1.4. Сущность основных сварочных процессов

При электрической дуговой сварке энергия, необходимая для образования и поддержания дуги, поступает от источников питания постоянного или переменного тока.

Основная часть теплоты получается за счёт дугового разряда (дуги), возникающего между свариваемым металлом и электродом. Кромки деталей и торец электрода плавятся, и образуется сварочная ванна, которая при остывании затвердевает, образуя сварной шов. При сварке неплавящимся электродом сварной шов получается только за счёт основного металла и присадочного прутка. К плавящимся относятся стальные, медные, алюминиевые электроды; к неплавящимся – угольные, графитовые и вольфрамовые.

При сварке необходима защита расплавленной сварочной ванны от воздействия атмосферных газов – кислорода, азота и водорода. По способу защиты от атмосферных газов дуговая сварка различается на следующие виды: сварка покрытыми электродами, в защитном газе, под флюсом, самозащитной порошковой проволокой и со смешанной защитой.

Покрытые электроды представляют собой металлические стержни с нанесённой на их поверхность обмазкой. Защита расплавленного металла от воздействия атмосферных газов осуществляется за счёт шлака и защитных газов, образующихся при плавлении покрытия (обмазки).

При сварке под флюсом сварочная проволока и флюс одновременно подаются в зону горения дуги, под воздействием теплоты которой плавятся кромки основного металла, электродная проволока и часть флюса. Вокруг дуги образуется газовый пузырь, заполненный парами металла и материалов флюса. По мере перемещения дуги расплавленный флюс всплывает на поверхность сварочной ванны, образуя шлак. Расплавленный флюс защищает зону дуги от воздействия атмосферных газов и улучшает качество металла шва. Сварка под слоем флюса применяется для соединения средних и больших толщин металла на полуавтоматах и автоматах.

Сварку в среде защитных газов выполняют как плавящимся электродом, так и неплавящимся с подачей в зону горения дуги присадочного металла для формирования сварного шва. Сварка может быть ручной, механизированной (полуавтоматом) и автоматической. В качестве защитных газов применяют углекислый газ, аргон, гелий, иногда азот для сварки меди. Чаще применяются смеси газов: аргон + кислород, аргон + гелий, аргон + углекислый газ + кислород и др. В процессе сварки защитные газы подаются в зону горения дуги через сварочную головку и оттесняют атмосферные газы от сварочной ванны.

При электрошлаковой сварке тепло, идущее на расплавление металла изделия и электрода, выделяется под воздействием электрического тока, проходящего через шлак. Сварка осуществляется, как правило, при вертикальном расположении металла шва. Свариваемые детали собираются с зазором, для предотвращения вытекания жидкого металла из пространства зазора и формирования сварного шва по обе стороны зазора к свариваемым деталям прижимают охлаждаемые водой медные пластины (ползуны). По мере охлаждения и формирования шва ползуны перемещаются снизу вверх.

Электронно-лучевая сварка производится в специальной камере в глубоком вакууме (до 13∙ 10^-5 Па). Энергия, необходимая для нагрева и плавления металла, получается в результате интенсивной бомбардировки места сварки быстро движущимися в вакуумном пространстве электронами. Вольфрамовый или металлокерамический катод излучает поток электронов под воздействием тока низкого напряжения. Поток электронов фокусируется в узкий луч и направляется на место сварки деталей. Для ускорения движения электронов к катоду и аноду подводится постоянное напряжение до 100 кВ.

При лазерной сварке для плавления используется энергия излучения лазера. Термин «лазер» получил своё название по первым буквам фразы, которая в переводе означает: «усиление света посредством стимулирования излучения». Промышленные СО₂-лазеры и твёрдотельные применяются для сварки, резки, наплавки, поверхностной обработки, прошивки отверстий различных конструкционных материалов. С помощью СО₂-лазера производится резка, как металлических материалов, так и неметаллических: слоистых пластиков, стеклотекстолита, гетинакса и др.

При газовой сварке свариваемый и присадочный металлы расплавляются за счёт тепла пламени горелки, получающегося при сгорании какого-либо горючего газа в смеси с кислородом. Кромки свариваемых заготовок расплавляются, а зазор между ними заполняется присадочным металлом, который вводят в пламя горелки извне. По мере удаления пламени горелки металл кристаллизуется в остывающей части ванны, образуя сварной шов. В качестве горючих газов применяют природные газы, нефтяные газы, а также водород, ацетилен, пары керосина и бензина и др. Наибольшее распространение получили сварка с использованием ацетилена, паров бензина, паров керосина, пропанбутана. Широкое применение в промышленности из множества видов газопламенной обработки имеет сварка, пайка и кислородная резка.

Пайка металлов – это разновидность сварки плавлением, при которой до плавления доводится только легкоплавкий дополнительный металл – припой. Жидкий припой смачивает поверхность не расплавившегося основного металла. При этом происходит взаимное растворение и диффузия между основным металлом и припоем и образование шва.