Сварка - общие сведения

Сваркой называют процесс получения неразъемных соединений путем сплавления при разогреве до жидкого состояния металла свариваемых деталей (в местах соединения) с металлом электрода.

На строительстве применяют дуговую и газовую сварку. Газовую сварку путем наплавки металла электрода, расплавляемого в горящей струе газа, применяют в основном при сварке труб мелких диаметров. Дуговая варка - основной вид сварки строительных конструкций - это сварка плавлением (см. схему ниже, поз. а), при которой нагрев и расплавление металла электрода 1 и кромок изделия 2 осуществляются электрической дугой, возбуждаемой между электродом и свариваемыми деталями.

Дуга имеет температуру до 6000 °С и расплавляет металл электрода и изделия, который, остывая, образует слой наплавленного металла 4 (сварной шов).

Под влиянием электромагнитных сил в зоне горения дуги (см. схему ниже, поз. б) происходит движение газов, образующихся при расплавлении конца электрода, которое направлено от электрода 1 к изделию 2. Это движение газов создает давление дуги на расплавленный металл изделия и образует в нем углубление - кратер 5, вытесняя жидкий металл сварочной ванны из зоны горения дуги и тем самым способствуя более глубокому расплавлению металла изделия. Толщина слоя основного металла, перешедшего в расплавленное состояние, называется глубиной провара 6. При ручной сварке глубина провара достигает 1 ... 2 мм, при специальных видах сварки автоматической или методами глубокого проплавления - она увеличивается.

Если разогрев основного металла изделия будет недостаточным при сварке, то он может вообще не перейти в жидкое состояние, присадочный металл (металл электрода) застынет на изделии и молекулярного соединения металлов в один сплав не произойдет. Такое явление называется непроваром.

При чрезмерном разогреве изделия возможно интенсивное проникновение кислорода воздуха внутрь стали свариваемого изделия и ее загрязнение оксидами, а также выгорание углерода, марганца и других необходимых компонентов стали. Такое явление называют пережогом. Пережог резко снижает прочность стали и не может быть исправлен. Пережженный металл надо полностью удалять из сварного соединения.

Находясь в жидком состоянии, металл электрода и сварочной ванны поглощает из воздуха кислород и азот, которые, частично растворяясь в нем, делают структуру наплавленного металла хрупкой и неоднородной, склонной к старению. Эти вредные влияния в значительной степени устраняются, если для сварки применяют электроды с покрытием и если сварка производится короткой дугой. Длина дуги определяется расстоянием между дном кратера сварочной ванны и концом электрода. Обычно нормальная длина дуги 0,5 ... 1,1 d, где d - диаметр электрода.

Дуговая сварка

а - ручная сварка, б - схема сварки; 1 - электрод, 2 - изделие, 3 - сварочная ванна, 4 - наплавленный металл (сварной шов), 5 - кратер, 6 - глубина провара, 7 - шлак, 8 - злектрододержатель, 9 - токопроводящий провод, 10 - источник энергии.

Покрытие электродов делается для того, чтобы при расплавлении его в процессе сварки образовалась газовая среда, защищающая металл сварного шва от вредного воздействия воздуха. Покрытие стабилизирует горение дуги, улучшает структуру и качество металла сварного шва, а также облегчает процесс сварки. Применяют покрытия двух видов: тонкие, или стабилизирующие (ионизирующие), и толстые, или качественные. Тонкие покрытия (из мела, разведенного жидким стеклом) повышают устойчивость дуги, но слабо защищают наплавленный металл от кислорода и азота воздуха. Электроды с толстым покрытием используют для получения такого наплавленного металла, который по своим механическим показателям не уступает основному металлу.

В состав покрытий входят оксиды металлов, известняк, плавиковые шпаты, ферросплавы, жидкое стекло или другие связующие материалы.

При монтаже применяют различные способы дуговой сварки: ручную, автоматическую, полуавтоматическую, под флюсом, а также различные способы сварки в среде защитных газов.

Ручную сварку (см. схему выше, поз. а) выполняют плавящимся металлическим электродом. Его удерживают в нужном положении и перемещают вдоль свариваемого шва вручную.

Автоматическая сварка происходит так. Электрод (проволочный или в виде узкой металлической ленты) автоматом подается и перемещается в зоне сварки. Сварка протекает под слоем гранулированного вещества - флюса или в среде защитных газов (аргона, углекислого газа). Оболочка из флюса толщиной 30 ... 50 мм укрывает все плавильное пространство и защищает жидкий металл сварочной ванны от воздействия кислорода и азота воздуха. Благодаря этому гарантируется высокое качество сварки.

Автоматическая сварка в среде защитного газа про изводится плавящимся или неплавящимся электродом с подачей в зону дуги сварочной проволоки в качестве наплавляемого металла и защитного газа. Применяется в основном в стационарных условиях.

Полуавтоматическая сварка происходит под слоем флюса или порошковой проволокой (свернутой в трубочку стальной лентой, внутрь которой запрессован флюс). Подача электрода в зону дуги механизирована, а перемещают его вдоль свариваемых кромок вручную.

Автоматическую и полуавтоматическую сварку применяют при большом объеме протяженных швов: сварке листовых конструкций, трубопроводов большого диаметра, укрупнительной сборке конструкций.