Сварочная дуга

Чем определяется мощность сварочной дуги

Для правильного определения нужной силы тока при ручной электродуговой электродной сварке необходимо учесть много факторов. Режим сварки определяют при анализе первоначальных данных. Чем больше данных, тем выше будет качество выполненной работы.

Режим сварки, факторы влияющие на его выбор

Для выбора нужного нам режима сварки требуется определить состав свариваемого материала, его геометрические размеры, конфигурацию и планируемый тип сварного шва. Только зная ответы на все эти вопросы мы сможем верно выбрать электрод и характеристики сварного тока.

Так как факторов множество и каждый из них по своему влияет на сам процесс сварки — рассмотрим их основные параметры:

• типоразмер электрода;
• значение тока;
• длина дуги;
• скорость провара;
• тип и полярность;
• количество швов.

Анализируя данный список мы видим, что главные критерии режима сварки связаны с условиями и характером горения сварочной дуги. Поэтому перед началом работ нужно выполнить подбор значений этих параметров для получения нужной конфигурации и, следовательно, отличного качества места сварки.

Хорошее увеличение производительности труда получают путем использования сварки, где применяется трехфазный ток.

Применяя трехфазную сварку КПД возрастает в 2—2,5 раза. Проходя сквозь дугу трех токов смещенных по фазе на 120 градусов качество и устойчивость дуги становится намного выше чем при применении однофазного тока. Данный тип сварки позволяет применять электроды с фтористо-кальциевыми покрытиями, которые не годятся при работе на однофазном переменном токе.

ТОК И ЭЛЕКТРОД

Одним из главных характеристик электродуговой сварки считается сварочный ток. В большей степени его сила определит характер шва и продуктивность сварки в общем. Чем выше значение тока-тем лучше дуга и глубже проплав.

Сила тока при сварке находится в прямой зависимости с размером электрода и вида взаимного размещения свариваемых деталей в пространстве. Наивысшие значения тока применяются для стыковки горизонтальных деталей.

При вертикальных проварах силу тока уменьшают на 15%, при потолочных – уменьшают на 20%.

Рекомендуем! Как настроить сварочный полуавтомат

Диаметр электрода подбирается исходя из толщин скрепляемого металла, способа сварки и геометрических размеров шва.

Для каждого отдельного случая подбирается определенное количество Ампер:

1. Электродом 1 мм. сваривают материал толщиной до 1 мм, сила тока выставляется в пределах 10-30 А.
2. Электродом 1,5-2 мм. сваривают материал толщиной до 2 мм, подают на электрод 30-50 А.
3. Электродом 3 мм. сваривают материал толщиной до 4 мм, подают на электрод 60-120 А.
4. Электродом 4 мм. сваривают материал толщиной до 11 мм, подают на электрод 140-2000 А.
5. Электродом 5 мм. сваривают материал толщиной до 15 мм, подают на электрод 150-270 А.
6. Электродом 6 мм. сваривают материал толщиной до 16 мм, подают на электрод 210-340 А.

Такой разброс ампер существует из-за разности применяемых металлов и положения заготовок при сварке. При начале сварки советуют выставлять среднее значение силы тока.

Сущность ручной дуговой сварки покрытыми электродами

При ручной дуговой сварке покрытыми электродами дуга возбуждается при касании электродом свариваемой детали, в результате замыкании электрической сварочной цепи.

В процессе сварки покрытый электрод подается к свариваемой детали по мере плавления электрода и перемешается вдоль соединения с поперечными колебаниями для придания заданной формы и размеров шва.

Движения покрытым электродом при сварке

В процессе ручной дуговой сварке проис­ходит плавление покрытия и электродной металлической проволоки. Расправляющееся покрытие образует шлак и выделяются газы. Шлак обволакивает капли расплавленного металла, появляющиеся при плавлении стержня электрода. В ванне шлак всплывая на ее поверхность, образует защитный слой, пре­дохраняющий металл от взаимодействия с атмосферным воздухом. Кроме того, поднимаясь на поверхность сварочной ванны, шлак очищает расплавленный металл от вредных примесей. Образующиеся при расплавлении покрытия сварочные газы вытесняют воздух из зоны сварки и, тем самым, защищают сварочную ванну от взаимодействия с кислородом и азотом.

Жидкий шлак затвердевает и образует на поверхности шва твердую шлаковую корку, которая удаляется после сварки. То есть, компоненты входящие в по­крытие сварочного электрода обеспечивает защиту сварочной ванны и застывающего металла сварного соединения от реакций с атмосферными газами и очистку  металла в процессе химических реакций происходящих в сварочной ванне.

Покрытыми электродами применяют для сварки сталей, чугунов и цветные металлов различной толщины. Так же покрытые электроды используется для наплавки с целью восстановление изношенных деталей и получения покрытий со специальными свойствами главным образом антикоррозионных и износостойких. 

Перемещение сварочного электрода вдоль сварного шва и его подачу в зону сварке по мере его расплавления производит сварщик.  В связи с этим стабильность процесса и качество сварки зависит от квалификации сварщика и его зрительно моторной координации, так как изменятся длина дуги, наклон электрода, скорость его перемещения, что приводит к изменению параметров ре­жима — напряжения дуги и силы сварочного тока. При ручной дуговой сварке покрытыми электродами для обеспечения стабильности режимов сварки используют источники сварочного тока с крутопадающими вольт-амперными ха­рактеристиками.

Принципиальная схема ручной дуговой сварки покрытыми электродами

Преимущества ручной дуговой сварки:

• применение ручной возможно в различных, самых неудобных пространственных положениях;
• сварки может производится в трудно доступных местах;
• универсальность способа, возможность сваривать изделия различной конфигурации;
• применимость к широкому диапазоны различных марок сталей;
• высокая мобильность.

Недостатки способа:

• мало высококвалифицированных сварщиков;
• невозможно гарантировать качество сварного соединения;
• невысокая производительность сварки;
• неблагоприятные условия труда.

Рациональные области применения:

• сварка металлоконструкций, трубопроводов;
• рационально использовать при сварка коротких швов.

Область применения

Сварочная дуга применяется в обыкновенной ручной дуговой сварке, которая на данный момент является наиболее простым методом стандартного сваривания. Здесь она защищается обмазкой электродов, которая при сгорании образует газовые испарения, препятствующие проникновению посторонних элементов внутрь ванны расплавленного металла.

Также дуга используется в полуавтоматической газовой сварке. Здесь используется сварочная электрическая дуга, которая подается не на обыкновенный электрод, а на неплавкий вольфрамовый. Соответственно, расплавления металла идет не с одного из выходов, как это было в предыдущем методе. На дугу подается сварочная проволока, которая расплавляет материал.

Еще одним вариантом являются автоматы. Они проще в создании, чем газовые, так что получили широкое распространение в промышленности. Они могут быть как с плавкими, так и с неплавкими электродами. С одной установки может зажигаться несколько электродуг, если они имеют многопостовую конструкцию.

В ручной дуговой сварке идет работа с обыкновенными конструкционными сталями. Иногда пробуют сваривать цветные металлы, но это сложно и не всегда успешно. Лучше дуга проявляет себя при защите газа. Она оказывается более стабильной при горении, а также позволяет создавать качественные надежные швы.

Это интересно: Сварка взрывом различных металлов — технология, схема

Техника ручной дуговой сварки в различных пространственных положениях

В зависимости от пространственного положения сварного шва приемы сварки и техника будут отличаться

Положения при сварке

Сварка в нижнем положении

Сварка в нижнем положении наиболее удобна и проста. В таком положении могут варить сварщики не высокой квалификации. Поэтому при сборке по возможности детали и конструкции следует располагать так, чтобы сварка выполнялась в нижнем положении  Шов в таком положении хорошо формируется, жидкий металл не вытекает из сварочный ванны, шлак хорошо вплывает защищая металл.

Сварка в вертикальном и горизонтальном положении

Сварка в вертикальном  и горизонтальном положении сложнее и техника ее ведения отличается  от нижнего. Расплавленный метал под действием силы тяжести начинает растекаться и вытекать из сварочной ванны. Для недопущения вытекания металла сварку ведут с поперечными колебаниями электрода, на как можно короткой дуге с уменьшив значение сварочного тока

Важно, удерживать сварочную ванну не большого размера, потому что жидкий металл удерживается только за счет сил поверхностного натяжения и при слишком большой сварочной ванне вытечет. Для этого сварку ведут как правило ниточными валиками, ширина валиков не должна превышать 2 — 3 диаметра электрода

Сварка вертикальных швов возможно производить на подъем и сварку вниз.  Сварка снизу вверх предпочтительней так обеспечивает более глубокое проплавление и удобней формировать шов наплавляя металл на ранее застывший. При сварке сверху вниз швы получатся визуально более красивыми но возникает большая вероятность несплавлений и наплывов. На спуск применяют сварку только для деталей небольшой толщины.

Сварка в потолочном положении

Сварка в потолочном положении наиболее неудобная ее доверяют только сварщикам высокой квалификации.  Сварка ведут как можно короткой дугой для обеспечения мелкокапельного переноса металла, электродами диаметром три миллиметра. Кроме того при сварке в потолочном положении нужно следить, чтобы шлак выходил из расплавленного металла. Также как и при сварке горизонтальных и вертикальных швов, нельзя допускать слишком большой сварочной ванны иначе удержать ее не удастся .

Технология и режимы ручной дуговой сварки, подробней раскрыты в статье Ручная дуговая сварка покрытыми электродами

Билеты экзамена для проверки знаний специалистов сварочного производства 1 уровень

БИЛЕТ 2

ВОПРОС 1. Какое положение электрода при сварке приводит к увеличению глубины провара при РДС?

1. Сварка «углом вперед».

2. Сварка «углом назад».

3. Сварка вертикальным электродом.

ВОПРОС 2. Зависит ли напряжение дуги от сварочного тока при использовании источников питания с падающей характеристикой.

3. Зависит при малых и больших величинах сварочного тока.

ВОПРОС 3. К какому классу сталей относятся сварочные проволоки Св-12Х11НМФ, Св-10Х17Т, Св-06Х19Н9Т?

ВОПРОС 4. Какой из перечисленных факторов в большей степени влияет на ширину шва при РДС?

1. Поперечные колебания электрода.

2. Напряжение на дуге.

3. Величина сварочного тока.

ВОПРОС 5. С какой целью один из концов электрода не имеет покрытия?

1. Для обеспечения подвода тока к электроду.

2. С целью экономии покрытия.

3. Для определения марки электрода.

ВОПРОС 6. Какие должны быть род и полярность тока при сварке соединений из углеродистых сталей электродами с основным покрытием?

1. Переменный ток.

2. Постоянный ток обратной полярности.

3. Постоянный ток прямой полярности.

ВОПРОС 7. Какие требования предъявляются к помещению для хранения сварочных материалов?

1. Сварочные материалы хранят в специально оборудованном помещении без ограничения температуры и влажности воздуха.

2. Сварочные материалы хранят в специально оборудованном помещении при положительной температуре воздуха.

3. Сварочные материалы хранят в специально оборудованном помещении при температуре не ниже 15 0С и относительной влажности воздуха не более 50%.

Условия горения

Со стандартными условиями температура в столбе сварочной дуги достигает 7000 градусов, в максимальном своем значении. Используя катод, необходимо добиться постоянной температуры, при которой будет возникать и горечь дуга. В этом случае также учитываются такие факторы, как диаметр, размер и температура окружающей среды.

Классификация сварочной дуги.

Важно следить за тем, чтобы значение не колебалось, благодаря чему можно сваривать абсолютно любой материал. Исправный источник питания – залог постоянного показателя температуры элемента, именно это дает влияние на свойство работы элемента

Основные области сварочной дуги – это работа ионизированного газа, а также применение щелочной либо щелочно-земельной группы в виде калия или кальция, чтобы способствовать надежному и хорошему горению сварочной дуги. Вопрос, в какой среде может гореть сварочная дуга достаточно актуальный.

Необходимо учитывать много физических и химических факторов, уметь рассчитывать, сколько энергии затрачивается для отрыва электрона от атома, в зависимости от природы газового новообразования и т.д.

Исходя из всего сказанного, можно сделать вывод, что при сварке дуговой металлические конструкции скрепляются надежнее всего. Сварочные работы сильно влияют на промышленную сферу сегодняшнего дня, из-за возможности под высокой температурой сварочной дуги припаивать различные материалы друг к другу.

Чтобы получить качественный и надежный шов нужно задействовать силы, действующие в сварочной дуге, изучить всю её характеристику, понимать каждое значение плотности тока, температуры, напряжения, что даст возможность провести процедуру быстро и без трудностей.

Источник

Что называется сварочной дугой: строение, температура, длина и виды

Без сварочных работ невозможно представить себе возведение мостовых сооружений, решение производственных задач во многих отраслях промышленности. Чтобы ответить на вопрос, что такое сварочная дуга надо углубиться в описание физических процессов, происходящих в газовой среде между разноименно заряженными полюсами.

Электрическая дуга преобразует энергию вырабатываемого тока в тепло, мгновенно создается температурный режим, при котором плавятся все известные науки металлы.

Краткое описание и история изобретения

Какая дуга называется сварочной? Это субстанция, несущая в себе мощь электрического разряда, протекающего среди паров плавящегося металла и присадок. Она обладает индивидуальными особенностями:

• образование характеризуется большими выделениями тепла — температура достигает 6 тыс. градусов;
• при этом выделяется мощный световой поток, поэтому сварщику необходимо специальное снаряжение для защиты лица и органов зрения, плотная одежда и рукавицы;
• это отличный проводник тока высокой силы, поэтому представляет опасность для человека;
• лучший способ надежного соединения металлических конструкций разной сложности.

О первенстве в том кто ее изобрел и в первичном описании физического явления до сих пор идут споры среди ученых мужей — официально первооткрывателем считается британский химик, физик и геолог сэр Гемфри Дэви, описавший в 1808 году дугу электрического разряда. Русский ученый-изобретатель, профессор физики из медико-хирургической академии Санкт-Петербурга В. В. Петров открыл аналогичное явление и подробно его описал на 6 лет раньше англичанина.

Типы разрядов

Существуют несколько видов аналогичных разрядов:

1. Тлеющий. Образуется при низком давлении, используется в люминесцентных источниках света.
2. Искрового типа. Характеризуется прерывистой формой, возникает при нормальном давлении: например, разряды молнии или искрение свечи зажигания в двигателях.
3. Не прерывистой формы электрическая дуга, возникающая при атмосферном давлении. Применяется для освещения или электродуговой сварки металлов.
4. Коронный — самый интересный из всех видов, появляется в неоднородном поле, когда один из электродов во много раз больше другого. Применяется в промышленности для очистки используемых газов от посторонних вкраплений пыли.

Все разряды крайне опасны для живых организмов — при работе с ними надо строго выполнять правила безопасности.

Природа явления

Сварочной дугой называют электрический разряд, имеющий большую мощность и время воздействия, он возникает между разноименными полюсами, расположенными в смеси газов, при подаче на них напряжения. Она характеризуется ярким световым потоком, большой температурой, способной расплавлять металлы для их надежного соединения.

Чтобы световой поток не обжигал кожу и сетчатку глаз, применяется спецснаряжение для защиты исполнителя.

Строение

Какие зоны называются катодным и анодным пятнами? Катодное пятно — это источник электронов, разогревающийся до высокой температуры, чем обеспечивается плавление металлов. Здесь сосредоточено до 38% общей тепловой энергии, а также теряется 12—18 V напряжения.

Анодное пятно — характеризуется температурой до 26000C и выделением до 42% тепловой энергии. Потери напряжения до 11 V, из-за постоянной атаки электронов оно имеет форму кратера.

Столб дуги — это нейтральный участок, в нем содержится около 20% от общего тепла и максимальная температура, потери напряжения не более 12 V.

Благоприятная длина столба до 6 мм, при этом размере температура дуги устойчивая, что благотворно сказывается на прочности шва.

При ручной сварке или в механизированной среде плавящимися электродами в защитном газе и использовании источника постоянного тока, пользуются методом обратной и прямой полярности, например, при соединении толстостенных деталей, анод подключают к ним, чтобы обеспечить максимум тепла, а также достаточную глубину проварки.

Виды

• прямого воздействия, устойчиво горит между соединяемыми деталями и электродом;
• непрямого действия — ее создают два электрода, а конструкция, предназначенная к соединению воедино, не задействована в общей цепи;
• трехфазный вариант — к каждому участнику процесса подключается одна фаза;
• плазменная — столб сжимается защитными газами.

Для создания дуги при использовании трансформатора, надо прикоснуться электродом к соединяемым заготовкам, но современное оборудование для сварочных работ позволяет активировать дугу бесконтактным методом, для этого применяется осциллятор.

Внешняя характеристика источников питания сварочной дуги

Внешняя характеристика источников питания (сварочного трансформатора, выпрямителя и генератора) — это зависимость напряжения на выходных зажимах от величины тока нагрузки. Зависимость между напряжением и током дуги в установившемся (статическом) режиме называется вольт-амперной характеристикой дуги.

Внешние характеристики сварочных генераторов, показанные на рис. 1 (кривые 1 и 2), являются падающими. Длина дуги связана с ее напряжением: чем длиннее сварочная дуга, тем выше напряжение. При одинаковом падении напряжения (изменении длины дуги) изменение сварочного тока неодинаково при неодинаковых внешних характеристиках источника. Чем круче характеристика, тем меньше влияет длина сварочной дуги на сварочный ток. При изменении напряжения на величину δ при крутопадающей характеристике изменение тока равно а1, при пологопадающей — а2.

Рис. 1. Внешняя характеристика источников питания: 1 — крутопадающая внешняя характеристика; 2 — пологопадающая; 3 — жёсткая; 4 — пологовозрастающая

Рис. 2. Внешняя характеристика источников питания и сварочной дуги: а — сплошная линия — генератора, штрихованная — дуги в момент возбуждения; штрихпунктирная — дуги при горении; б — характеристика источников питания сварочной дуги.

Для обеспечения стабильного горения дуги необходимо, чтобы характеристика сварочной дуги пересекалась с характеристикой источника питания (рис. 2).

В момент зажигания дуги (рис. 2, а) напряжение падает по кривой от точки 1 до точки 2 — до пересечения с характеристикой генератора, т. е. до положения, когда электрод отводится от поверхности основного металла. При удлинении дуги до 3 — 5 мм напряжение возрастает по кривой 2—3 (в точке 3 осуществляется устойчивое горение дуги). Обычно ток короткого замыкания  превышает рабочий ток,   но  не более чем в 1,5 раза. Время восстановления напряжения после короткого замыкания до напряжения дуги не должно превышать 0,05 с, этой величиной оцениваются динамические свойства источника.

На рис. 2,6 показаны падающие характеристики 1 и 2 источника питания при жесткой характеристике дуги 3, наиболее приемлемой при ручной дуговой сварке.

Напряжение холостого хода (без нагрузки в сварочной цепи) при падающих внешних характеристиках всегда больше рабочего напряжения дуги, что способствует значительному облегчению первоначального и повторного зажигания дуги. Напряжение холостого хода не должно превышать 75 В при номинальном рабочем напряжении 30 В (повышение напряжения облегчает зажигание дуги, но одновременно увеличивается опасность поражения сварщика током). Для постоянного тока напряжение зажигания должно быть не менее 30 — 35 В, а для переменного тока 50 — 55 В. Согласно ГОСТ 7012 —77Е для трансформаторов, рассчитанных на сварочный ток 2000 А, напряжение холостого хода не должно превышать 80 В.

Повышение напряжения холостого хода источника переменного тока приводит к снижению косинуса «фи». Иначе говоря, увеличение напряжения холостого хода снижает коэффициент полезного действия источника питания.

Источник питания для ручной дуговой сварки плавящимся электродом и автоматической сварки под флюсом должен иметь падающую внешнюю характеристику. Жесткая характеристика источников питания (рис. 1, кривая 3) необходима при выполнении сварки в защитных газах (аргоне, углекислом газе, гелии) и некоторыми видами порошковых проволок, например СП-2. Для сварки в защитных газах применяются также источники питания с пологовозрастающими внешними характеристиками (рис. 1, кривая 4).

Относительная продолжительность работы (ПР) и относительная продолжительность включения (ПВ) в прерывистом режиме сварочной дуги

Относительная продолжительность работы (ПР) и относительная продолжительность включения (ПВ) в прерывистом режиме характеризуют повторно-кратковременный режим работы источника питания.

Величина ПР определяется как отношение продолжительности рабочего периода источника питания к длительности полного цикла работы и выражается в процентах

где tp — непрерывная работа под нагрузкой; tц — длительность полного цикла. Условно принято, что в среднем tp = 3 мин, а tц = 5 мин, следовательно, оптимальная величина ПР %  принята 60%.

Различие между ПР% и ПВ% состоит в том, что в первом случае источник питания во время паузы не отключается от сети и при разомкнутой сварочной цепи работает на холостом ходу, а во втором случае источник питания полностью отключается от сети. 

Классификация источников питания сварочной дуги

По типу сварочного тока

Итак, мы уже разобрали, что источником питания может быть трансформатор, выпрямитель и генератор. Но в более широком смысле все эти источники можно поделить еще на несколько подгрупп. Одна из них — тип тока, который генерирует источник.

Источник может генерировать постоянный или переменный ток. Классический трансформатор и генератор повышенной частоты зачастую генерирует переменный ток. Сварочный выпрямитель генерирует постоянный ток.

Чем отличается источник питания на постоянном токе и на переменном?

Сварочный аппарат переменного тока и постоянного в чем разница? Давайте разбираться.

Аппарат на переменном токе очень прост: он собирается из понижающего трансформатора и специального механизма, который регулирует силу сварочного тока. При применении сварочной дуги переменного тока сварка ведется на переменном токе соответственно.

Аппарат на постоянном токе более технологичен. Его основные компоненты — это понижающий трансформатор, устройство, выпрямляющее ток (выпрямитель), которое преобразовывает поступающий переменный ток в постоянный, и устройство, регулирующее силу тока. Соответственно, здесь сварка ведется на постоянном токе.

Это основные конструктивные различия. Есть еще различия эксплуатационные. Сварка постоянным током предпочтительнее, поскольку у этого источника тока больше преимуществ. Аппараты на постоянном токе намного компактнее и проще в применении, они технологичнее, и в целом считаются более современными. Сварка переменным током сложнее и характеризуется нестабильностью горения дуги.

Также упомянем инверторные источники питания, которые на данный момент считаются самыми технологичными и распространенными. Это сложные аппараты, которые многократно преобразовывают ток, сглаживая его с помощью специальных фильтров, и впоследствии выпрямляют. В результате сварщик получает постоянный ток, а значит крайне стабильную дугу, которая легко поджигается. Также инверторные аппараты снабжаются электронным блоком управления, который прост в применении.

Инверторный источник сварочного тока — самый распространенный тип на данный момент. Такие аппараты самые компактные и легкие (в продаже есть модели весом не более 3-5 кг), при этом они оснащаются дополнительным функционалом, упрощающим сварку.

По количество постов и способу установки

Здесь все намного проще. Вне зависимости от типа источника питания, будь он переменный или постоянный, трансформатор или инвертор, в любом из них может быть либо один разъем для сварки, либо 3 и более.

Аппараты с одним разъемом называются однопостовыми и предназначены для генерирования одной сварочной дуги. Т.е., для применения одним сварщиком. Аппараты с большим количеством разъемов называются многопостовыми, и сразу несколько сварщиков могут производить сварку от одного аппарата.

Источники питания по способу установки могут быть мобильными (переносными) или стационарными.