по мере формирования шва заданного сечения, прекращение процесса. В зависимости от того, производятся ли указанные операции вручную или при помощи механизмов, различают ручную полуавтоматическую и автоматическую сварку.
При ручной сварке все операции, необходимые для образования шва, выполняют вручную без применения механизмов; электродами длиной 250—450 мм — сварка плавящимся электродом, или 200—300 мм — сварка неплавящимся электродом. Для подвода тока к электроду служит специальный держатель. В процессе сварки держатель находится в руке сварщика.
При полуавтоматической сварке плавящимся электродом механизирована операция подачи электрода в зону дуги, для чего служит специальный подающий механизм. Манипуляции электродом, выполняемые для поддержания заданного режима, придания шву нужной формы и перемещения дуги вдоль свариваемых кромок, осуществляют вручную или при помощи простейшего механизма, приводимого в движение от руки. Сварку производят сварочной проволокой сплошного сечения или порошковой проволокой, подаваемыми из кассеты или непосредственно из бухты. Для подвода тока к электроду служит держатель. Сварочная проволока от подающего механизма к держателю в большинстве случаев поступает по гибкому шлангу. Поэтому полуавтоматическую сварку иногда называют шланговой.
При автоматической сварке операции по возбуждению и поддержанию дугового разряда осуществляются сварочной головкой, а перемещение дуги (по мере отложения шва заданного сечения) вдоль свариваемых кромок — сварочной тележкой. Рабочий не принимает непосредственного участия в образовании шва, а управляет процессом сварки при помощи вспомогательных устройств (пульт управления, корректор). Автоматическая сварка является не полностью автоматизированным, а лишь механизированным процессом. Однако термин «автоматическая» (и полуавтоматическая) сварка общепринят в отечественной и иностранной литературе.
Автоматическую сварку плавящимся электродом ведут в большинстве случаев сварочной проволокой сплошного сечения диаметром 1—6 мм. Проволока так же, как и при полуавтоматической сварке, подается из специальной кассеты или из бухты. Возможно применение порошковой проволоки и ленты. При автоматической сварке обеспечивается постоянство режима сварки (сила тока, напряжение, скорость сварки и др.), что обусловливает однородность качества шва по всей его длине. Автоматическая сварка обладает меньшей мобильностью, чем полуавтоматическая и ручная сварка, требует наличия специального оборудования и большей точности подготовки и сборки деталей под сварку, так как возможности изменения режима сварки на ходу в зависимости от колебания величины зазора, угла разделки кромок и т. п. весьма ограничены.
При сварке неплавящимся электродом из-за малого расхода электрода в процессе сварки нет необходимости в механизации операции его подачи в зону дуги. Эту операцию легко осуществляют вручную. При полуавтоматической сварке механизирована только операция передвижения дуги вдоль свариваемых кромок.
При дуговой сварке происходит энергичное взаимодействие находящегося в расплавленном состоянии металла сварочной ванны с кислородом и азотом воздуха, что приводит к изменению химического состава и ухудшению механических, коррозионных и других свойств металла шва. Поэтому возникает необходимость в защите зоны сварки от окружающего воздуха.