Тема 3.2 Зварювання, паяння і розрізування матеріалів Ручне електродугове зварювання

Зварюванням називається процес отримання нероз’ємного з’єднання за допомогою встановлення міжатомних зв’язків між зварюваними частинами при їх місцевому або загальному нагріванні або пластичному деформуванні, або сумісній дії того і іншого.

Здатність металів і сплавів до зварювання оцінюють по їх зварюємості. Під зварюємістю розуміють можливість утворення при зварюванні щільних герметичних швів з необхідною міцністю і фізико-хімічними властивостями. Не всі метали і сплави володіють доброю зварюємістю.

Кращою зварюємістю володіють метали, здатні утворювати один з одним тверді розчини. Гірше зварюються метали з обмеженою розчинністю в твердому стані. Зовсім неможливо зварити методом плавлення ті метали, які взагалі взаємно не розчиняються в твердому стані або утворюють крихке з’єднання. Ці метали піддають зварюванню тиском або вводять при зварюванні проміжний метал, який здатен розчинятися в обох основних металах.

Суть елетродугового зварювання

Суть ручного дугового зварювання у тому, що за допомогою теплоти зварювальної дуги розплавляється електрод та краї заготовок, а рідкий метал заповнює простір між ними, утворюючи після кристалізації рідкого металу — зварний шов. Шов міцно і надійно з'єднує зварені заготовки в одне ціле, зварювальник рукою переміщує електродотримач з електродом у на­прямку до заготовок і вздовж майбутнього шва.

Зварювальною дугою називають потужний і стабільний електричний розряд у середовищі іонізованих газів та випарів металу, який супроводжується інтенсивним виділенням теплоти і світла. Повітря у звичайних умовах складається з нейтра­льних молекул, тому воно не є провідником електричного стру­му. Щоб молекули повітря дугового проміжку стали провідни­ком струму, їх необхідно іонізувати. З цією метою електрод на короткий час дотикають до заготовки, після цього віддалять його на відстань довжини дуги. Під час дотику між торцем еле­ктрода і заготовкою відбувається коротке замикання, внаслі­док чого метал контактних поверхонь швидко нагрівається до високої температури. Після відриву електрода з нагрітого катода під дією електричного поля починається електронна емісія.

Температура в центрі стовпа дуги становить 6000...7000 °С. Напруга, необхідна для запалювання дуги, у випадку постійного струму не повинна перевищувати 30...35 В, а у випадку змінного струму — 50...55 В. У режимі стійкого горіння напруга спадає до 18...30 В.

Напруга дуги залежить від складу газів, у яких горить дуга, довжини дуги, сили струму, матеріалу електрода та виробу.

Електроди для ручного зварювання

Для ручного електродугового зварювання застосовують два типи електродів: неплавкі, плавкі.

Неплавкі електроди виготовляють у вигляді стрижнів з вольфраму, електротехнічного вугілля або синтетичного графіту.

Плавкий електрод для ручного зварювання — це дротяний електро-провідний стрижень з нанесеним на нього покриттям завтовшки 0,5...3 мм. Речовини покриття, а також стрижня, підсилю­ють іонізацію дугового проміжку, захищають рідкий метал від шкідливої дії середовища, дезоксидують і обмежено легують рід­кий метал. Стрижні електродів діаметром 1,6...12 мм і довжи­ною 150...450 мм виготовляють зі спеціального зварювального дроту, який поділяють за хімічним складом на низьковуглецевий дріт (Св-08, Св-05ГА, Св-10Г2 та ін.); легований дріт (Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-12ГС та ін.) та високолегований дріт (Св-12Х13, Св-10Х20Н15 та ін.).

У позначенні марки дроту літери Св означають зварюваль­ний, а цифри після них — вміст вуглецю у сотих частках відсот­ка. Наступні літери й цифри після цих літер показують легувальні елементи та їх відсотковий вміст. Наприклад, зварювальний дріт марки Св-10Х20Н15 містить 0,10 % вуглецю, 20 % хрому, 15 % нікелю, решта — залізо. Літера А в кінці марки низько­вуглецевого та легованого дроту свідчить про знижений вміст шкідливих домішок. Бажано, щоб хімічний склад електродно­го дроту був близький до хімічного складу зварюваного матері­алу. Якщо цього досягти важко, то речовини, яких в електроді не вистачає, необхідно внести в покриття.

Для зварювання вуглецевих і низьколегованих сталей використовують елект­роди Е38, Е42, Е42А, Е46, Е46А, Е50, Е50А, Е55 і Е60; для зварювання легованих конструкційних сталей підвищеної міц­ності застосовують електроди Е70, Е85, Е100, Е125 і Е150. Цифра відповідає межі міцності в МПа х 10^-1. Літера А означає, що наплавлений метал має підвищені пластичні властивості (відносне видовження і ударну в'язкість).

До складу покриття входять іонізувальні, шлакоутворюваль­ні, газоутворювальні, дезоксидувальні, легувальні та зв'язува­льні речовини. За видом основної речовини покриття поділяються на рутилові (Р), целюлозні (Ц), основні (О) та кислі (К).

Найпоширенішими є рутилові покриття завдяки низькій токсичності, здатності забезпечувати стабільне горіння дуги та міцні шви.

Окрім сталевих електродів, використовують також електро­ди зі сплавів алюмінію (для зварювання матеріалів на його осно­ві), зі сплавів міді (для зварювання бронз і латуней), зі сплавів титану (для зварювання титанових сплавів).