Дуговая сварка: принцип работы, электроды и классификация способов

Принцип работы, электроды и классификация способов дуговой сварки

Дуговая сварка остается одним из самых востребованных методов соединения металлов, поскольку сочетает высокую производительность с доступной стоимостью. В основе процесса лежит тепло электрической дуги, которое расплавляет кромки деталей и материал электрода. Ниже разобраны суть метода, его сильные и слабые стороны, роль электродов и защитных газов, а также подробная классификация способов сварки.

Температура дуги значительно превосходит точку плавления даже жаростойких сплавов и тугоплавких металлов. Обязательным элементом процесса выступает электрод: именно между ним и свариваемым металлом загорается дуга. Среди достоинств метода стоит выделить высокую производительность и сравнительно недорогие расходные материалы. Простая схема процесса открывает путь к механизации и автоматизации, а небольшая площадь разогреваемого участка экономит энергию и ограничивает зону обработки. Есть и минусы: работа привязана к электрической сети, требуются трансформаторы и преобразовательные устройства, а поверхность приходится заранее подготавливать.

Как устроен сварочный процесс

Электрическая энергия поступает от сварочного трансформатора к электроду и обрабатываемой поверхности, поддерживая горение дуги. В момент касания электродом изделия по цепи проходит сварочный ток. Тепло дуги расплавляет кромки детали и металл самого электрода, из-за чего образуется сварочная ванна, некоторое время сохраняющаяся жидкой. В ней перемешиваются расплавленный металл изделия и электродный металл, а поднимающийся на поверхность шлак формирует защитную пленку. После затвердевания расплава возникает прочное сварное соединение.

В работе применяют два типа электродов - плавящиеся и неплавящиеся. В первом случае шов образуется за счет расплавления самого электрода, во втором - благодаря расплавлению присадочной проволоки, которую подают в сварочную ванну. Чтобы уберечь металл шва от окисления, из сварочной головки подают защитные газы:

• гелий,
• аргон,
• углекислый газ.

Для повышения устойчивости дуги в электрод вводят легко ионизируемые элементы - натрий, калий и кальций.

Классификация способов дуговой сварки

Дуговую сварку систематизируют по нескольким ключевым признакам.

1. Степень механизации. Процесс бывает ручным, полуавтоматическим и автоматическим.
2. Род тока. Дуга может питаться постоянным током прямой полярности, постоянным током обратной полярности либо переменным током.
3. Тип дуги. Различают зависимую дугу прямого действия и независимую дугу косвенного действия.
4. Свойства электрода. Сварку ведут плавящимся электродом или неплавящимся - графитовым, вольфрамовым либо угольным.
5. Условия наблюдения за горением дуги. Процесс бывает открытым, полуоткрытым и закрытым.
6. Способ защиты от воздуха. Сюда относят сварку без защиты (голым электродом или электродом со стабилизирующим покрытием), со шлаковой защитой (под флюсом или толстопокрытыми электродами), с газовой защитой (в среде защитных газов), со шлакогазовой защитой (толстопокрытые электроды) и с комбинированной защитой (покрытие вместе с газовой защитой или флюсом).

Защитные и стабилизирующие покрытия

Стабилизирующие покрытия содержат вещества, которые легко ионизируют дугу. Их наносят тонким слоем на стержни электродов, применяемых при ручной дуговой сварке. Защитные покрытия представляют собой механические смеси различных материалов: они ограждают расплав от контакта с воздухом, рафинируют и легируют металл шва, а заодно стабилизируют горение дуги.

Наибольшее распространение получили средне- и толстопокрытые электроды, которые используют при ручной сварке и наплавке. Такие изделия выпускают на специализированных заводах и в отдельных цехах. Отдельно стоит отметить плазменную сварку: в ней дуга между инертными электродами служит для высокотемпературного нагрева промежуточного носителя, роль которого может играть, например, водяной пар.