Ручне дугове зварювання. Рис. 5.1.1. Частка ручного дугового зварювання від сумарного

1960 1965 1970 1975 1980

1985 1990 1995 2000 Рік

Рис. 5.1.1. Частка ручного дугового зварювання від сумарного

обсягу робіт, виконаних дуговим зварюванням [9-15]: 1 — в Японії; 2-у Франції; 3 — у ФРН; 4 — в Італії; 5-у США; 6 — в ЄС; 7 — в Україні

Ручне дугове зварювання покритими електродами займає провідну позицію серед способів зварювання плавленням, особливо там, де недоцільно механізувати цей процес (короткі шви, складна їх траєкторія, незручне розташування у просторі тощо). Незважаючи на свою універсальність й низьку вартість зварю-вального устаткування, цей спосіб поступово витісняється механізованими способами дугового зварювання. Частка ручного дугового зварювання від сумарного обсягу робіт, виконаних дуговим зварюванням, поступово зменшується і в індустріально розвинених країнах тепер становить 20.„ЗО % (рис. 5.1.1).

Рис. 5.1.2. Схема ручного дугового зварювання постійним (а): 1,5 — заготовка; 2 — електрична дуга; З — електрод; 4 — зварювальна ванна

Суть методу ручного дугового зварювання у тому, що за допомогою теплоти зварювальної дуги 2 (рис. 5.1.2) поступово розплавляється електрод 3 та краї заготовок і і 5, а рідкий метал щільно заповнює простір між ними, утворюючи зварювальну ванну 4, а після кристалізації рідкого металу — зварний шов. Шов міцно і надійно з'єднує зварені заготовки в одне ціле. Зварник рукою переміщує електродотримач з електродом у напрямку до заготовок і вздовж майбутнього шва.

ЗВАРЮВАЛЬНА ДУГА

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 електроду й заготовкою відбувається коротке замикання, внаслідок чого метал контактних поверхонь швидко нагрівається до високої температури. Після відриву електроду з нагрітого катода під дією електричного поля починається електронна емісія. Емісія електронів з катода відбувається під впливом двох факторів —

Рис. 5.1.3 - Схема зварювальної дуги:

1,8 — заготовка; 2 — електрон; 3 — дуга; 4 — молекула повітря; 5 — покриття електроду; 6 — електродний дріт; 7 — іон

високої температури (термоелектронна емісія) і напруженості електричного поля (автоелектронна емісія). Електрони 2 (рис. 5.1.3), зіштовхуючись з молекулами повітря 4 й випарами металу, іонізують їх. Позитивно заряджені іони 7 з великою швидкістю рухаються до катода 6, а електрони й негативно заряджені іони — до анода 8. Під час зіткнення з електродом і заготовкою кінетична енергія заряджених частинок перетворюється у теплову. Температура в центрі стовпа дуги найбільша і становить 6000... 7000 °С. Напруга, необхідна для запалювання дуги, у випадку постійного струму 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. Електричні властивості дуги описуються її вольт-амперною характеристикою _у тобто залежністю між напругою та струмом дуги. Ця залежність при незмінній довжині дуги складається із трьох ділянок (рис. 5.1.4):

— спадної І;

— жорсткої (горизонтальної) II;

— крутої (зростальної) III.

На ділянці /, де струм невеликий, дуговий проміжок недостатньо іонізований і тому для горіння дуги потрібна підвищена напруга. Тут дуга нестабільна. Зі збільшенням сили струму до 80 А поступово зростає ступінь іонізації, а разом з ним — провідність дугового проміжку, що спричинює різке зменшення напруги. На ділянці II з ростом сили струму збільшується площа перерізу стовпа дуги, через що густина струму й напруга залишаються незмінними. На ділянці /// зростання сили струму вже не зумовлює збільшення площі перерізу дуги, внаслідок чого густина струму зростає і водночас зростає напруга дуги. Ручне електродугове зварювання провадять у межах II ділянки, рідше / ділянки вольт-амперної характеристики.

Збільшення довжини дуги зумовлює зміщення вольт-амперної характеристики вгору, а зменшення довжини дуги — зміщення цього графіка вниз.