Дуговая электросварка – это разновидность сварки, во время которой расплавление свариваемых частей и местный нагрев осуществляются вольтовой дугой.Есть различные виды прохождения электрического тока через газовый промежуток и дуговой разряд является одним из этих видов.
От остальных видов разрядов, таких как тлеющий и темный, дуговой разряд отличается особо ярким свечением и довольно высокой температурой, которая доходит до 6 тысяч по 0С при атмосферном давлении.
На рис. показан процесс сварки по методу Бенардоса. Сварочные электроды (графитовые или угольные стержни) зажимают в электрододержателе и при помощи гибкого кабеля подсоединяют к источнику тока, а точнее к одному из его полюсов, сварную деталь подсоединяют к другому полюсу.
Дугу зажигают за счет кратковременного прикосновения электрода и сварной детали, которые находятся под напряжением, и с дальнейшего разъединения. При этом, возникшая дуга расплавляет сварные кромки деталей, чем образует общую ванночку между ними. [blockquote_note]При необходимости в ванночку добавляют присадочный материал, который расплавляется в дуге.[/blockquote_note]
Таким образом, при прохождении по соединению сварной дуги образуются новые ванночки, а старые, которые остались позади, быстро остывают и затвердевают, чем обеспечивают достаточно прочную связь свариваемых деталей между собой.
Рис. Схема процесса сварки по методу Бенардоса. 1 – электрод, 2 — электрододержатель, 3 – гибкий кабель, 4 – источник тока, 5 – сварная деталь, 6 – присадочный материал.
Источник
Металлические конструкции. Аварии и безопасность.
Главная Металлы и сплавы Ручная электродуговая сварка. Способ Бенардоса.
Ручная электродуговая сварка. Способ Бенардоса.
Ручная электродуговая сварка. Способ Бенардоса.
Электрическая дуга возбуждается между свариваемой деталью и графитовым электродом. Электрод закрепляется в держателе, который гибким кабелем присоединяется к одному из полюсов источника тока, как правило к катоду. Свариваемая деталь помещается на металлическую плиту, соединенную со вторым полюсом источника тока. Зажигание дуги производят кратковременным соприкосновением электрода со свариваемой деталью и последующим их разъединением. Установившаяся электрическая дуга поддерживается при неизменном расстоянии между основным металлом и электродом. Это расстояние определяет длину дуги и приблизительно равно диаметру электрода.
Дуга, имеющая температуру до 6000° С, расплавляет кромки свариваемых частей, и металл кромок сливается в общую ванночку.
При передвижении дуги вдоль свариваемых кромок нагреваются и плавятся новые частицы металла, ванночка перемещается, а остающийся позади металл затвердевает, остывает и образует шов, соединяющий свариваемые части в одно целое. Часто ванночка пополняется за счет присадочного металла, вносимого в пламя дуги в виде круглых прутков. Иногда присадочный металл укладывают в разделку шва заранее.
Сварка по способу Бенардоса в настоящее время в промышленности имеет ограниченное применение. Оборудование для такого способа сварки встречается не так часто, как например, аккумуляторы автомобильные оптом и в розницу которые можно купить практически без труда. Сварка по способу Бенардоса используется лишь для получения бортовых соединений тонкостенных стальных деталей, где не требуется присадочный металл, а также для цветных металлов и чугуна.
При этом способе сварки обычно применяют постоянный ток, причем в целях обеспечения устойчивой дуги и меньшего расхода электродов, а также для лучшего прогрева детали при сварке пользуются прямой полярностью. Деталь делают анодом, а электрод катодом.
Источник
Технология ручной дуговой сварки
Способы Славянова и Бенардоса
Электрическая ручная дуговая сварка для большинстве отраслей промышленности, в том числе для судостроения и других видов работ Военно-Морского Флота, имеет наиболее важное значение и чаще всего применяется на практике.
Рис. 11. Схема сварки по способу Беаардоса: 1—угольный электрод; 2-присадочный материал
Рис. 12. Схема сварки по способу Славянова
Электрической она называется потому, что нагрев места сварки- производится электрическим током. Дуговой она называется потому, что нагрев производится пламенем вольтовой дуги. По состоянию металла электрическая сварка является сваркой плавлением, так как металл места сварки расплавляется и переходив в жидкое состояние. Первый практически пригодный способ дуговой сварки изобрел русский инженер Бенардос в 1885 г. По способу Бенардоса. (рис. 11) положительный полюс (плюс) источника постоянного] тока присоединяется проводом достаточного сечения к металлу, который требуется подвергнуть сварке; отрицательный полю (минус) присоединяется к держателю электрода, находящемуся в руке сварщика. В держатель вставляется стержень из электро технического угля или графита (электрод, похожий на угольный электроды, применяемые в прожекторах и киноаппаратах). Между электродом и основным металлом зажигается мощная вольтова дуга в 200—500 ампер, которая расплавляет металл и образует на нем жидкую ванну. Другой рукой сварщик вводит в пламя дуги ; конец прутка присадочного металла, который расплавляется и смешивается в ванне с основным металлом. Угольная дуга при этом способе сварки питается постоянным током, причем на электрод всегда приходится минус, а на основной металл — плюс источника сварочного, тока. Такая полярность в технике сварки называется прямой или нормальной. Способ Бенардоса иначе называется дуговой сваркой угольным электродом, или угольной дугой. В 1893 г. русский инженер Славянов вместо угольного электрода предложил применить металлический стержень. По способу Славянова (рис. 12) сварочная дуга может питаться как постоянным, так и переменным электрическим током. При постоянном токе, минус может присоединяться к электроду, а плюс—к основному металлу и наоборот (обратная полярность). Долгое время способы дуговой сварки Славянова и Бенардоса имели весьма малое практическое применение. Но впоследствии они были освоены и стали применяться в широких размерах, сначала в американской промышленности, а затем (с 1929 г.) в СССР. В настоящее время на практике применяется почти исключительно способ Славянова, иначе называемый дуговой сваркой металлическим электродом или сваркой металлической дугой.
Сварочная дуга
Плавление металла при ручной дуговой сварке производится пламенем вольтовой дуги, при которой электрический ток проходит через небольшой газовый промежуток между электродом и основным металлом. К веществам, хорошо проводящим электрический ток, так Называемым проводникам электрического тока, относятся металлы, уголь, графит, растворы кислот, солей, морская вода и, т. д. К непроводникам электрического тока, так называемым изоляторам, относятся стекло, фарфор, резина, минеральные масла, сухое дерево. Промежуточное положение занимают так называемые полупроводники—пресная вода, сырое дерево, тело человека и т. д. Электропроводность объясняется наличием в проводниках большого количества мельчайших, электрически заряженных свободно движущихся частиц. В непроводниках таких частиц очень мало. Все газы, в том числе и воздух, при обычной комнатной температуре содержат очень мало электрически заряженных частиц и являются непроводниками электрического тока (изоляторами). Но, искусственно создав в газах большое количество электрически заряженных частиц, мы можем сделать их проводниками электрического тока, для чего достаточно довести газ до температуры в несколько тысяч градусов. При нагревании все газы, в том числе и воздух, образуют электрически заряженные частицы и начинают хорошо проводить электрический ток. Кратковременное прохождение электрического тока через газовый промежуток, продолжающееся очень малую долю секунды, называется электрической искрой (примером естественной очень мощной искры является молния). Длительное прохождение электрического тока через сильно нагретый газ образует вольтову дугу или дуговой разряд, примером которого может служить сварочная дуга . Рассматривая сварочную дугу через густо окрашенные защитные стекла, можно различить в ней центральную часть, или сердцевину, которая имеет наибольшую яркость и наивысшую температуру. Вокруг сердцевины располагается пламя дуги, или ореол, со значительно меньшей температурой (рис. 13). На поверхности электродов, в тех местах, где они соприкасаются с сердцевиной дуги, наблюдаются пятна ослепительной яркости с весьма высокой температурой, вызывающей кипение и быстрое испарение металла. Сердцевина нормальной сварочной дуги имеет величину, примерно равную спичечной головке. Эта часть дуги является наиболее важной и практически производит плавление металла и сварку. Нагрев металла дугой : происходит главным образом вследствие бомбардировки поверхности металла быстро движущимися электрически заряженными частицами. Наивысшей температурой (6000 — 8000 градусов применяемой в современной технике, обладает сердцевина сварочной дуги. Развивая высокую температуру, дуга дает небольшое количество тепла (малое число калорий), меньше, чем обыкновенная бензиновая паяльная лампа. Поэтому предметы, подвергаемые действию дуги (например, корпус корабля), во время сварки мало нагреваются и остаются холодными уже на расстоянии в несколько сантиметров от дуги. Дуга расплавляет, не только основной металл, но и конец 11 электрода. Расплавленный металл электрода переходит с конца электрода в ванну. Развивая высокую температуру, дуга излучает яркий свет, содержащий невидимые химические или ультрафиолетовые лучи.
Они сильно действуют на человеческий организм, вызывая воспаление глаз и ожоги кожи. Поэтому на дугу можно смотреть только через специальные темные стекла. Лицо же сварщика защищается щитком или шлемом, кисти рук—рукавицами.
Зажигание дуги
Сварщик начинает работу с зажигания дуги. Для упражнений в зажигании дуги рекомендуется взять электрод диаметром в 4 мм и установить силу сварочного тока в 160—180 ампер. Для зажигания дуги применяются два способа: а) сварщик быстро подает электрод вперед и слегка касается концом электрода поверхности металла (рис. 14, а), затем он тотчас же медленно отводит электрод назад на расстояние около 2—3 мм; если дуга не загорится, указанный прием повторяется; б) второй способ зажигания дуги (рис. 14, б) напоминает зажигание спички; сварщик быстро проводит („чиркает») концом электрода по поверхности металла и медленно отводит его на небольшое расстояние (около 2 мм).
Ошибки сварщика
Обычная ошибка сварщика, производящего зажигание дуги, состоит в слишком продолжительном прикосновении, вследствие чего конец электрода приваривается к поверхности металла, или, как говорят сварщики, примерзает, прилипает к нему. В случае примерзания не следует отрывать и тянуть электрод на себя. Рекомендуется отделять его быстрым боковым отламывающим движением, как это показано на рис. 15.
Вторая ошибка состоит в том, что сварщик дает электроду слишком быстрое обратное движение и отводит конец электрода на чересчур большое расстояние от поверхности металла. В этом случае дуга, вспыхнув на мгновение, тотчас же обрывается и гаснет.
По мере освоения зажигания дуги сварщик приучается поддерживать одинаковую длину ее при непрерывном сгорании электрода. Дуга расплавляет электрод довольно быстро. Нормальный электрод длиной в 450 мм полностью сгорает за 1—2 мин. Для успеха сварки совершенно необходимо поддерживать строго постоянную небольшую длину дуги (около 2—3 мм). Поэтому сварщик должен приучиться автоматически подавать электрод вперед по мере сгорания, с тем, чтобы длина дуги оставалась постоянной. Дуга расплавляет основной металл, образуя на его поверхности ванну жидкого металла (шириной 10—12 мм, глубиной 2-4 мм), и выдавливает углубление в жидком металле, которое называется кратером (рис. 13). Одновременно дуга расплавляет и электрод, конец которого принимает форму капли жидкого металла. Расплавленный металл электрода отдельными мелкими каплями (по нескольку десятков в секунду) переходит в ванну. Отдельные капли следуют одна за другой настолько быстро, что глаз не может уловить процесса перехода металла с электрода в ванну. Вследствие высокой температуры дуги металл ванны частично кипит, давая значительное количество паров металла, которые заполняют дугу и сгорают в ее пламени. Сгорающие пары металла дают значительное количество дыма вокруг дуги, который образует желтоватый налет на поверхности свариваемого металла и окружающих предметах. Этот налет состоит из мельчайших частиц окислов металла. Сгорание паров металла вызывает частичную потерю металла на угар. Кроме того, вследствие бурного кипения металла в сварочной ванне дуга разбрасывает в стороны отдельные брызги его (от мельчайших частиц до крупных капель величиной с мелкую горошину). В зависимости от качества электрода общая потеря металла на угар и разбрызгивание может составлять от 10 до 50°0 от веса электрода.
Большое разбрызгивание и наличие крупных капель служат признаком плохого качества электрода или неправильного ведения процесса сварки слишком длинной дугой.
Слишком длинная дуга дает наплавленный металл плохого качества вследствие усиленного воздействия на него кислорода и азота воздуха. Поэтому сварщик должен всегда поддерживать короткую дугу. Длина дуги должна быть меньше диаметра электрода. Так как сварщик обычно смотрит вдоль электрода и ему трудно оценить длину дуги, то важно с самого начала научиться правильно определять длину дуги по косвенным признакам. Короткая дуга дает небольшое количество мелких капель и брызг, горение же ее сопровождается равномерным искрением; кратер на ванне имеет значительную глубину; на конце электрода не образуется больших капель. Длинная дуга выбрасывает большое количество крупных капель и брызг, образуя на конце электрода крупные капли; она издает резкий и свистящий звук, более громкий, чем короткая дуга; кратер при этом имеет незначительную глубину. По окончании сварки можно судить о длине дуги по внешнему виду наплавленного металла и прилегающей поверхности основного металла. При длинной дуге металл покрывается большим количеством желтого налета и на поверхности основного металла образуется много крупных затвердевших брызг. При короткой дуге количество налета и число брызг незначительны.
Наплавка валика
После того как сварщик освоил зажигание дуги и поддержание неизменной ее длины, он может перейти к изучению основного приема сварки именующейся как наплавка валика. Как только дуга загорелась,пламя ее стало ровным, необходимо перемещать ее по линии сварки, иначе металл ванны начинает усиленно кипеть, перегревается и после затвердевания оказывается пористым.
Перемещая дугу равномерно по линии сварки с постоянной скоростью, мы наблюдаем, что электрод быстро плавится и укорачивается, а на поверхности основного металла вслед за движением дуги образуется полоска наплавленного металла. Эта полоска наплавленного металла называется валик (рис. 16). Обучение сварщиков рекомендуется начинать с наплавки прямолинейных валиков электродом диаметром в 4 мм, при токе в 160-180 ампер, на пластинах котельного железа толщиной в 8 —10 мм. Подходящей величиной можно считать пластину длиной в 200—400 мм, шириной в 100 — 200 мм. Поверхность пластины должна быть предварительно зачищена стальной проволочной щеткой до металлического блеска. Зачистка повторяется после наплавки каждого валика. Основное внимание следует обратить на правильную равномерную скорость перемещения сварочной дуги по линии сварки и прямолинейность полученного валика. Существенное значение для процесса сварки имеет угол наклона электрода к поверхности основного металла. Этот угол должен составлять 20—30° с линией, перпендикулярной к поверхности изделия, или 60—70° к указанной поверхности, как показано на рис. 17. Капли расплавленного электродного металла переносятся по направлению оси электрода и при правильном угле его наклона попадают в ванну расплавленного основного металла, сплавляясь и сливаясь с ним в одно целое.
Не следует держать электрод перпендикулярно к поверхности основного металла. В этом случае часть капель электродного металла может попасть на нерасплавленную поверхность и не сплавиться с ней.
Нельзя вести электрод с наклоном против направления движения дуги, так как тогда значительная часть капель электродного металла окажется на нерасплавленной поверхности и не попадет в ванну, что значительно понизит качество сварки. При упражнениях в наплавке валика необходимо поддерживать правильный и постоянный угол наклона электрода. При проведении первоначальных упражнений следует брать такую скорость перемещения дуги, чтобы длина наплавки приблизительно равнялась сожженной длине электрода. Для облегчения первых упражнений можно намечать направление валика, проводя мелом черту на поверхности пластины. 1;осле приобретения достаточного опыта предварительную наметку мелом не применяют. Перемещая дугу по линии сварки, не следует забывать и о подаче электрода вперед по мере сгорания для поддержания . неизменной длины дуги. Валик, наплавленный прямолинейным движением конца электрода, без боковых перемещений, называется узким валиком.
Рис. 17. Наклон электрода
Рис 18. Путь конца электрода при наплавке широкого валика
Обычно на практике применяется более сложный способ наплавки валика: концу электрода придаются равномерные небольшие колебательные движения поперек линии сварки. Путь конца электрода в этом случае схематически может быть представлена зигзагообразной линией, изображенной на рис. 18. Из трех способов движения электрода (показанных на рисунке) большинство сварщиков наилучшим для обыкновенных электродов считают второй. Третий способ (показанный на том же рисунке) применяется главным образом при сварке так называемыми качественными электродами с толстой обмазкой.
Ширина составляет приблизительно 1 диаметра электрода; наплавка валика с поперечными колебательными движениями .конца электрода может значительно увеличить эту ширину, поэтому валик, наплавленный с поперечными колебательными движениями конца электрода, называется широким валиком. Ширина его в зависимости от размаха поперечных колебаний может составлять 2—-3 диаметра электрода. Упражнения в наплавке широкого валика производят до тех пор, пока не будет достигнуто постоянство ширины валика по всей длине при полной прямолинейности. После освоения наплавки широкого валика можно перейти к следующему, более трудному упражнению— наплавке трех параллельных валиков с расстоянием друг от друга в 15—20 мм, как это показано на рис. 19. После твердого усвоения наплавки прямолинейных валиков постоянной ширины во всех направлениях (от себя, к себе, слева направо и справа налево) сварщик может перейти к изучению приемов простейших производственных работ. Валик является основным элементом сварки металлическим электродом. Всякая сварочная работа сводится к наплавке в правильной последовательности необходимого количества валиков. Внешний вид валиков хорошо и плохо наплавленных показан на рис. 20. Поверхность валика неровная и состоит как бы из отдельных чешуек, что объясняется быстрым затвердеванием | кипящего металла ванны по удалении дуги. На конце валика обычно наблюдается небольшое углубление» носящее • название конечный крагер. Происхождение конечного i кратера может быть объяснено следующим образом. Как уже упоминалось выше, дуга выдавливает ямку-кратер на поверхности жидкой ванны. Кратер заполняется металлом, переходящим с конца электрода в ванну, и валик получает выпуклую поверхность. Обрывая дугу у конца валика, мы оставляем кратер (существовавший в этот момент на поверхности ванны) не заполненным электродным металлом. Вследствие быстроты затвердевания I металла поверхность кратера не успевает выровняться, почему и остается углубление в конце валика.
Металлы и сплавы 
